CN108640205A - 一种高透光的水体修复漂浮板 - Google Patents

Abstract

本发明属于水体修复技术领域，具体涉及一种高透光的水体修复漂浮板，包括设置在PVC发泡板上的水体修复涂膜，所述的水体修复涂膜呈条带状并在PVC发泡板上间隔布置；所述的水体修复涂膜包括：过硫酸盐、光催化剂、海泡石、发泡剂、钠基膨润土、碱液改性硅灰石纤维、粘结剂和水；所述的光催化剂包括：四异丙氧基钛、二氧化钛、螯合剂、金属化合物、酸性催化剂和溶剂；本发明通过光催化和过硫酸盐的相互配合，将水体中的有机物降解为小分子并进一步的分解得到二氧化碳和水，防止水体中有机物造成的腐臭、变质；所述的光催化剂中含有金属化合物，金属离子在光和热的条件下激发过硫酸盐，使其活化分解为硫酸根自由基·SO₄ ^2‑，降解大多数的有机氧化物。

Description

一种高透光的水体修复漂浮板

技术领域

本发明属于水体修复技术领域，具体涉及一种高透光的水体修复漂浮板。

背景技术

水资源是人类生产和生活必不可少的自然资源，也是生物赖以生存的环境资源和支撑国民经济健康发展的经济资源。自工业革命以来，大工业的兴起、农业的机械化和农药化肥的大量使用、都市化的迅速发展等，造成大量废水排入到江河湖海中，导致水资源的恶化。而随着水资源的短缺以及水质恶化造成河流的生态系统也严重退化，造成水土流失，堤岸侵蚀严重及生物多样性减少等现象。城市景观用水为包括人造湖泊、小型的天然湖泊和为房地产建设所配置的人造景观湖等，其处在与自然环境相差较大的特殊环境中，多数为静止或流动性较差的缓流水体，因此水体的自净能力不足，易成为生活污水、雨水和垃圾等的收纳体，导致不同程度的水体污染乃至富营养化。随着人类生活的高速发展，现有的很多水体的自净能力已无法满足水体中污染物的清除，造成水体质量的恶化越来越严重，因此不得不引起人们的重视。

如申请号为“CN 201711008072.0”的中国专利公开了一种水体生态自修复光热微生物漂浮板及制备方法，通过该漂浮板去除黑臭污水中的污染物质，起到有效净化水质，恢复水体自净化的功能，但是这种漂浮板本身透光性能较差，将其设置在水体上，对漂浮板以下的水体的光线遮挡的较为厉害，也就是说，这种漂浮板的设置本身就会对水体中的微生物的自然生长造成干扰。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种高透光的水体修复漂浮板，通过该漂浮板对水体中的污染物进行降解，加快水质的净化，解决现有技术中水体自净化能力不足的问题；同时，该漂浮板对水体的遮光低，避免对漂浮板以下的水体生物的影响。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种高透光的水体修复漂浮板，包括设置在PVC发泡板上的水体修复涂膜，所述的水体修复涂膜呈条带状并在PVC发泡板上间隔布置；所述的水体修复涂膜包括以下原料制备而成：过硫酸盐、光催化剂、海泡石、发泡剂、钠基膨润土、碱液改性硅灰石纤维、粘结剂和水；所述的光催化剂包括以下原料制备而成：四异丙氧基钛、二氧化钛、螯合剂、金属化合物、酸性催化剂和溶剂。

本发明中，所述的PVC发泡板具有低密度的特点，能够漂浮在水体上，通过设置在PVC发泡板上的水体修复涂膜对水体进行修复，解决现有的水体自净能力不足的问题；本发明中，所述的水体修复涂膜呈条带状并在PVC发泡板上间隔布置，如此，有效的解决了漂浮板在水体上阻挡了光线，而对漂浮板以下的水体生物造成影响的问题。

根据本发明，所述的水体修复涂膜的宽度以及相邻水体修复涂膜的间距可以在较宽的范围内选择，为了确保较高水体净化效果以及足够的透光能力，所述水体修复涂膜的宽度为3～10cm，相邻水体修复涂膜的间距为5～10cm。

本发明中，所述的过硫酸盐净化水体的原理为：过硫酸盐在水中电离产生过硫酸根粒子S₂O₈ ^2-，其标准氧化还原电位达到+2.01V，接近于臭氧，大于高锰酸根和过氧化氢。其分子中含有过氧基(-O-O-)，具有较强的氧化性，能够氧化水体中的有机分子，进而将水体中的有机污染物逐渐降解为小分子；作为优选的，所述的过硫酸盐为过硫酸钾和过硫酸氢钾中的一种或其组合。

本发明中，所述的二氧化钛粒子本身具有较好的稳定性，但是它吸收了太阳光线中的紫外光的能量以后，变得活泼起来，开始释放出电子，其抛出的电子和自身空出的“电位”变成了撕扯有机物大分子的刀，当能量减弱以后，二氧化钛粒子所抛出的电子会跑回来并与自身空出的电位结合，也就是说，二氧化钛粒子在不消耗自身的情况下，将有机物降解了，这个过程较为复杂，但是最终的产物是二氧化碳和水。

如此，通过光催化和过硫酸盐的相互配合，能够实现将水体中的有机物快速的降解为小分子并进一步的分解得到最终产物二氧化碳和水，防止水体中有机物存在过多造成的腐臭、变质；并且，本发明的光催化剂中含有金属化合物，其中的金属离子在光和热的条件下进一步的激发过硫酸盐，使其活化分解为硫酸根自由基·SO₄ ^2-，其氧化还原电位为+2.6V，接近于羟基自由基·OH(+2.8V)，具有较高的氧化能力，理论上可以快速的降解大多数的有机氧化物，可将其矿化为二氧化碳和无机酸。也就是说，通过过硫酸盐与光催化剂的协同配合，达到了更高效的水体净化效果。

本发明中，所述的海泡石是一种纤维状的含水硅酸镁，具有非金属矿物中最大的比表面积(比表面可以达到900m²/g)和独特的内容孔道结构，是公认的吸附能力最强的粘土矿物；

所述发泡剂的作用效果在于防止海泡石的孔隙在制备过程中被封闭。具体的，所述的发泡剂可以选择碳酸钠、碳酸氢钠中的一种。

所述的钠基膨润土具有高吸附能力，能够吸附大量的溶解性有机污染物；

所述的硅灰石纤维是一种天然产出的链状偏硅酸钙矿物，具有高白度、较好的热稳定性和化学稳定性，较高的长径比等特点；本发明中的硅灰石纤维经碱液改性处理，使其表面呈现出蜂窝状的微孔结构，形成的表面缺陷能够促进更多的表面官能团的裸露，提高其与水体中有机物的结合；具体的，所述碱液改性硅灰石纤维的方法具体包括，将硅灰石纤维加入到3～5倍量的碱性溶液中搅拌，使硅灰石纤维的表面呈现蜂窝状的微孔结构，更进一步的，碱性溶液的作用在于提供碱性条件，本发明对于碱性溶液的选择没有特殊的要求，可以为所属领域技术人员所公知的，例如，所述的碱性溶液可以为氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾中的至少一种。

本发明中提供的海泡石、钠基膨润土和硅灰石纤维不仅作为过硫酸盐和光催化剂的载体，同时，其具有的多孔隙和多反应结合位点能够吸附水体中的大量溶解性有机污染物，提供有机污染物降解的场所，从而实现水体的净化。

根据本发明，所述的PVC发泡板就是现有技术中普遍存在的雪弗板和安迪板，在本发明中，PVC发泡板作为水体净化材料的载体，其作用在于保持漂浮的状态。为了减少对漂浮板以下水体光线的阻挡，所述PVC发泡板的厚度也不宜过厚，本发明中，所述PVC发泡板的厚度为10～20mm，具体的，所述的PVC发泡板购自保定盛通建材科技有限公司生产的PVC雪弗板(厚度为18mm)、PVC安迪板(厚度为18mm)、PVC发泡板(厚度为12mm)。

本发明中，所述的水体修复涂膜可以设置在PVC发泡板的两侧，在使用一段时间后，将PVC发泡板翻面即可继续进行水体的净化，如此，充分的利用了PVC发泡板。需要注意的是，设置在PVC发泡板两侧的水体修复涂膜需要设置在相对应的位置，从而留出光线通过的区域。

根据本发明，所述水体修复涂膜的中各组分的含量可以在较宽的范围内选择，为了确保所述的漂浮板具有更好的水体净化效果，所述的水体修复涂膜包括以下重量份数的原料：过硫酸盐5～10份、光催化剂10～20份、海泡石3～8份、发泡剂0.5～2份、钠基膨润土2～8份、碱液改性硅灰石纤维3～10份、粘结剂5～10份、水50～75份。

根据本发明，所述光催化剂中各组分的含量可以在较宽的范围内选择，为了确保其具有更好的光催化效果，所述的光催化剂包括以下重量份数的原料：四异丙氧基钛3～10份、二氧化钛5～10份、螯合剂0.5～2份、金属化合物1～10份、酸性催化剂4～15份、溶剂35～50份。

本发明中，所述螯合剂为乙二胺四乙酸或乙酰丙酮；

所述金属化合物为硝酸锌、硝酸铜、硝酸铁、硝酸锰、硫酸锌、硫酸铜、硫酸铜、硫酸锰、氯化锌、氯化铜、氯化铁中的一种；

所述的酸性催化剂为盐酸、硝酸、硫酸或乙酸中的一种。

所述的溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇中的一种。

本发明中，所述的光催化剂的具体制备方法为，

(1)先将四异丙氧基钛和螯合剂加入到溶剂中，然后再加入二氧化钛，搅拌得到反应混合物；

(2)将金属化合物分散到2倍量的蒸馏水中，搅拌得到金属化合物的水溶液；

(3)在酸性催化剂的存在下将步骤(1)中的反应混合物加入到步骤(2)的水溶液中，搅拌得到所述的光催化剂。

本发明提供的高透光的水体修复漂浮板的制备方法如下：

将过硫酸盐、光催化剂、海泡石、发泡剂、钠基膨润土、碱液改性硅灰石纤维、粘结剂和水预制成水体修复涂料，然后将水体修复涂料喷涂到PVC发泡板的至少一侧形成水体修复涂膜，将喷涂完成的PVC泡沫板输送到热烘道中，在50～60℃的温度下烘烤110～150s，得到所述的高透光的水体修复漂浮板。

根据本发明，所述水体修复涂料的喷涂量影响漂浮板的水体净化能力，而局限于漂浮板的面积，所述水体修复涂料的喷涂量也不易过大，以免造成浪费，本发明中，为了确保所述的漂浮板具有更高的性价比，所述水体修复涂料的喷涂量为100～200g/cm²。

根据本发明，本发明中所述的粘结剂为原硅酸三乙酯、γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷或其混合物。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

本发明中，通过光催化和过硫酸盐的相互配合，将水体中的有机物快速的降解为小分子并进一步的分解得到二氧化碳和水，防止水体中有机物存在过多造成的腐臭、变质；

所述的光催化剂中含有金属化合物，其中的金属离子在光和热的条件下进一步的激发过硫酸盐，使其活化分解为硫酸根自由基·SO₄ ^2-，其氧化还原电位为+2.6V，接近于羟基自由基·OH(+2.8V)，具有较高的氧化能力，理论上可以快速的降解大多数的有机氧化物，可将其矿化为二氧化碳和无机酸。也就是说，通过过硫酸盐与光催化剂的协同配合，达到了更高效的水体净化效果；

本发明中提供的海泡石、钠基膨润土和硅灰石纤维不仅作为过硫酸盐和光催化剂的载体，同时，其具有的多孔隙和多反应结合位点能够吸附水体中的大量溶解性有机污染物，提供有机污染物降解的场所，从而实现水体的净化。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。

实施例1

一种高透光的水体修复漂浮板，其制备方法如下：

(1)光催化剂的制备：

先将四异丙氧基钛和乙二胺四乙酸加入到甲醇中，然后再加入二氧化钛，搅拌得到反应混合物；将硝酸锌分散到2倍量的蒸馏水中，搅拌得到硝酸锌的水溶液；在盐酸的存在下将反应混合物加入到硝酸锌的水溶液中，搅拌得到所述的光催化剂；

所述的光催化剂包括以下重量份数的原料：四异丙氧基钛8份、二氧化钛8份、乙二胺四乙酸1份、硝酸锌5份、盐酸10份、甲醇40份；

(2)将过硫酸钾8份、光催化剂15份、海泡石5份、碳酸钠1份、钠基膨润土5份、碱液改性硅灰石纤维5份、原硅酸三乙酯8份、水62份混合预制成水体修复涂料；

(3)采用全自动喷涂机将水体修复涂料喷涂到PVC发泡板的一侧形成水体修复涂膜，经热固化后得到所述的漂浮板；

所述的固化条件为，将喷涂完成的PVC发泡板送入到热烘道中，热烘道的温度为55℃，烘烤时间为120s；

所述水体修复涂料的喷涂量为150g/cm²；

所述水体修复涂膜的宽度为5cm，相邻水体修复涂膜的间距为8cm。

实施例2

本实施例与实施例1中高透光的水体修复漂浮板的制备方法基本相同，不同的是，所述水体修复涂料的喷涂量为100g/cm²。

实施例3

本实施例与实施例1中高透光的水体修复漂浮板的制备方法基本相同，不同的是，所述水体修复涂料的喷涂量为200g/cm²。

实施例4

本实施例与实施例1中高透光的水体修复漂浮板的制备方法基本相同，不同的是，所述水体修复涂料的喷涂量为300g/cm²。

实施例5

本实施例与实施例1中高透光的水体修复漂浮板的制备方法基本相同，不同的是，所述的光催化剂包括以下重量份数的原料：四异丙氧基钛3份、二氧化钛5份、乙二胺四乙酸0.5份、硝酸锌1份、盐酸4份、甲醇35份。

实施例6

本实施例与实施例1中高透光的水体修复漂浮板的制备方法基本相同，不同的是，所述的光催化剂包括以下重量份数的原料：四异丙氧基钛10份、二氧化钛10份、乙二胺四乙酸2份、硝酸锌10份、盐酸15份、甲醇50份。

实施例7

本实施例与实施例1中高透光的水体修复漂浮板的制备方法基本相同，不同的是，水体修复涂膜中各组分的组成为：

过硫酸钾5份、光催化剂10份、海泡石3份、碳酸钠0.5份、钠基膨润土2份、碱液改性硅灰石纤维3份、原硅酸三乙酯5份、水50份。

实施例8

本实施例与实施例1中高透光的水体修复漂浮板的制备方法基本相同，不同的是，水体修复涂膜中各组分的组成为：

过硫酸钾10份、光催化剂20份、海泡石8份、碳酸钠2份、钠基膨润土8份、碱液改性硅灰石纤维10份、原硅酸三乙酯10份、水75份。

对比例1

本实施例与实施例1中高透光的水体修复漂浮板的制备方法基本相同，不同的是，所述水体修复涂料的喷涂量为50g/cm²。

对比例2

本实施例与实施例1中高透光的水体修复漂浮板的制备方法基本相同，不同的是，在所述的水体修复涂料中不含有光催化剂，其余不变，得到所述的漂浮板。

对比例3

本实施例与实施例1中高透光的水体修复漂浮板的制备方法基本相同，不同的是，在所述的水体修复涂料中不含有过硫酸钾，其余不变，得到所述的漂浮板。

选择保定盛通建材科技有限公司生产的PVC雪弗板(厚度为18mm)作为上述实施例中的PVC发泡板，在该PVC发泡板上进行水体修复涂膜的喷涂。

测试上述漂浮板处理水体10天后的水体质量情况，以未放置漂浮板的水体作为空白组，测试结果汇总记录于表1中。

表1：

结合上述试验数据可以看出，本发明提供的高透光的水体修复漂浮板能够对水体进行修复，加速水体净化的能力。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种高透光的水体修复漂浮板，其特征在于：包括设置在PVC发泡板上的水体修复涂膜，所述的水体修复涂膜呈条带状并在PVC发泡板上间隔布置；

所述的水体修复涂膜包括以下原料制备而成：过硫酸盐、光催化剂、海泡石、发泡剂、钠基膨润土、碱液改性硅灰石纤维、粘结剂和水；

所述的光催化剂包括以下原料制备而成：四异丙氧基钛、二氧化钛、螯合剂、金属化合物、酸性催化剂和溶剂。

2.根据权利要求1所述的高透光的水体修复漂浮板，其特征在于：所述水体修复涂膜的宽度为3～10cm，相邻水体修复涂膜的间距为5～10cm。

3.根据权利要求1所述的高透光的水体修复漂浮板，其特征在于：所述的水体修复涂膜包括以下重量份数的原料：过硫酸盐5～10份、光催化剂10～20份、海泡石3～8份、发泡剂0.5～2份、钠基膨润土2～8份、碱液改性硅灰石纤维3～10份、粘结剂5～10份、水50～75份。

4.根据权利要求1所述的高透光的水体修复漂浮板，其特征在于：所述的光催化剂包括以下重量份数的原料：四异丙氧基钛3～10份、二氧化钛5～10份、螯合剂0.5～2份、金属化合物1～10份、酸性催化剂4～15份、溶剂35～50份。

5.根据权利要求1所述的高透光的水体修复漂浮板，其特征在于：所述的过硫酸盐为过硫酸钾和过硫酸氢钾中的一种或其组合。

6.根据权利要求1所述的高透光的水体修复漂浮板，其特征在于：所述碱液改性硅灰石纤维的方法具体包括，将硅灰石纤维加入到3～5倍量的碱性溶液中搅拌，使硅灰石纤维的表面呈现蜂窝状的微孔结构。

7.根据权利要求1所述的高透光的水体修复漂浮板，其特征在于：所述螯合剂为乙二胺四乙酸或乙酰丙酮；

所述金属化合物为硝酸锌、硝酸铜、硝酸铁、硝酸锰、硫酸锌、硫酸铜、硫酸铜、硫酸锰、氯化锌、氯化铜、氯化铁中的一种；

所述的酸性催化剂为盐酸、硝酸、硫酸或乙酸中的一种；

所述的溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇中的一种。