CN112774647B - 一种重金属污染水体的渗透吸附材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于吸附材料技术领域，具体涉及一种重金属污染水体的渗透吸附材料。本发明提供的重金属污染水体的渗透吸附材料，包括以下重量份数的组分：氨基改性的重金属吸附材料40～50份，燃煤炉渣30～40份，海泡石20份；所述氨基改性的重金属吸附材料的粒径为10～300μm；所述燃煤炉渣的粒径为4～5mm，比表面积1～10m2/g；所述海泡石的粒径为1～2mm，比表面积30～50m2/g。本发明提供的重金属污染水体的渗透吸附材料通过上述三种组分的协同作用，具有吸附容量高、渗透性能良好且成本低的特点。

Description

一种重金属污染水体的渗透吸附材料及其制备方法
技术领域
本发明属于吸附材料技术领域，具体涉及一种重金属污染水体的渗透吸附材料及其制备方法。
背景技术
矿山开采、工业生产等人为活动产生的重金属(镉、铬、铅等)污染废水是地下水、地表水主要的重金属污染源，严重威胁着生活饮用、农田灌溉、水产养殖等用水安全。特别是重金属污染水体通过浸漫、灌溉等途径造成大范围土壤污染后，重金属污染物可通过食物链等途径进入人体，最终威胁人体健康。但是对污染土壤进行修复，难度大、周期长、成本高。因此，控制重金属污染水体向外扩散尤为重要。
可渗透反应墙作为一种阻控重金属污染水体扩散的有效方法，是指在地表径流或地下水流垂直方向建造墙式结构，所述墙式结构内根据水体中主要污染物种类填充不同的活性材料，通过物理、化学或生物作用过程去除水体中的污染物，以达到净化水体作用。传统的固体活性吸附材料主要有海泡石、沸石、高岭土、凹凸棒、壳聚糖等天然吸附材料；活性炭、生物炭等碳质吸附材料以及赤泥、钢渣、炉渣等工业固体废弃物等。但这些活性材料往往吸附容量有限，当活性材料与污染水体反应一段时间，需要费时费力更换活性材料，否则会导致可渗透反应墙的处理能力下降，进而引起重金属污染向周边扩散的风险。
近年来，通过人工设计组装的重金属吸附材料对重金属吸附能力强，吸附容量大，受到重金属污染水体处理领域的广泛关注，申请号为CN201610532570.4的中国专利公开了一种新型氨基化淀粉螯合材料及其制备方法；申请号为CN201410172439.2的中国专利公开了一种以乙二胺为原料的煤基复合螯合材料的制备方法；申请号CN201310431278.X的中国专利为公开了一种溴代环氧树脂废料改性制备金属螯合剂的方法；申请号为CN201510882775.0的中国专利公开了一种表面包覆多氨基吸附基团的磁性固体多氨基吸附剂颗粒材料；申请号为CN201410080511.9的中国专利公开了一种磁性氨羧螯合吸附颗粒材料及其制备方法。但由于上述材料分子直径处于微米级，易结块，透水性较差，且单独使用价格也较为昂贵，这些不足限制了该材料在可渗透反应墙上的使用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种重金属污染水体的渗透吸附材料及其制备方法，本发明提供的重金属污染水体的渗透吸附材料不易结块、吸附容量高、渗透性能良好且成本低。
本发明提供了一种重金属污染水体的渗透吸附材料，包括以下重量份数的组分：
氨基改性的重金属吸附材料40～50份，燃煤炉渣30～40份，海泡石20份；
所述氨基改性的重金属吸附材料的粒径为10～300μm；
所述燃煤炉渣的粒径为4～5mm，比表面积1～10m2/g；所述海泡石的粒径为1～2mm，比表面积30～50m2/g。
优选的，所述氨基改性的重金属吸附材料包括表面包覆氨基基团的SiO2颗粒和/或表面包覆氨基基团的Fe3O4颗粒。
优选的，所述氨基改性的重金属吸附材料中的氨基基团通过接枝聚合反应得到。
优选的，所述表面包覆氨基基团的SiO2颗粒的制备方法包括以下步骤：
将SiO2颗粒、碳碳双键硅烷偶联剂、催化剂和极性有机溶剂混合，进行改性反应，得到改性SiO2；
将所述改性SiO2、含有氨基和碳碳双键的聚合单体、引发剂和水混合，发生接枝共聚反应，得到表面包覆氨基基团的SiO2颗粒。
优选的，所述SiO2颗粒的粒径为1～2μm；
所述极性有机溶剂包括乙醇、甲醇、1,4-二氧六环或二甲基亚砜；
所述SiO2颗粒和极性有机溶剂的质量体积比为1g：5mL。
优选的，所述碳碳双键硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、异丁烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、异戊烯基三乙氧基硅烷、异戊烯基三甲氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；
所述SiO2颗粒和碳碳双键硅烷偶联剂的质量比为1:(0.2～0.5)。
优选的，所述含有氨基和碳碳双键的聚合单体包括巴豆胺、烯丙胺、N-乙基甲基丙烯胺和N-甲基烯丙基胺中的一种或多种；
所述改性SiO2和含有氨基和碳碳双键的聚合单体质量比为1：2。
优选的，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酸叔丁酯和过硫酸钾中的一种或多种；
所述改性SiO2和引发剂的质量比为10：1。
优选的，所述改性反应的温度为50℃，时间为12h；
所述接枝共聚反应的温度为90℃，时间为8h。
本发明还提供了上述技术方案所述重金属污染水体的渗透吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
将氨基改性的重金属吸附材料、燃煤炉渣和海泡石混合，得到混合料；
将所述混合料进行加压成型，得到所述重金属污染水体的渗透吸附材料。
本发明提供了一种重金属污染水体的渗透吸附材料，包括以下重量份数的组分：氨基改性的重金属吸附材料40～50份，燃煤炉渣30～40份，海泡石20份；所述氨基改性的重金属吸附材料的粒径为10～300μm；所述燃煤炉渣的粒径为4～5mm，比表面积1～10m2/g；所述海泡石的粒径为1～2mm，比表面积30～50m2/g。在本发明中，氨基改性的重金属吸附材料对水体中的重金属离子吸附效果好且吸附容量大，结合燃煤炉渣和海泡石具有孔隙结构丰富，对重金属离子具有一定的去除效果和高通透性，实现了重金属污染水体的渗透吸附材料各组分之间的优势互补，不仅对重金属离子具有吸附容量大的特点且渗透性优良。由实施例的结果表明，本发明提供的重金污染水体的渗透吸附材料对铅离子的去除率为86.3～96.8％，镉离子的去除率为87.5～95.5％，六价铬离子的去除率为89.8～94.1％。且渗透性良好。
本发明提供的重金属污染水体的渗透吸附材料以废制废，同时克服了氨基改性的重金属吸附材料粒径小、易结块，透水性较差的缺点，以及海泡石和燃煤炉渣吸附容量有限的缺点，实现了三种组分之间的优势互补，对废弃物资源化利用具有重要的现实意义。
附图说明
图1为本发明自行设计的渗透吸附系统修复污染水体的示意图；
1-进水口，2-重金属污染水体的渗透吸附材料，3-第1出水口，4-第2出水口，5-进水系统，6-出水系统。
具体实施方式
本发明提供了一种重金属污染水体的渗透吸附材料，包括以下重量份数的组分：
氨基改性的重金属吸附材料40～50份，燃煤炉渣30～40份，海泡石20份；
所述氨基改性的重金属吸附材料的粒径为10～300μm；
所述燃煤炉渣的粒径为4～5mm，比表面积1～10m2/g；所述海泡石的粒径为1～2mm，比表面积30～50m2/g。
在本发明中，如无特殊说明，所属原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
以重量份数计，本发明提供的重金属污染水体的渗透吸附材料包括40～50份的氨基改性的重金属吸附材料，优选为45～50份，更优选为50份。
在本发明中，所述氨基改性的重金属吸附材料优选包括表面包覆氨基基团的SiO2颗粒和/或表面包覆氨基基团的Fe3O4颗粒，更优选包括表面包覆氨基基团的SiO2颗粒或表面包覆氨基基团的Fe3O4颗粒，在本发明中，当所述氨基改性的重金属吸附材料包括表面包覆氨基基团的SiO2颗粒和表面包覆氨基基团的Fe3O4颗粒时，本发明对上述具体物质的质量配比没有特殊要求。
在本发明中，所述表面包覆氨基基团的SiO2颗粒和/或表面包覆氨基基团的Fe3O4颗粒优选所述氨基改性的重金属吸附材料中的氨基基团通过接枝聚合反应得到，所述表面包覆氨基基团的Fe3O4颗粒的制备方法优选参考申请号CN201510882775.0的专利，本发明实施例中，表面包覆氨基基团的Fe3O4颗粒的制备方法为：将40g平均粒径为0.02μm的Fe3O4磁性粉体，40g正硅酸乙酯和300mL无水乙醇混合,于20℃下用1h时间滴加40mL氨水与20mL乙醇的混合物，然后70℃下反应10h，过滤，乙醇洗涤，110℃烘干，得改性Fe3O4磁性粉体；取40g改性Fe3O4磁性粉体，20g乙烯基三乙氧基硅烷，100mL乙醇进行混合，然后加3mL氨水，在50℃时搅拌10h，使其在基体表面发生硅烷化反应，然后用磁铁分离出颗粒材料，乙醇洗涤，60℃烘干，得表面包覆了碳碳双键的Fe3O4磁性粉体；取40g表面包覆了碳碳双键的Fe3O4磁性粉体，80g甲基丙烯酸甲酯，400mL水，2g过氧化苯甲酰，在90℃下反应8h，过滤，水洗，110℃烘干，生成表面包覆了聚甲基丙烯酸甲酯的Fe3O4磁性粉体；取40g表面包覆了聚甲基丙烯酸甲酯的Fe3O4磁性粉体与300g含聚合度为30的聚烯丙胺(盐酸盐)30g的水溶液于80℃下反应5h，发生羧酸酯的氨解反应，然后用磁铁分离岀颗粒材料，乙醇洗涤，60℃烘干，得到最终产物表面包覆氨基基团的Fe3O4颗粒。
所述表面包覆氨基基团的SiO2颗粒的制备方法优选包括以下步骤：
将SiO2颗粒、碳碳双键硅烷偶联剂、催化剂和极性有机溶剂混合，进行改性反应，得到改性SiO2；
将所述改性SiO2、含有氨基和碳碳双键的聚合单体、引发剂和水混合，发生接枝共聚反应，得到表面包覆氨基基团的SiO2颗粒。
本发明将SiO2颗粒、碳碳双键硅烷偶联剂、催化剂和性有机溶剂混合，进行改性反应，得到改性SiO2；在本发明中，所述SiO2颗粒的粒径优选为1～2μm；在本发明中，所述碳碳双键硅烷偶联剂优选包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、异丁烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、异戊烯基三乙氧基硅烷、异戊烯基三甲氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种，更优选包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、异丁烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、异戊烯基三乙氧基硅烷、异戊烯基三甲氧基硅烷或γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，在本发明中，当所述碳碳双键硅烷偶联剂包括上述具体物质中的两种以上时，本发明对具体物质之间的质量配比没有特殊要求；在本发明中，所述SiO2颗粒和碳碳双键硅烷偶联剂的质量比优选为1：(0.2～0.5)。
在本发明中，所述催化剂优选为氨水，所述氨水的质量浓度优选为37％；在本发明中，所述极性有机溶剂优选包括乙醇、甲醇、1,4-二氧六环或二甲基亚砜，更优选包括乙醇或甲醇；在本发明中，所述SiO2颗粒的质量和极性有机溶剂的体积比优选为1g：5mL。
在本发明中，所述混合优选包括以下步骤：将所述SiO2颗粒、碳碳双键硅烷偶联剂和性有机溶剂进行预混，得到预混液；将所述预混液和催化剂进行终混。在本发明中，所述预混和终混优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌的具体实施过程没有特殊要求。
在本发明中，所述改性反应的温度优选为50℃，时间优选为12h。在本发明中，所述改性反应为碳碳双键硅烷偶联剂在催化剂的作用下，在SiO2颗粒表面发生硅烷化反应，在SiO2颗粒表面形成碳碳双键包覆层。
改性反应完成后，本发明优选对改性反应液进行后处理，所述后处理优选包括依次进行的固液分离、固体洗涤和固体干燥；在本发明中，所述固液分离的方式优选为过滤，进一步优选为抽滤；本发明对所述过滤的具体实施过程没有特殊要求；在本发明中，所述固体洗涤的洗涤剂优选为乙醇，本发明对所述乙醇的用量没有特殊要求。在本发明中，所述固体干燥的方式优选为烘干，所述烘干的温度优选为60℃，本发明对所述烘干的时间没有特殊要求，实现固体产品干燥完全即可。
得到改性SiO2后，本发明将所述改性SiO2、含有氨基和碳碳双键的聚合单体、引发剂和水混合，发生接枝共聚反应，得到表面包覆氨基基团的SiO2颗粒。
在本发明中，所述含有氨基和碳碳双键的聚合单体包括巴豆胺、烯丙胺、N-乙基甲基丙烯胺和N-甲基烯丙基胺中的一种或多种，更优选包括巴豆胺、、N-乙基甲基丙烯胺或N-甲基烯丙基胺，在本发明中，当所述含有氨基和碳碳双键的聚合单体包括上述具体物质的两种以上时，本发明对上述物质的具体质量配比没有特殊要求。在本发明中，所述改性SiO2和含有氨基和碳碳双键的聚合单体质量比优选为1：2。
在本发明中，所述引发剂优选包括偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酸叔丁酯和过硫酸钾中的一种或多种，更优选包括偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酸叔丁酯或过硫酸钾；在本发明中，当所述引发剂包括上述具体物质的两种以上时，本发明对上述物质的具体质量配比没有特殊要求。在本发明中，所述改性SiO2和引发剂的质量比优选为10：1。
本发明对所述改性SiO2、含有氨基和碳碳双键的聚合单体、引发剂和水的混合顺序没有特殊要求。
在本发明中，所述接枝共聚反应的温度优选为90℃，时间优选为8h。在本发明中，所述改性SiO2和含有氨基和碳碳双键的聚合单体在引发剂的作用下发生接枝共聚反应，在改性SiO2表面接枝氨基。本发明通过在SiO2表面接枝氨基，能够实现对重金属离子的有效吸附。
在本发明中，接枝共聚反应完成后，本发明优选对接枝共聚反应液进行后处理，在本发明中，所述后处理优选包括依次进行的固液分离、固体洗涤和固体干燥；在本发明中，所述固液分离的方式优选为过滤，本发明对所述过滤的具体实施过程没有特殊要求；在本发明中，所述固体洗涤的洗涤剂优选为水，本发明对所述水的用量没有特殊要求。在本发明中，所述固体干燥的方式优选为烘干，所述烘干的温度优选为110℃，本发明对所述烘干的时间没有特殊要求，实现固体产品干燥完全即可。
以表面包覆氨基基团的SiO2颗粒为基准，本发明提供的重金属污染水体的渗透吸附材料包括30～40份的燃煤炉渣，优选为30～35份，更优选为30份；在本发明中，所述燃煤炉渣的粒径优选为4～5mm，比表面积优选1～10m2/g。本发明优选将燃煤炉渣粉碎磨细过4～5mm筛，得粒径优选为4～5mm的细燃煤炉渣粒。
以表面包覆氨基基团的SiO2颗粒为基准，本发明提供的重金属污染水体的渗透吸附材料包括20份的海泡石；在本发明中，所述海泡石的粒径优选为1～2mm，比表面积优选为30～50m2/g。本发明优选将海泡石粉碎磨细过1～2mm筛，得粒径优选为1～2mm细海泡石粒。
本发明提供了上述技术方案所述的重金属污染水体的渗透吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
将表面包覆氨基基团的SiO2颗粒、燃煤炉渣和海泡石进行混合，得到混合料；
将所述混合料进行加压成型，得到所述重金属污染水体的渗透吸附材料。
本发明将氨基改性的重金属吸附材料、燃煤炉渣和海泡石进行混合，得到混合料；在本发明中，所述混合料的含水率优选为20～30％，在本发明中，通过在制备过程中添加水调节所述混合料的含水率。本发明对所述混合的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方式实现混合均匀即可。
混合完成后，本发明优选对混合后的物料进行装袋，在本发明中，所述装袋用袋优选为工装袋，所述装袋的规格优选为10～15kg/袋。
得到混合料后，本发明将所述混合料进行加压成型，得到所述重金属污染水体的渗透吸附材料；本发明优选将袋装的混合料输送至模具中进行加压成型，在本发明中，所述模具的长宽高比优选为3：1：1，所述加压成型的压强优选为20～25MPa，所述加压成型的温度优选为室温。加压成型完成后，得到所述重金属污染水体的渗透吸附材料的长宽比优选为3：1：1，本发明优选对重金属污染水体的渗透吸附材料进行晾晒，晾晒后重金属污染水体的渗透吸附材料的含水率优选为10～15％，本发明通过晾晒减轻重金属污染水体的渗透吸附材料的重量，便于运输。
本发明制备得到的重金属污染水体的渗透吸附材料可在矿山出水口、农田灌溉渠或农田进水口处使用，本发明提供的重金属污染水体的渗透吸附材料通过堆砌成的渗透吸附墙对水体中的重金属污染物进行移除净化。在本发明中，所述重金属污染水体的渗透吸附材料净化污水的方式操作方便，具有高灵活性，无需外加动力，可对重金属污染水体中的重金属离子进行实时、高效的移除净化。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将20g粒径为1μm的SiO2颗粒、10g乙烯基三乙氧基硅烷和100mL乙醇在搅拌的条件下预混合，再和5mL质量浓度为37％的氨水终混后，在50℃时搅拌12h，使乙烯基三乙氧基硅烷在SiO2表面发生硅烷化反应，然后用抽滤分离出改性SiO2颗粒，用乙醇洗涤，60℃烘干，得到改性SiO2颗粒，粒径为10μm；
将20g改性SiO2、40g巴豆胺，400mL水，2g偶氮二异丁腈，在90℃下反应8h，过滤，水洗，110℃烘干，得到表面包覆氨基基团的SiO2颗粒，粒径为10μm；
将燃煤炉渣粉碎磨细过4～5mm筛，得细燃煤炉渣粒，比表面积1～10m2/g；海泡石粉碎磨细过1～2mm筛，得细海泡石粒，比表面积30～50m2/g；
将40kg表面包覆氨基基团的SiO2颗粒、40kg燃煤炉渣和20kg海泡石混合，将混合料的含水率调整为25％，利用土工袋每10kg进行装袋，进行冷压成型，制得重金属污染水体的渗透吸附材料，长宽高比3:1:1。
实施例2
将20g粒径为1μm的SiO2颗粒、10g乙烯基三乙氧基硅烷和100mL乙醇在搅拌的条件下预混合，再和5mL质量浓度为37％的氨水终混后，在50℃时搅拌12h，使乙烯基三乙氧基硅烷在SiO2表面发生硅烷化反应，得到改性SiO2，然后用抽滤分离出改性SiO2颗粒，用乙醇洗涤，60℃烘干，得到改性SiO2颗粒；
将20g改性SiO2、40g巴豆胺，400mL水，2g偶氮二异丁腈，在90℃下反应8h，过滤，水洗，110℃烘干，得到表面包覆氨基基团的SiO2颗粒，粒径为10μm；
将燃煤炉渣粉碎磨细过4～5mm筛，得细燃煤炉渣粒，比表面积1～10m2/g；海泡石粉碎磨细过1～2mm筛，得细海泡石粒，比表面积30～50m2/g；
将45kg表面包覆氨基基团的SiO2颗粒、35kg燃煤炉渣和20kg海泡石混合，将混合料的的含水率调整为25％，利用土工袋每10kg进行装袋，进行冷压成型，制得重金属污染水体的渗透吸附材料，长宽高比3:1:1。
实施例3
将20g粒径为1μm的SiO2颗粒、10g乙烯基三乙氧基硅烷和100mL乙醇在搅拌的条件下预混合，再和5mL质量浓度为37％的氨水终混后，在50℃时搅拌12h，使乙烯基三乙氧基硅烷在SiO2表面发生硅烷化反应，得到改性SiO2，然后用抽滤分离出改性SiO2颗粒，用乙醇洗涤，60℃烘干，得到改性SiO2颗粒，粒径为10μm；
将燃煤炉渣粉碎磨细过4～5mm筛，得细燃煤炉渣粒，比表面积1～10m2/g；海泡石粉碎磨细过1～2mm筛，得细海泡石粒，比表面积30～50m2/g；
将50kg表面包覆氨基基团的SiO2颗粒、30kg燃煤炉渣和20kg海泡石混合，将将混合料的的含水率调整为25％，利用土工袋每10kg进行装袋，进行冷压成型，制得重金属污染水体的渗透吸附材料，长宽高比3:1:1。
实施例4
将40g平均粒径为0.02μm的Fe3O4磁性粉体，40g正硅酸乙酯和300mL无水乙醇混合,于20℃下用1h时间滴加40mL氨水与20mL乙醇的混合物，然后70℃下反应10h，过滤，乙醇洗涤，110℃烘干，得改性Fe3O4磁性粉体；取40g改性Fe3O4磁性粉体，20g乙烯基三乙氧基硅烷，100mL乙醇进行混合，然后加3mL氨水，在50℃时搅拌10h，使其在基体表面发生硅烷化反应，然后用磁铁分离出颗粒材料，乙醇洗涤，60℃烘干，得表面包覆了碳碳双键的Fe3O4磁性粉体；取40g表面包覆了碳碳双键的Fe3O4磁性粉体，80g甲基丙烯酸甲酯，400mL水，2g过氧化苯甲酰，在90℃下反应8h，过滤，水洗，110℃烘干，生成表面包覆了聚甲基丙烯酸甲酯的Fe3O4磁性粉体；取40g表面包覆了聚甲基丙烯酸甲酯的Fe3O4磁性粉体与300g含聚合度为30的聚烯丙胺(盐酸盐)30g的水溶液于80℃下反应5h，发生羧酸酯的氨解反应，然后用磁铁分离岀颗粒材料，乙醇洗涤，60℃烘干，得到最终产物表面包覆氨基基团的Fe3O4颗粒，粒径为10μm；
将燃煤炉渣粉碎磨细过4～5mm筛，得细燃煤炉渣粒，比表面积1～10m2/g；海泡石粉碎磨细过1～2mm筛，得细海泡石粒，比表面积30～50m2/g；
将50kg表面包覆氨基基团的Fe3O4颗粒、30kg燃煤炉渣和20kg海泡石混合，将将混合料的含水率调整为25％，利用土工袋每10kg进行装袋，进行冷压成型，制得块状重金属污染水体的渗透吸附材料，长宽高比3:1:1。
对比例1
将20g粒径为1μm的SiO2颗粒、10g乙烯基三乙氧基硅烷和100mL乙醇在搅拌的条件下预混合，再和5mL质量浓度为37％的氨水终混后，在50℃时搅拌12h，使乙烯基三乙氧基硅烷在SiO2表面发生硅烷化反应，得到改性SiO2，然后用抽滤分离出改性SiO2颗粒，用乙醇洗涤，60℃烘干，得到改性SiO2颗粒；
将20g改性SiO2、40g巴豆胺，400mL水，2g偶氮二异丁腈，在90℃下反应8h，过滤，水洗，110℃烘干，得到表面包覆氨基基团的SiO2颗粒，粒径为10μm；
将100kg表面包覆氨基基团的SiO2颗粒的含水率调整为25％，利用土工袋每10kg进行装袋，进行冷压成型，制得块状重金属污染水体的渗透吸附材料，长宽高比3:1:1。
对比例2
将燃煤炉渣粉碎磨细过4～5mm筛，得细燃煤炉渣粒，比表面积1～10m2/g；海泡石粉碎磨细过1～2mm筛，得细海泡石粒，比表面积30～50m2/g；
将50kg燃煤炉渣和50kg海泡石混合，得到重金属污染水体的渗透吸附材料；
将重金属污染水体的渗透吸附材料的含水率调整为25％，利用土工袋每10kg进行装袋，进行冷压成型，制得块状重金属污染水体的渗透吸附材料，长宽高比3:1:1。
对比例3
将20g粒径为1μm的SiO2颗粒、10g乙烯基三乙氧基硅烷和100mL乙醇在搅拌的条件下预混合，再和5mL质量浓度为37％的氨水终混后，在50℃时搅拌12h，使乙烯基三乙氧基硅烷在SiO2表面发生硅烷化反应，得到改性SiO2，然后用抽滤分离出改性SiO2颗粒，用乙醇洗涤，60℃烘干，得到改性SiO2颗粒；
将20g改性SiO2、40g巴豆胺，400mL水，2g偶氮二异丁腈，在90℃下反应8h，过滤，水洗，110℃烘干，得到表面包覆氨基基团的SiO2颗粒，粒径为10μm；
将燃煤炉渣粉碎磨细过4～5mm筛，得细燃煤炉渣粒，比表面积1～10m2/g；海泡石粉碎磨细过1～2mm筛，得细海泡石粒，比表面积30～50m2/g；
将70kg表面包覆氨基基团的SiO2颗粒、20kg燃煤炉渣和10kg海泡石混合，将将混合料的含水率调整为25％，利用土工袋每10kg进行装袋，进行冷压成型，制得块状重金属污染水体的渗透吸附材料，长宽高比3:1:1。
对比例4
将20g粒径为1μm的SiO2颗粒、10g乙烯基三乙氧基硅烷和100mL乙醇在搅拌的条件下预混合，再和5mL质量浓度为37％的氨水终混后，在50℃时搅拌12h，使乙烯基三乙氧基硅烷在SiO2表面发生硅烷化反应，得到改性SiO2，然后用抽滤分离出改性SiO2颗粒，用乙醇洗涤，60℃烘干，得到改性SiO2颗粒；
将20g改性SiO2、40g巴豆胺，400mL水，2g偶氮二异丁腈，在90℃下反应8h，过滤，水洗，110℃烘干，得到表面包覆氨基基团的SiO2颗粒，粒径为10μm；
将燃煤炉渣粉碎磨细过2～3mm筛，得细燃煤炉渣粒，比表面积20～40m2/g；海泡石粉碎磨细过0.1～1mm筛，得细海泡石粒，比表面积80～150m2/g；
将70kg表面包覆氨基基团的SiO2颗粒、20kg燃煤炉渣和10kg海泡石混合，将将混合料的含水率调整为25％，利用土工袋每10kg进行装袋，进行冷压成型，制得块状重金属污染水体的渗透吸附材料，长宽高比3:1:1。
测试例1
本发明通过配置重金属污染水体模拟液测试实施例1～4和对比例1～4制备的重金属污染水体的渗透吸附材料的性能和渗透性能，其中模拟液中含有5mg/L镉离子、5mg/L铅离子、5mg/L六价铬离子。
(1)利用图1所示的渗透吸附系统修复污染水体，在处理系统放置实施例1～4制备得到的重金属污染水体的渗透吸附材料；将上述模拟液倒入进水系统，模拟液经过进水口1进入处理系统，从出水口3进入出水系统，通过出水口4流出并收集，然后人工倒入进水系统，连续运行3次后，从出水系统取水样进行检测。
水体中铅离子和镉离子浓度按照《水质32种元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法》(HJ 776-2015)测定；水体中六价铬离子浓度按照《水质六价铬的测定二苯碳酰二肼分光光度法》(GBT 7467-1987)测定。重金属M(M:铅、镉、铬(六价))去除率按照以下公式计算，其中RT为重金属污染物去除率(％)，C0为模拟液中重金属M初始浓度(mg/L)，Ct为出水口水体中重金属M浓度(mg/L)。出水系统采集的水样重金属污染物的去除率试验结果见表1。
RT＝(C0-Ct)/C0×100％
(2)利用如1所示的渗透吸附系统对实施例1～4和对比例1～4制备的产品进行渗透性能测试，如图1所示，打开进水口1和出水口3，将2L水迅速倒入进水系统5后开始计时，记录出水口3不再有水流出的时间，计算得到实施例1～4和对比例1～4制备得到的产品的渗透速率，具体数据列于表1中。
表1实施例1～4和对比例1～4制备得到的重金属污染水体的渗透吸附材料测试性能
Figure BDA0002891652220000131
由表1可知，本发明实施例1～4提供的重金污染水体的渗透吸附材料对铅离子的去除率为86.3～92.8％，镉离子的去除率为87.5～95.5％，六价铬离子的去除率为89.8～94.7％，表明本发明制备的产品对重金属铅离子、镉离子和六价铬离子去除效果良好，虽然对比例1采用表面包覆氨基基团的SiO2颗粒作为重金属吸附材料，具有很好的吸附效果，但是对比例1的渗透性能明显比对比例1差，在实际使用过程中，污水处理的时间过长，使用不便。对比例2仅采用燃煤炉渣和海泡石共混，虽然渗透性能力强，但对重金属离子的吸附能力明显差，对比例3的产品中表面包覆氨基基团的SiO2颗粒质量份数大，对重金属离子的吸附能力强，但是其渗透性能较差，对比例4采用的燃煤炉渣粉碎磨细过2～3mm筛，比表面积为20～40m2/g；海泡石粉碎磨细过0.1～1mm筛，比表面积80～150m2/g，渗透性能也有所下降。
测试例2
2019年在大冶市大箕铺镇某稻田进行试验，该地灌溉渠中水体经过检测，镉离子浓度为0.015mg/L、铅离子浓度为0.12mg/L、六价铬离子浓度为0.08mg/L。试验稻田约500m2,只有一个与灌溉渠相通的进水口，一个进行排水的出水口，灌溉渠水面与稻田水面高度差约10cm，而稻田保持淹水深度约5cm。在所述稻田进水口用实施例1制备的重金污染水体的渗透吸附材料堆砌组成渗透吸附墙，渗透吸附墙四周用土壤进行密封，确保四周不漏水，且灌溉渠中的水不浸漫上述渗透吸附材料堆砌组成的吸附墙。灌溉渠中的水经过渗透吸附材料后进入稻田，稻田中多余的水体通过出水口排除，48h后在稻田靠近进水口处取样进行检测，镉离子浓度为0.005mg/L、铅离子浓度为0.09mg/L、六价铬离子浓度为0.07mg/L，水体中三种重金属浓度均有所降低，且符合《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)相关标准。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (7)

1.一种重金属污染水体的渗透吸附材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
氨基改性的重金属吸附材料40～50份，燃煤炉渣30～40份，海泡石20份；
所述氨基改性的重金属吸附材料的粒径为10～300μm；
所述燃煤炉渣的粒径为4～5mm，比表面积1～10m2/g；所述海泡石的粒径为1～2mm，比表面积30～50m2/g；
所述氨基改性的重金属吸附材料包括表面包覆氨基基团的SiO2颗粒和/或表面包覆氨基基团的Fe3O4颗粒；
所述氨基改性的重金属吸附材料中的氨基基团通过接枝聚合反应得到；
所述表面包覆氨基基团的SiO2颗粒的制备方法包括以下步骤：
将SiO2颗粒、碳碳双键硅烷偶联剂、催化剂和极性有机溶剂混合，进行改性反应，得到改性SiO2；
将所述改性SiO2、含有氨基和碳碳双键的聚合单体、引发剂和水混合，发生接枝共聚反应，得到表面包覆氨基基团的SiO2颗粒。
2.根据权利要求1所述重金属污染水体的渗透吸附材料，其特征在于，所述SiO2颗粒的粒径为1～2μm；
所述极性有机溶剂包括乙醇、甲醇、1,4-二氧六环或二甲基亚砜；
所述SiO2颗粒和极性有机溶剂的质量体积比为1g：5mL。
3.根据权利要求1所述重金属污染水体的渗透吸附材料，其特征在于，所述碳碳双键硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、异丁烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、异戊烯基三乙氧基硅烷、异戊烯基三甲氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；
所述SiO2颗粒和碳碳双键硅烷偶联剂的质量比为1:(0.2～0.5)。
4.根据权利要求1所述重金属污染水体的渗透吸附材料，其特征在于，所述含有氨基和碳碳双键的聚合单体包括巴豆胺、烯丙胺、N-乙基甲基丙烯胺和N-甲基烯丙基胺中的一种或多种；
所述改性SiO2和含有氨基和碳碳双键的聚合单体质量比为1：2。
5.根据权利要求1所述重金属污染水体的渗透吸附材料，其特征在于，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酸叔丁酯和过硫酸钾中的一种或多种；
所述改性SiO2和引发剂的质量比为10：1。
6.根据权利要求1所述重金属污染水体的渗透吸附材料，其特征在于，所述改性反应的温度为50℃，时间为12h；
所述接枝共聚反应的温度为90℃，时间为8h。
7.权利要求1～6任意一项所述重金属污染水体的渗透吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将氨基改性的重金属吸附材料、燃煤炉渣和海泡石进行混合，得到混合料；
将所述混合料进行加压成型，得到所述重金属污染水体的渗透吸附材料。
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