CN115245818B - 一种利用改性生物炭组合pag降解材料制备多孔水泥湿地填料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用改性生物炭组合PAG降解材料制备多孔水泥湿地填料的方法。首先，通过还原法将零价铁负载到生物炭上，制备得到零价铁改性的生物炭S1；然后利用PAG降解材料和改性生物炭进行混合制备成长条柱状S2；之后将S2和水泥进行混合，待水泥凝固后，PAG材料会自行降解将S1留在水泥空隙中，以达到最终改性的目的。本发明的改性方法简单易用，使用的PAG可降解材料将改性生物炭滞留在水泥空隙中，可以做到均匀分布材料，完成材料的负载后，可降解材料可以自行降解，留出足够的空间有利于水流通过。
Description
技术领域
本发明属于人工湿地填料技术领域，具体涉及一种多孔水泥结合改性生物炭制备湿地填料的方法。
背景技术
多孔混凝土由于其蜂窝状的结构以及透气和透水的特性可用于湿地建设，充当良好的湿地填料使用。目前利用不同的制备工艺可以得到孔径特性不同的多孔轻质水泥。利用传统发泡技术制备的多孔水泥难以进行改性，或者改性成本较高。为了降低多孔水泥的改性成本，我们引入提前改性好的生物炭利用可降解材料嵌入到多孔水泥中，达到改性多孔水泥的目的，提高其在湿地中的水处理效果。改性材料易得其价格实惠，具有很好的应用前景。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明提出了一种利用改性生物炭组合PAG降解材料制备多孔水泥湿地填料的方法，该方案可以实现较低的改性成本和良好的水处理效果。
本发明采用的技术方案如下：
首先，通过还原法将零价铁负载到生物炭上，制备得到零价铁改性的生物炭S1；然后将PAG材料和改性生物炭混合制备成长条柱状的改性PAG降解材料S2；再将多根PAG降解材料S2和水泥进行混合(用水泥包裹多根PAG降解材料)，待水泥凝固后，PAG材料会自行降解将S1留在水泥空隙中，以达到最终改性的目的。
上述零价铁改性生物炭S1的方法为还原法。其中生物炭为常见的高温稻壳生物炭，生物炭为市场购买所得，将生物炭浸泡在FeCl3溶液(浓度：0.4～0.6mol/L)中12小时，浸泡期间进行搅拌(利用稀盐酸将pH调节到6左右，使得溶液为弱酸性)。随后在溶液中连续通入氮气，降低溶液中的氧气含量。然后向溶液中缓慢添加NaBH4溶液(浓度：0.3～0.5mol/L)，反应进行约10分钟后，过滤出改性生物炭，在氮气氛围中烘干备用。该方法制备的生物炭表面附着大量的零价铁颗粒。
制备PAG材料和改性生物炭混合物S2，其中制备PAG降解材料的单体为C3H5NO(丙烯酰胺,Acrylamide)单体和水和改性生物炭的质量比1:4:1，引发剂为Ce(NH4)2(NO3)6和NaHSO3，添加量为混合物的千分之一到千分之二。将上述混合物制备成直径5mm且长短不一的圆条，即可和水泥按质量比1:2进行混合制备多孔改性水泥填料。
上述水泥配方为质量比，石膏：砂岩：石灰石：钢渣为0.5～0.6:2.5～3:1～1.2:1.5～2。
引发剂的作用为引发丙烯酰胺单体发生聚合反应。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供了一种多孔水泥结合改性生物炭的方法，生物炭上还负载有零价铁，由于生物炭被留在孔隙中，不易流失可以稳定的接触到要处理的水体。孔隙中的生物炭可以还可以为大量微生物提供附着点并且配合零价铁更加高效的净化水质，结合在生物炭上的零价铁更容易失去电子，促进微生物的生长发育，分解有机污染物。
(2)本发明的改性方法简单易用，使用的PAG可降解材料将改性生物炭滞留在水泥空隙中，可以做到均匀分布材料，完成材料的负载后，可降解材料可以自行降解，留出足够的空间有利于水流通过。该过程可控制改性生物炭的投加比以及降解材料的量控制负载量和孔隙的多少，操作简单易行，成本低。
附图说明
图1为本发明的制备流程图。
图2为本发明的多孔改性水泥填料的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本实例主要在于具体详述多孔湿地填料的制备过程。该多孔材料主体是由水泥构成，其配方为石膏：砂岩：石灰石：钢渣的质量比为0.5～0.6:2.5～3:1～1.2:1.5～2。其中关键的造孔材料为PAG可降解材料，主要利用该材料成型后留在水泥内部支撑起孔穴，在水泥成型后自行降解，保留孔道的同时自行分解。PAG的主要成分为C3H5NO(丙烯酰胺,Acrylamide)，C3H5NO单体和水和改性生物炭的质量比1:4:1，引发剂为Ce(NH4)2(NO3)6和NaHSO3添加量为混合物的千分之一。
用到的改性生物炭是利用还原法将铁离子在溶液中用还原剂还原到生物炭表面。FeCl3溶液(浓度：0.5mol/L)，还原剂NaBH4溶液(浓度：0.3mol/L)。具体方法是将生物炭在FeCl3溶液中搅拌浸泡12h，确保铁离子能完全吸附在生物炭表面，然后加入还原剂，还原剂的添加速度为每分钟2ml，添加时间为5分钟，添加过程需要机械搅拌，搅拌速度为每分钟60转。(FeCl3溶液为100ml的基准)
改性生物炭被添加到PAG中，和PAG充分混合均匀后，形成改性混合物。改性混合物，切片成长条柱状。利用该柱状混合物和上述水泥混合，混合质量比为1:2。根据填料的使用情况可以制备大小不同的方块填料，如图2。
PAG混合材料在水泥中会自行降解，形成孔洞，改性生物炭则留在孔洞中。以增强，该填料的水处理能力。
相较于传统的湿地填料改性，本发明方法对填料内部孔洞进行了最大限度的改性，利用可降解材料将改性材料输送到填料孔洞中也第一次在该材料中尝试，该发明负载量大效果好。水流在本发明湿地填料中相比传统的湿地填料停留时间更长。通过控制变量实验，采用相同质量的多孔湿地填料进行对比实验。实验发现对有机物和氮磷的去除率来说，本发明对CODcr、NH3-N、TP的去除率可分别达到60％、55％、42％，相对于同质量的多孔湿地填料，性能都要优越。
Claims (6)
1.一种利用改性生物炭组合PAG降解材料制备多孔水泥湿地填料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）通过还原法将零价铁负载到生物炭上，制备得到零价铁改性的生物炭；
2）将PAG材料和步骤1）的零价铁改性生物炭进行混合，然后切成多根长条柱状的改性PAG降解材料；
3）将多根步骤2）长条柱状的改性PAG降解材料与水泥进行混合；
4）待水泥凝固后，PAG材料自行降解形成水泥空隙，并将生物炭留在水泥空隙中，从而制得改性多孔水泥；
所述步骤2）中：
PAG材料为由C3H5NO单体、水和引发剂混合制备得到的丙烯酰胺聚合物；
C3H5NO单体、水、零价铁改性生物炭的质量比为1:4:1；
所述引发剂为Ce(NH4)2(NO3)6和NaHSO3的混合物，添加量为混合物的千分之一到千分之二；
所述步骤3）中：
改性PAG降解材料和水泥的质量比为1:2。
2.根据权利要求1所述的一种利用改性生物炭组合PAG降解材料制备多孔水泥湿地填料的方法，其特征在于，所述步骤1）具体为：
1.1）将生物炭浸泡在FeCl3溶液中12小时，浸泡期间进行搅拌；
1.2）浸泡结束后在溶液中持续通入氮气然后向溶液中缓慢添加NaBH4溶液，反应进行10分钟后，过滤得到改性生物炭，在氮气氛围中烘干，即得表面附着大量零价铁颗粒的改性生物炭。
3.根据权利要求2所述的一种利用改性生物炭组合PAG降解材料制备多孔水泥湿地填料的方法，其特征在于，所述步骤1.1）中：
生物炭为高温稻壳生物炭；
FeCl3溶液的浓度为0.4～0.6mol/L，pH值为6，利用稀盐酸调节FeCl3溶液的pH值，使得溶液为弱酸性。
4.根据权利要求2所述的一种利用改性生物炭组合PAG降解材料制备多孔水泥湿地填料的方法，其特征在于，所述步骤1.2）中：
NaBH4溶液的浓度为0.3～0.5mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种利用改性生物炭组合PAG降解材料制备多孔水泥湿地填料的方法，其特征在于，所述步骤2）中：
改性PAG降解材料为圆条状结构，直径为5mm，多根改性PAG降解材料的尺寸长短不一。
6.根据权利要求1所述的一种利用改性生物炭组合PAG降解材料制备多孔水泥湿地填料的方法，其特征在于，所述步骤3）中：
水泥主要由石膏、砂岩、石灰石和钢渣混合制备得到，石膏：砂岩：石灰石：钢渣的质量比为0.5~0.6:2.5~3:1~1.2:1.5~2。
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Non-Patent Citations (2)
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115245818A (zh) | 2022-10-28 |
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