CN110124609A - 用于污染场地的复合阻隔材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于污染场地的复合阻隔材料及其制备方法，该符合阻隔材料包括以下质量份的组分：改性凹凸棒土60～100份、稀释液50～100份、水泥10～20份、硅酸钠1～5份。本发明制备得到的改性凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料，不仅具有无毒环保、原料易得、使用方法简单和固结效果明显等优点，其具有良好的土体吸附性、低渗透性和耐久性提高了阻隔工程屏障的防渗性能，延长了使用寿命，降低了工程成本，能有效去除污染场地中的重金属，可应用于重金属污染场地的原位控制。

Description

用于污染场地的复合阻隔材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及重金属污染场地的原位污染控制领域，具体涉及一种用于污染场地的复合阻隔材料及其制备方法。
背景技术
场地环境面临着严重的重金属污染，土壤和地下水中重金属污染具有持久性、隐蔽性、复杂性和难以治理等特点。污染土壤和地下水对人类健康构成威胁，若饮用水源受重金属污染，会诱发癌症和其他疾病。
控制重金属污染源是避免污染继续扩大的有效方式，通过阻隔切断污染扩散的途径，限制重金属迁移，降低重金属暴露风险，达到风险控制的目的，所以探求一种从经济上和技术上均可行的阻隔材料具有重要意义。
凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料是由固相和液相，按照一定比例均匀搅拌得到的复合体系。当固液混合体系形成后，可通过若干种正磷酸钙盐之间的酸碱反应，经历增粘、塑性、硬化和固结等过程，在室温下固化。凹凸棒土独特的晶体结构，使之具有许多特殊的物理化学及工艺性能，目前作为一种新型的吸附材料，受到了国内外众多学者的广泛关注。本发明的目的是引入凹凸棒土、硅酸钠和水泥，结合其材料环保无毒、凝结时间可控、耐久性等特点，将阻隔材料应用于多种重金属污染场地。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于污染场地的复合阻隔墙材料及其制备方法，解决如何对重金属污染场地的原位污染进行控制的问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于污染场地的复合阻隔材料，包括以下质量份的组分：改性凹凸棒土60～100份、稀释液50～100份、水泥10～20份、硅酸钠1～5份。
作为优选，所述改性凹凸棒土的制备方法是：将污染场地的凹凸棒土经破碎、分筛，制备得到10目的凹凸棒土颗粒，再在250℃条件下热改性12h，得到改性凹凸棒土。凹凸棒土是一种层链状过渡结构的含水镁铝硅酸盐矿物，以凹凸棒石矿物为特征组分，它具有极高的比表面积，低的成本，无毒无害，是一种环保型的吸附材料，可以通过离子交换、表面配合、表面配位的方式实现对重金属的吸附，经过热改性后的凹凸棒土孔道体积增加，比表面积增大，吸附能力有效提高。
作为优选，所述稀释液为蒸馏水、氯化钠水溶液的一种或几种。
作为优选，所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸水泥、铁铝酸水泥、氟氯酸水泥和磷酸盐水泥中的一种或几种。水泥的加入有助于增加复合衬垫的抗压强度。
硅酸钠为矿粘合剂。
上述用于污染场地的复合阻隔材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将改性凹凸棒土与稀释液混合，常温下机械搅拌10分钟；
(2)待温度降至室温后，缓慢加入水泥和硅酸钠，充分搅拌至均匀；
(3)将搅拌均匀的泥浆浇注到阻隔墙模具内，边搅拌边倒入，使浆体中残留气泡排除，抹平模具表面多余的泥浆，盖上塑料薄膜养护，15天后拆模。
作为优选，所述步骤(1)中机械搅拌时搅拌器械的转速为1000～3000r/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用原位固化技术，制备凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料，实现对重金属污染场地的原位污染控制。凹凸棒土的引入，可提高复合阻隔材料的吸附效率、缩短平衡时间，实现吸附剂重复使用等；水泥的引入，实现复合阻隔材料的低渗透性、提高耐久性，在与硅酸钠混合作用下，能提高阻隔工程屏障的防渗性能，延长使用寿命，降低工程成本，有效控制污染场地中的重金属迁移，从而保护污染场地下游环境安全。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下实施例中各原料的来源列于下表。
实施例1
本实施例凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料原料配比为：
将50份凹凸棒土与60份稀释液混合，常温下机械搅拌10分钟。待温度降至室温后，缓慢加入10份水泥和1份硅酸钠，常温下机械搅拌10分钟，将搅拌均匀的泥浆浇注到阻隔墙模具内，边搅拌边倒入，使浆体中残留气泡排除，抹平模具表面多余的泥浆，盖上塑料薄膜养护，15d后拆模。
对上述实施例材料进行渗透系数测试。渗透系数测试采用中华人民共和国行业标准JTGE40—2007《公路土工试验规程JTG》中的T0130-2007变水头渗透试验，变水头渗透试验适用于粘土、粘性土，可准确、简便地测试出粘性土渗透系数。
对上述实施例污染物迁移实验，选取Pb(500mg/L)和Cd(500mg/L)的混合污染液进行渗透实验，对出水口溢出的污染液进行收集，测试其中的污染物含量，并与污染液原液进行对比，获取去除率。
本实施例获得的凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料技术指标如下：
性能 指标
渗透系数K(m/s) 1.54×10<sup>-7</sup>
无侧限抗压强度(Kpa) 117.16
重金属去除率(％) 75
实施例2
本实施例凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料原料配比为：
原料 配比
凹凸棒土 60重量份
稀释液 60重量份
硅酸盐水泥 10重量份
硅酸钠 1重量份
本实施例的材料制备与样品检测与实施例1相同。
本实施例获得的凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料技术指标如下：
性能 指标
渗透系数K(m/s) 1.27×10<sup>-7</sup>
无侧限抗压强度(Kpa) 112.63
重金属去除率(％) 82
实施例3
本实施例凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料原料配比为：
原料 配比
凹凸棒土 80重量份
稀释液 60重量份
硅酸盐水泥 10重量份
硅酸钠 1重量份
本实施例的材料制备与样品检测与实施例1相同。
本实施例获得的凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料技术指标如下：
性能 指标
渗透系数K(m/s) 1.36×10<sup>-7</sup>
无侧限抗压强度(Kpa) 107.63
重金属去除率(％) 86
实施例4
本实施例凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料原料配比为：
原料 配比
凹凸棒土 100重量份
稀释液 60重量份
硅酸盐水泥 10重量份
硅酸钠 1重量份
本实施例的材料制备与样品检测与实施例1相同。
本实施例获得的凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料技术指标如下：
性能 指标
渗透系数K(m/s) 1.96×10<sup>-7</sup>
无侧限抗压强度(Kpa) 100.63
重金属去除率(％) 94
实施例5
本实施例凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料原料配比为：
原料 配比
凹凸棒土 100重量份
稀释液 60重量份
硅酸盐水泥 14重量份
硅酸钠 1重量份
本实施例的材料制备与样品检测与实施例1相同。
本实施例获得的凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料技术指标如下：
性能 指标
渗透系数K(m/s) 0.42×10<sup>-7</sup>
无侧限抗压强度(Kpa) 125.63
重金属去除率(％) 91
实施例6
本实施例凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料原料配比为：
原料 配比
凹凸棒土 100重量份
稀释液 60重量份
硅酸盐水泥 16重量份
硅酸钠 1重量份
本实施例的材料制备与样品检测与实施例1相同。
本实施例获得的凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料技术指标如下：
性能 指标
渗透系数K(m/s) 0.28×10<sup>-7</sup>
无侧限抗压强度(Kpa) 130.28
重金属去除率(％) 90
实施例7
本实施例凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料原料配比为：
原料 配比
凹凸棒土 100重量份
稀释液 60重量份
硅酸盐水泥 20重量份
硅酸钠 1重量份
本实施例的材料制备与样品检测与实施例1相同。
本实施例获得的凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料技术指标如下：
性能 指标
渗透系数K(m/s) 0.50×10<sup>-7</sup>
无侧限抗压强度(Kpa) 138.63
重金属去除率(％) 94
实施例8
本实施例磷酸钙类仿生固化材料原料配比为：
本实施例凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料原料配比为：
原料 配比
凹凸棒土 100重量份
稀释液 60重量份
硅酸盐水泥 20重量份
硅酸钠 3重量份
本实施例的材料制备与样品检测与实施例1相同。
本实施例获得的凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料技术指标如下：
性能 指标
渗透系数K(m/s) 1.5×10<sup>-8</sup>
无侧限抗压强度(Kpa) 140.63
重金属去除率(％) 90
实施例9
本实施例磷酸钙类仿生固化材料原料配比为：
本实施例凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料原料配比为：
原料 配比
凹凸棒土 100重量份
稀释液 60重量份
硅酸盐水泥 20重量份
硅酸钠 5重量份
本例的材料制备与样品检测与实施例1相同。
本实施例获得的凹凸棒土/水泥/硅酸钠复合阻隔材料技术指标如下：
性能 指标
渗透系数K(m/s) 0.75×10<sup>-8</sup>
无侧限抗压强度(Kpa) 138.63
重金属去除率(％) 92
由以上试验结果表明，凹凸棒土作为吸附材料能有效吸附去除重金属。添加了不同掺量吸附材料凹凸棒土、不同掺量硬性无机胶凝材料水泥和不同掺量硅酸钠粘合剂的工程屏障材料在混合重金属污染液作用下均可维持较低渗透系数、有效的去除率和较高的抗压强度。
根据文献阅读，现有的阻隔墙泥浆阻截墙材料中土-膨润土泥浆阻截墙(土300重量份，膨润土21重量份，水147重量份)其渗透系数为4.458×10-6cm/s，)水泥-膨润土泥浆阻截墙(水泥30重量份，膨润土14重量份，水30重量份)的28d渗透系数为3.9×10-6cm/s，28d无侧限抗压强度为136.67Kpa，土-水泥-膨润土泥浆阻截墙(土150重量份，水泥100重量份，膨润土10重量份，水180重量份)其渗透系数为3.16×10-6cm/s，粉煤灰-膨润土阻隔墙(粉煤灰200重量份，水泥5重量份，膨润土40重量份，水100重量份)的渗透系数为1.11×10-8m/s，最大抗压强度291.97kPa，最大重金属吸附率为88.38％。
本发明所列出的1、2、3、4实施例是对比不同凹凸棒土重量份其阻隔墙材料的渗透系数、抗压强度、重金属去除率，其中较好的100重量份的凹凸棒土，5、6、7实施例是对比不同硅酸盐水泥，其中较好的是20重量份硅酸盐水泥，
实施例7、8、9的硅酸钠掺量的增加，渗透系数明显增大。
本发明中的阻隔墙材料主要由凹凸棒土、硅酸盐水泥组成，其渗透性能及抗压强度都好于水泥-膨润土泥浆阻截墙，重金属吸附率好于粉煤灰-膨润土阻隔墙，凹凸棒土的引入，可提高复合阻隔材料的吸附效率、缩短平衡时间，实现吸附剂重复使用等；水泥的引入，实现复合阻隔材料的低渗透性、提高耐久性，在与硅酸钠混合作用下，能提高阻隔工程屏障的防渗性能，延长使用寿命，降低工程成本，有效控制污染场地中的重金属迁移，从而保护污染场地下游环境安全。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、“优选实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (6)

1.一种用于污染场地的复合阻隔材料，其特征在于：包括以下质量份的组分：改性凹凸棒土60～100份、稀释液50～100份、水泥10～20份、硅酸钠1～5份。
2.根据权利要求1所述的用于污染场地的复合阻隔材料，其特征在于：所述改性凹凸棒土的制备方法是：将污染场地的凹凸棒土经破碎、分筛，制备得到10目的凹凸棒土颗粒，再在250℃条件下热改性12h，得到改性凹凸棒土。
3.根据权利要求1所述的用于污染场地的复合阻隔材料，其特征在于：所述稀释液为蒸馏水、氯化钠水溶液的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的用于污染场地的复合阻隔材料，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸水泥、铁铝酸水泥、氟氯酸水泥和磷酸盐水泥中的一种或几种。
5.权利要求1～4任意一项所述的用于污染场地的复合阻隔材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将改性凹凸棒土与稀释液混合，常温下机械搅拌10分钟；
(2)待温度降至室温后，缓慢加入水泥和硅酸钠，充分搅拌至均匀；
(3)将搅拌均匀的泥浆浇注到阻隔墙模具内，边搅拌边倒入，使浆体中残留气泡排除，抹平模具表面多余的泥浆，盖上塑料薄膜养护，15天后拆模。
6.根据权利要求5所述的用于污染场地的复合阻隔材料的指标方法，其特征在于：所述步骤(1)中机械搅拌时搅拌器械的转速为1000～3000r/min。
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