CN107417178A - 一种天然矿物黏土基复合防渗漏材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天然矿物黏土基复合防渗漏材料的制备方法,以纯天然坡缕石黏土(凹凸棒土)为主要原料,以羟乙基纤维素、活性白土废渣及荞麦皮为填料,经真空混炼得到防渗漏材料具有很好的防渗漏性能,在43天内无水渗出,与其它防渗漏材料相比,不仅能达到防水渗漏的目的,而且能降低成本,避免了水质恶化和防渗漏材料对环境造成二次污染,对于缺水地区水资源蓄集具有很大的实际应用价值;同时解决植物油加工后白土废弃物的利用问题,也能为荞麦皮的再利用拓宽领域。

Description

一种天然矿物黏土基复合防渗漏材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种天然矿物黏土基复合防渗漏材料,主要用于缺水地区水资源蓄集设施的防渗漏,属于复合材料领域和节水灌溉领域。
背景技术
淡水资源的短缺,是全球化面临的一个严峻的问题。我国西北地区深居内陆,占全国面积的35%,而水资源总量仅占全国的8%。常年气候干旱,多年以来平均降水量 235mm左右,而水面蒸发量却高达1000~2800 mm,降水量少而蒸发量大,使得西北地区水资源一直比较匮乏。并且西北地区也是我国时空变率最大的地区,降雨主要集中在夏秋季节,且多暴雨,与农作物的生长发育需水期严重错开,所以水资源不仅不能满足农业灌溉和工业生产的需要,甚至许多地方人畜用水也发生困难,严重制约了当地社会经济的发展。
利用雨水、冰川融水、季节性洪水及冬季灌溉富裕水等资源进行高效蓄集,是干旱地区缓解水资源的缺乏的主要手段。在很多缺水地区,蓄集水的设施主要有供人和牲畜饮用的水窖和用于灌溉的集水池。可这些设施容易发生渗漏,不仅导致水资源的流失也对周边环境造成了二次危害。比如,2013年宁夏西夏水库建成不久就发生严重渗漏,致使水库附近农户房屋、农田等被淹等。并且我国有大面积的漏水沙地,灌溉时水资源会造成巨大浪费,所以防止集水设施的渗漏及灌溉节水对缺水地区而言有着十分重要的意义。
目前的防渗材料种类较多,由早期的压实土、三合土到目前的混凝土、土工膜、土壤固化剂、砖砌防渗和塑料膜防渗等。这些防渗漏材料虽都具有一定的防渗漏效果,但是它们存在着铺设条件苛刻、价格昂贵、材料存在环境风险及容易导致水资源变质等缺陷。因此,研发一种低成本、防渗漏性能好、水质保鲜、对生态环境和水资源不会造成危害的防渗漏材料有着很重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种天然矿物黏土基复合防渗漏材料的制备方法。
一、复合防渗漏材料的制备
将纯天然矿物黏土与纤维素充分搅拌混匀后,加水搅拌30~60min,醒泥3~10 h,再加入活性白土废渣和荞麦皮,于真空练泥机混炼均匀即得。
在原料选择中,纯天然矿物黏土可采用坡缕石黏土,红土,白土,蒙脱土,高岭土,黑土,黄土等。经过工艺的优化,我们发现在不添加其他助剂的情况下,坡缕石黏土的防渗漏效果最好,因此本发明优选坡缕石黏土为基础原料。
本发明的纤维素可选用纤维素醚,甲基纤维素,羟丙基甲基纤维素,羟乙基纤维素及羧甲基纤维素。由于纤维素表面的大量羟基与天然矿物黏土表面的羟基形成弱的非共价键作用,能提高黏土内部分子之间的结合力。上述纤维素分别与坡缕石黏土进行复配,发现羟乙基纤维素与坡缕石黏土之间的结合力最佳,防渗漏效果最好,因此,本发明优选羟乙基纤维素。研究发现,天然矿物黏土与纤维素的质量比在100:1.5~100:3的范围内,复合材料都具有很好的防渗漏效果。
活性白土废渣为植物油脱色后的白土废渣,该白土废渣经过滤后不具有脱色能力。但是该白土废渣中含有憎水性的油脂成分,该类憎水性的油脂成分在防渗漏材料干燥的过程中,会渗析到防渗漏材料表面,起到阻止水分通过的作用。我们发现脱色白土废渣具有良好的疏水性,尤其是与坡缕石黏土、羟乙基纤维素复配后,能够有效提高复合材料的防渗漏能力。天然矿物黏土与白土废渣的质量比控制在100:20~100:50的范围内,复合材料都具有很好的防渗漏效果。
荞麦皮,具有其它植物秸秆不具有的优点,如在泥水混合物中长期存放不变质,长时间日晒和水洗不变质,掺杂有荞麦皮的防渗漏材料保存的水本身不容易变质等优点。因为含有荞麦皮的防渗漏材料,经过试验发现,其透气性较好,但不漏水,所以水质较好。含其他秸秆的防渗漏材料经过同样的试验发现保存的水质和防渗漏能力达不到荞麦皮的效果。荞麦皮的面积不小于4mm2。天然矿物黏土与荞麦皮的质量比为100:5~100:20。
在防渗漏料的制备中,加水量为矿物黏土质量的0.5~1倍。
搅拌速率对于天然矿物黏土与纤维素的混合效果有较大的影响,搅拌速度太慢,纤维素在黏土矿物中易团聚,搅拌速度过快耗能太大,不利于生产成本控制,所以我们试验后选择了搅拌速率控制在300~600r/min。
醒泥时间对于天然矿物黏土与纤维素之间的结合力有较大的影响,时间太短则无法实现天然矿物与纤维素分子之间的弱相互非共价键作用;时间太长则纤维素在气温较高时容易变质。经过优化实验,发现醒泥时间在3~10 h,复合材料的防渗漏能力达到最佳。
二、复合防渗漏材料的结构表征
图1为添加不同含量羟乙基纤维素的渗水量随时间的变化曲线图。与纯天然坡缕石相比,添加羟乙基纤维素制备的防渗漏材料具有很好的防水渗漏效果,在43天内无水渗出,与其它防渗漏材料相比,不仅能达到防水渗漏的目的,而且能降低成本,避免了水质恶化和防渗漏材料对环境造成二次污染。
图2为坡缕石(a)、坡缕石黏土/羟乙基纤维素(b)和羟乙基纤维素(c)的红外光谱图。从图2中可以看出,与未添加羟乙基纤维素的坡缕石粘土相比,添加后坡缕石在1640cm-1的-OH的弯曲振动发生减弱,在1032cm-1和797cm-1的Si-O-Si(Al)、-O-Si(Al)键的伸缩振动峰也发生减弱,从而可以判断坡缕石与羟乙基纤维素相互作用。
图3为坡缕石黏土/羟乙基纤维素的扫描电镜图。从图3中可以看出,添加羟乙基纤维素后坡缕石变团聚紧密,颗粒之间粘结性增强,孔隙减小,使水分子不容易通过,从而来达到防水渗漏的效果。
三、复合防渗漏材料的性能测试
根据国家标准GB 23440-2009 进行检测,本发明制备的防渗漏材料的涂层抗渗压力:大于0.3MPa,在1030h无水渗出;吸水率:48h吸水率小于2%。各项性能指标优于国家标准。
根据国家标准 GB 5749-2006对制备的防渗漏材料蓄集水的水质进行检测,pH:6.5~8;浊度:3~5度;色度:10~20度;CODMn:2~5mg/L。各项指标均达到国家标准。
综上所述,本发明以纯天然坡缕石黏土(凹凸棒土)为主要原料,以羟乙基纤维素、活性白土废渣及荞麦皮为填料,经真空混炼得到的性价比较高的防渗漏材料;与其它防渗漏材料相比,不仅能达到防水渗漏的目的,而且能降低成本,避免了水质恶化和防渗漏材料对环境造成二次污染,对于缺水地区水资源蓄集具有很大的实际应用价值;同时解决植物油加工后白土废弃物的利用问题,也能为荞麦皮的再利用拓宽领域。
附图说明
图1为添加不同含量羟乙基纤维素的渗水量随时间的变化曲线图。
图2为坡缕石(a)、坡缕石黏土/羟乙基纤维素(b)和羟乙基纤维素(c)的红外光谱图。
图3为坡缕石黏土(a)及其与羟乙基纤维素混合物醒泥后(b)的扫描电镜图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本申请坡缕石黏土/羟乙基纤维素复合防渗漏材料的制备工艺及防渗漏材料性能作详细的说明。
实施例1
称取100g纯天然坡缕石黏土(凹凸棒土),1.5 g添加羟乙基纤维素,搅拌混匀后,在300r/min的搅拌速率下加入50 mL的水搅拌30min,醒泥3h,之后加入20 g活性白土废渣,5g荞麦皮,于真空练泥机混炼均匀即得。
根据国家标准GB 23440-2009 进行检测,本发明制备的防渗漏材料的涂层抗渗压力:0.3MPa,在1030h无水渗出;吸水率:48h,吸水率小于2%,各项性能指标优于国家标准。
根据国家标准 GB 5749-2006对制备的防渗漏材料蓄集水的水质进行检测,pH:6.5;浊度:3度;色度:10度;CODMn:2 mg/L;各项指标均达到国家标准。
实施例2
称取100g纯天然坡缕石黏土(凹凸棒土),3g添加羟乙基纤维素,搅拌混匀后,在600r/min的搅拌速率下加入100 mL的水搅拌60min,醒泥10h,之后加入50g活性白土废渣,20 g荞麦皮,于真空练泥机混炼均匀即得。
根据国家标准GB 23440-2009 进行检测,本发明制备的防渗漏材料的涂层抗渗压力:0.35MPa,在1030h无水渗出;吸水率:48h,吸水率小于2%,各项性能指标优于国家标准。
根据国家标准 GB 5749-2006对制备的防渗漏材料蓄集水的水质进行检测,pH:8;浊度:5度;色度:20度;CODMn:5mg/L;各项指标均达到国家标准。
实施例3
称取100g纯天然坡缕石黏土(凹凸棒土),2 g添加羟乙基纤维素,搅拌混匀后,在500r/min的搅拌速率下加入80 mL的水搅拌50min,醒泥5h,之后加入35g活性白土废渣,10 g荞麦皮,于真空练泥机混炼均匀即得。
根据国家标准GB 23440-2009 进行检测,本发明制备的防渗漏材料的涂层抗渗压力:0.32 MPa,在1030h无水渗出;吸水率:48h,吸水率小于2%,各项性能指标优于国家标准。
根据国家标准 GB 5749-2006对制备的防渗漏材料蓄集水的水质进行检测,pH:7;浊度:4度;色度:15度;CODMn:4mg/L;各项指标均达到国家标准。
上述各实施例中,活性白土废渣来源于植物油生产企业脱色后废弃物经粉碎、过100目筛;荞麦皮筛选面积不小于4 mm2

Claims (8)

1.一种天然矿物黏土基复合防渗漏材料的制备方法,是将纯天然矿物黏土与纤维素混匀后,加水搅拌,醒泥后,再加入活性白土废渣和荞麦皮,最后于真空练泥机混炼均匀即得。
2.如权利要求1所述天然矿物黏土基复合防渗漏材料的制备方法,其特征在于:纯天然矿物黏土为坡缕石黏土,红土,白土,蒙脱土,高岭土,黑土或黄土。
3.如权利要求1所述天然矿物黏土基复合防渗漏材料的制备方法,其特征在于:纤维素为纤维素醚,甲基纤维素,羟丙基甲基纤维素,羟乙基纤维素或羧甲基纤维素;天然矿物黏土与纤维素的质量比为100:1.5~100:3。
4.如权利要求1所述天然矿物黏土基复合防渗漏材料的制备方法,其特征在于:天然矿物黏土与活性白土废渣的质量比为100:20~100:50。
5.如权利要求1所述天然矿物黏土基复合防渗漏材料的制备方法,其特征在于:天然矿物黏土与荞麦皮的质量比为100:5~100:20。
6.如权利要求1所述天然矿物黏土基复合防渗漏材料的制备方法,其特征在于:加水量为矿物黏土质量的0.5~1倍。
7.如权利要求1所述天然矿物黏土基复合防渗漏材料的制备方法,其特征在于:搅拌速率控制在300~600r/min,搅拌时间为30~60min。
8.如权利要求1所述天然矿物黏土基复合防渗漏材料的制备方法,其特征在于:醒泥时间为3~10 h。
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