CN109761366A - 一种复合植生浮床的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合植生浮床的制备方法，属于生态材料技术领域。本发明将沸石分子筛熔融插层到有机膨润土中，膨润土本身具有巨大的内外表面积，具有很强的吸附能力，膨润土具有很强的吸湿性，能吸附相当于自身体积8～20倍的水而膨胀至30倍，沸石分子筛是具有均匀微孔的多孔性结晶铝硅酸金属盐的水合物，多孔性结构使沸石分子筛具有物理吸附性能，本发明采用碳化处理技术将CO₂渗透到混凝土表层中，与水泥水化产生的碱性物质发生反应，生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低；活性氧化铝具有很大的表面积，因此具有很强的吸附能力和很高的催化活性，对于除去水中的有机物，尤其是羧酸物质，效果显著，对于水中氟、砷和磷等离子都有很好的吸附性能。

Description

一种复合植生浮床的制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合植生浮床的制备方法，属于生态材料技术领域。

背景技术

基础设施的建设及城镇化的加速发展，对生态环境造成了越来越多的破坏，像山体滑坡、泥石流及水体富营养化等等，无一不向人类社会敲响警钟。随着经济社会的发展，边坡防护尤其是陡坡的防护及水污染治理已经受到了政府和社会的广泛关注。因此，如何在保证人类社会生产进步的同时，保护好人类赖以生存的水土资源是人类当前面临的重要任务植生混凝土是一种具有特殊结构的环保材料，其原理是利用混凝土的多孔结构种植绿色植物，利用绿色植物的景观效应美化边坡环境，利用混凝土强附着能力增强边坡固定植物的能力，从而起到边坡防护的作用。而轻骨料植生混凝土是建立在传统植生混凝土的基础上发展起来的新型建材。轻骨料可以降低植生混凝土的容重，从而可将其应用于陡坡的防护，且部分超轻骨料可以浮于水面，从而可将部分轻骨料应用于植生混凝土浮床的制备，进而将植生混凝土的应用范围从边坡防护扩展到水污染治理。

当湖泊、湿地等水体达到富营养化状态时，藻类迅速繁殖遮蔽阳光，使水底植物因缺少光合作用死亡并腐烂后放出氮、磷等。同时，水体溶氧量急剧下降，造成鱼类及其它生物窒息死亡。日积月累，恶性循环，最终严重破坏水体生态平衡。我国现有湖泊2700余个，总面积达9.1万km²，根据调查资料和国内外评价湖泊富营养化指标，我国比较典型的37个主要湖泊中，中营养型和中一富营养型的占55.8%，富营养型的占14.7%，重富营养型的占8.8%。中国90%以上的水域污染是因水体中的N、P含量过高而引起的富营养化造成的。

防止和杜绝水体富营养化的关键在于控制进入水体的氮、磷等营养物质的数量。传统富营养化治理技术和措施，如挖掘底泥、深层曝气、凝聚沉降和化学药剂杀藻，见效慢，且易引起二次污染。生态浮床是河、湖水质净化的重要生物技术措施，广泛应用于河湖水质净化。生态浮床技术，是以水生植物为主体，运用无土栽培技术原理，以轻质材料为载体和基质，建立高效的人工生态***以削减水体中的污染负荷的技术。

国内已经开发出不同载体的生态浮床，主要有塑料泡沫板、竹木、PVC管等，这些浮床扔存在着制作成本高，使用年限短，载体稳定性差和二次污染隐患重等问题。

人工浮床技术又称生态浮岛技术，是以水生植物为主体，运用无土栽培技术原理，应用物种间共生关系，充分利用水体空间生态位和营养生态位的原则，建立高效的人工生态***，以削减水体中的污染负荷。

现有技术中，目前所应用的生态浮床均为有机塑料浮床，该类浮床本身对水体没有净化能力，且浮床塑料易燃烧、老化和变形，影响浮床的服役安全性和耐久性，现有浮床材料多为非环保型塑料材质，塑料本身不具备净化水体的能力，且塑料易燃烧、老化和变形，并可产生二次污染。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前所应用的生态浮床净化水体的能力差的问题，提供了一种复合植生浮床的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）取水泥、填料、活性氧化铝、硅粉、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵、聚羧酸类高效减水剂、缓凝剂硼酸、去离子水，将水泥、填料、活性氧化铝、硅粉、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵、聚羧酸类高效减水剂、缓凝剂硼酸、去离子水分别混合并进行搅拌处理，即得前驱体；

（2）将前驱体倒入模具中，并置于温度为120～160℃的烘箱中干燥2～4h，即得坯体；

（3）将坯体置于马弗炉中煅烧处理，冷却至室温，即得植生篮，用涤纶绳将植生篮捆绑并网格式排列，即得复合植生浮床。

步骤（1）所述的填料制备步骤为：

（1）按质量比1∶5将沸石分子筛和改性膨润土混合，在温度为120～140℃下混炼1～2h，即得混炼物；

（2）将混炼物进行保温保压处理，冷却至室温，即得填料。

步骤（1）所述的水泥、填料、活性氧化铝、硅粉、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵、聚羧酸类高效减水剂、缓凝剂硼酸、去离子水之间的比例为：按重量份数计，分别称取40～50份水泥、10～15份填料、5～15份活性氧化铝、1～5份硅粉、20～25份碎玉米颗粒、1～10份尿素、1～10份磷酸氢二铵、0.5～0.8份聚羧酸类高效减水剂、0.4～0.6份缓凝剂硼酸、80～100份去离子水。

步骤（1）所述的将水泥、填料、活性氧化铝、硅粉、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵、聚羧酸类高效减水剂、缓凝剂硼酸、去离子水分别混合并进行搅拌处理步骤为：

（1）将水泥、填料、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵和去离子水混合，在搅拌速度为120～160r/min下搅拌30～50min，即得混合浆料；

（2）在混合浆料中加入活性氧化铝、硅粉、聚羧酸类高效减水剂和缓凝剂硼酸，继续搅拌1～2h。

步骤（3）所述的将坯体置于马弗炉中煅烧处理步骤为：将坯体置于马弗炉中，在温度为600～700℃下煅烧30～60min。

步骤（1）所述的改性膨润土的制备步骤为：

（1）将钠基膨润土和去离子水混合，在转速为80～100r/min下磁力搅拌20～30min，即得悬浮液；

（2）在悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵恒温振荡处理，冷却至室温，抽滤得滤渣，用去离子水洗涤2～3次，并在90～100℃下干燥至恒重，研磨过100～140目筛，即得改性膨润土。

步骤（2）所述的将混炼物进行保温保压处理步骤为：将混炼物置于压力为8～10MPa，温度为170～180℃下保温保压10～16min。

步骤（1）所述的钠基膨润土和去离子水的质量比为2∶25。

步骤（2）所述的十六烷基三甲基溴化铵和悬浮液的质量比为1∶10。

步骤（2）所述的在悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵恒温振荡处理步骤为：在悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵，置于温度为60～70℃下恒温振荡6～12h。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明将沸石分子筛熔融插层到有机膨润土中，膨润土本身具有巨大的内外表面积，具有很强的吸附能力，膨润土具有很强的吸湿性，能吸附相当于自身体积8～20倍的水而膨胀至30倍，在水介质中能分散呈胶体悬浮液，并具有一定的粘滞性，触变性和润滑性，它和泥沙等的掺和物具有可塑性和粘结性，有较强的阳离子交换能力和吸附能力；沸石分子筛是具有均匀微孔的多孔性结晶铝硅酸金属盐的水合物，多孔性结构使沸石分子筛具有物理吸附性能，且其比表面积越大，吸附性能越好，还具有特殊的离子交换特性，其内部孔道和空穴中存在大量的流动性较强阳离子，它们可置换环境中Na⁺、NH⁴⁺、Pb²⁺等阳离子而不改变沸石的晶体结构，沸石分子筛对溶液中NH⁴⁺的作用包括离子交换和物理吸附，离子交换是由分子筛晶体结构中的阳离子与溶液中的NH⁴⁺交换的化学过程；而物理吸附作用则主要由分子筛表面的毛细力、静电力和色散力等产生；

（2）本发明采用碳化处理技术将CO₂渗透到混凝土表层中，与水泥水化产生的碱性物质发生反应，生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低；活性氧化铝具有很大的表面积，因此具有很强的吸附能力和很高的催化活性，对于除去水中的有机物，尤其是羧酸物质，效果显著，对于水中氟、砷和磷等离子都有很好的吸附性能；

（3）本发明结合物理吸收作用、植物的吸收作用和氧气的传输作用，制备出一种复合植生浮床，物理作用主要是指植物根系对颗粒态氮磷和部分有机质的截留、吸附和沉降等作用，由于植物根系茂盛，与水体接触面积很大，能形成一层浓密的过滤层，当水流经过时，不溶性胶体就会被根系吸附而沉淀下来，同时，附着于根系的菌体在内源呼吸阶段发生凝集，凝集的菌胶团可以将悬浮性的有机物和新陈代谢产物沉降下来；植物在生长过程中需要大量营养元素，而污染水体中含有的过量氮磷可以满足植物生长的需要，最终通过收获植物体的方式将营养物质移出水体；植物能通过枝条和根系的气体传输和释放作用，将光合作用产生的氧气或大气中的氧气输送至根系，一部分供植物进行内源呼吸，另一部分通过浓度差扩散到根系周围缺氧的环境中，在根际区形成氧化态的微环境，加强了根区好氧微生物的生长繁殖，并有助于硝化菌的生长，通过微生物对有机污染物、营养盐进一步分解。

具体实施方式

按质量比2∶25将钠基膨润土和去离子水混合，在转速为80～100r/min下磁力搅拌20～30min，即得悬浮液，按质量比1∶10在悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵，置于温度为60～70℃下恒温振荡6～12h，冷却至室温，抽滤得滤渣，用去离子水洗涤2～3次，并在90～100℃下干燥至恒重，研磨过100～140目筛，即得改性膨润土；按质量比1∶5将沸石分子筛和改性膨润土混合，在温度为120～140℃下混炼1～2h，即得混炼物，将混炼物置于压力为8～10MPa，温度为170～180℃下保温保压10～16min，冷却至室温，即得填料；按重量份数计，分别称取40～50份水泥、10～15份填料、5～15份活性氧化铝、1～5份硅粉、20～25份碎玉米颗粒、1～10份尿素、1～10份磷酸氢二铵、0.5～0.8份聚羧酸类高效减水剂、0.4～0.6份缓凝剂硼酸、80～100份去离子水，将水泥、填料、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵和去离子水混合，在搅拌速度为120～160r/min下搅拌30～50min，即得混合浆料，在混合浆料中加入活性氧化铝、硅粉、聚羧酸类高效减水剂和缓凝剂硼酸，继续搅拌1～2h，即得前驱体，将前驱体倒入模具中，并置于温度为120～160℃的烘箱中干燥2～4h，即得坯体，将坯体置于马弗炉中，在温度为600～700℃下煅烧30～60min，冷却至室温，即得植生篮，用涤纶绳将植生篮捆绑并网格式排列，即得复合植生浮床。

实例1

取水泥、填料、活性氧化铝、硅粉、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵、聚羧酸类高效减水剂、缓凝剂硼酸、去离子水，将水泥、填料、活性氧化铝、硅粉、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵、聚羧酸类高效减水剂、缓凝剂硼酸、去离子水分别混合并进行搅拌处理，即得前驱体；将前驱体倒入模具中，并置于温度为120℃的烘箱中干燥2h，即得坯体；将坯体置于马弗炉中煅烧处理，冷却至室温，即得植生篮，用涤纶绳将植生篮捆绑并网格式排列，即得复合植生浮床。填料制备步骤为：按质量比1∶5将沸石分子筛和改性膨润土混合，在温度为120℃下混炼1h，即得混炼物；将混炼物进行保温保压处理，冷却至室温，即得填料。水泥、填料、活性氧化铝、硅粉、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵、聚羧酸类高效减水剂、缓凝剂硼酸、去离子水之间的比例为：按重量份数计，分别称取50份水泥、10份填料、5份活性氧化铝、5份硅粉、25份碎玉米颗粒、10份尿素、10份磷酸氢二铵、0.8份聚羧酸类高效减水剂、0.6份缓凝剂硼酸、100份去离子水。将水泥、填料、活性氧化铝、硅粉、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵、聚羧酸类高效减水剂、缓凝剂硼酸、去离子水分别混合并进行搅拌处理步骤为：将水泥、填料、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵和去离子水混合，在搅拌速度为160r/min下搅拌50min，即得混合浆料；在混合浆料中加入活性氧化铝、硅粉、聚羧酸类高效减水剂和缓凝剂硼酸，继续搅拌2h。将坯体置于马弗炉中煅烧处理步骤为：将坯体置于马弗炉中，在温度为700℃下煅烧60min。改性膨润土的制备步骤为：将钠基膨润土和去离子水混合，在转速为100r/min下磁力搅拌30min，即得悬浮液；在悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵恒温振荡处理，冷却至室温，抽滤得滤渣，用去离子水洗涤3次，并在100℃下干燥至恒重，研磨过140目筛，即得改性膨润土。将混炼物进行保温保压处理步骤为：将混炼物置于压力为10MPa，温度为180℃下保温保压16min。钠基膨润土和去离子水的质量比为2∶25。十六烷基三甲基溴化铵和悬浮液的质量比为1∶10。在悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵恒温振荡处理步骤为：在悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵，置于温度为70℃下恒温振荡12h。

实例2

取水泥、填料、活性氧化铝、硅粉、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵、聚羧酸类高效减水剂、缓凝剂硼酸、去离子水，将水泥、填料、活性氧化铝、硅粉、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵、聚羧酸类高效减水剂、缓凝剂硼酸、去离子水分别混合并进行搅拌处理，即得前驱体；将前驱体倒入模具中，并置于温度为140℃的烘箱中干燥3h，即得坯体；将坯体置于马弗炉中煅烧处理，冷却至室温，即得植生篮，用涤纶绳将植生篮捆绑并网格式排列，即得复合植生浮床。填料制备步骤为：按质量比1∶5将沸石分子筛和改性膨润土混合，在温度为130℃下混炼1.5h，即得混炼物；将混炼物进行保温保压处理，冷却至室温，即得填料。水泥、填料、活性氧化铝、硅粉、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵、聚羧酸类高效减水剂、缓凝剂硼酸、去离子水之间的比例为：按重量份数计，分别称取45份水泥、13份填料、10份活性氧化铝、3份硅粉、23份碎玉米颗粒、5份尿素、5份磷酸氢二铵、0.7份聚羧酸类高效减水剂、0.5份缓凝剂硼酸、90份去离子水。将水泥、填料、活性氧化铝、硅粉、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵、聚羧酸类高效减水剂、缓凝剂硼酸、去离子水分别混合并进行搅拌处理步骤为：将水泥、填料、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵和去离子水混合，在搅拌速度为140r/min下搅拌40min，即得混合浆料；在混合浆料中加入活性氧化铝、硅粉、聚羧酸类高效减水剂和缓凝剂硼酸，继续搅拌1.5h。将坯体置于马弗炉中煅烧处理步骤为：将坯体置于马弗炉中，在温度为650℃下煅烧45min。改性膨润土的制备步骤为：将钠基膨润土和去离子水混合，在转速为90r/min下磁力搅拌25min，即得悬浮液；在悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵恒温振荡处理，冷却至室温，抽滤得滤渣，用去离子水洗涤2次，并在95℃下干燥至恒重，研磨过120目筛，即得改性膨润土。将混炼物进行保温保压处理步骤为：将混炼物置于压力为9MPa，温度为175℃下保温保压13min。钠基膨润土和去离子水的质量比为2∶25。十六烷基三甲基溴化铵和悬浮液的质量比为1∶10。在悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵恒温振荡处理步骤为：在悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵，置于温度为65℃下恒温振荡9h。

实例3

取水泥、填料、活性氧化铝、硅粉、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵、聚羧酸类高效减水剂、缓凝剂硼酸、去离子水，将水泥、填料、活性氧化铝、硅粉、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵、聚羧酸类高效减水剂、缓凝剂硼酸、去离子水分别混合并进行搅拌处理，即得前驱体；将前驱体倒入模具中，并置于温度为160℃的烘箱中干燥4h，即得坯体；将坯体置于马弗炉中煅烧处理，冷却至室温，即得植生篮，用涤纶绳将植生篮捆绑并网格式排列，即得复合植生浮床。填料制备步骤为：按质量比1∶5将沸石分子筛和改性膨润土混合，在温度为140℃下混炼2h，即得混炼物；将混炼物进行保温保压处理，冷却至室温，即得填料。水泥、填料、活性氧化铝、硅粉、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵、聚羧酸类高效减水剂、缓凝剂硼酸、去离子水之间的比例为：按重量份数计，分别称取50份水泥、15份填料、15份活性氧化铝、5份硅粉、25份碎玉米颗粒、10份尿素、10份磷酸氢二铵、0.8份聚羧酸类高效减水剂、0.6份缓凝剂硼酸、100份去离子水。将水泥、填料、活性氧化铝、硅粉、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵、聚羧酸类高效减水剂、缓凝剂硼酸、去离子水分别混合并进行搅拌处理步骤为：将水泥、填料、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵和去离子水混合，在搅拌速度为160r/min下搅拌50min，即得混合浆料；在混合浆料中加入活性氧化铝、硅粉、聚羧酸类高效减水剂和缓凝剂硼酸，继续搅拌2h。将坯体置于马弗炉中煅烧处理步骤为：将坯体置于马弗炉中，在温度为700℃下煅烧60min。改性膨润土的制备步骤为：将钠基膨润土和去离子水混合，在转速为100r/min下磁力搅拌30min，即得悬浮液；在悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵恒温振荡处理，冷却至室温，抽滤得滤渣，用去离子水洗涤3次，并在100℃下干燥至恒重，研磨过140目筛，即得改性膨润土。将混炼物进行保温保压处理步骤为：将混炼物置于压力为10MPa，温度为180℃下保温保压16min。钠基膨润土和去离子水的质量比为2∶25。十六烷基三甲基溴化铵和悬浮液的质量比为1∶10。在悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵恒温振荡处理步骤为：在悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵，置于温度为70℃下恒温振荡12h。

将本发明制备的复合植生浮床性能进行检测，具体检测结果如下表表1：

测试方法：

执行标准（CJ/T43-2005）和检测方法；

表1复合植生浮床性能表征

由表1可知本发明制备的复合植生浮床，COD去除率高，NH₃-N去除率高，净水效果好，具有广阔的市场前景和应用前景。

Claims (10)

1.一种复合植生浮床的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）取水泥、填料、活性氧化铝、硅粉、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵、聚羧酸类高效减水剂、缓凝剂硼酸、去离子水，将水泥、填料、活性氧化铝、硅粉、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵、聚羧酸类高效减水剂、缓凝剂硼酸、去离子水分别混合并进行搅拌处理，即得前驱体；

（2）将前驱体倒入模具中，并置于温度为120～160℃的烘箱中干燥2～4h，即得坯体；

（3）将坯体置于马弗炉中煅烧处理，冷却至室温，即得植生篮，用涤纶绳将植生篮捆绑并网格式排列，即得复合植生浮床。

2.根据权利要求1所述的一种复合植生浮床的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的填料制备步骤为：

（1）按质量比1∶5将沸石分子筛和改性膨润土混合，在温度为120～140℃下混炼1～2h，即得混炼物；

（2）将混炼物进行保温保压处理，冷却至室温，即得填料。

3.根据权利要求1所述的一种复合植生浮床的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的水泥、填料、活性氧化铝、硅粉、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵、聚羧酸类高效减水剂、缓凝剂硼酸、去离子水之间的比例为：按重量份数计，分别称取40～50份水泥、10～15份填料、5～15份活性氧化铝、1～5份硅粉、20～25份碎玉米颗粒、1～10份尿素、1～10份磷酸氢二铵、0.5～0.8份聚羧酸类高效减水剂、0.4～0.6份缓凝剂硼酸、80～100份去离子水。

4.根据权利要求1所述的一种复合植生浮床的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的将水泥、填料、活性氧化铝、硅粉、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵、聚羧酸类高效减水剂、缓凝剂硼酸、去离子水分别混合并进行搅拌处理步骤为：

（1）将水泥、填料、碎玉米颗粒、尿素、磷酸氢二铵和去离子水混合，在搅拌速度为120～160r/min下搅拌30～50min，即得混合浆料；

（2）在混合浆料中加入活性氧化铝、硅粉、聚羧酸类高效减水剂和缓凝剂硼酸，继续搅拌1～2h。

5.根据权利要求1所述的一种复合植生浮床的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的将坯体置于马弗炉中煅烧处理步骤为：将坯体置于马弗炉中，在温度为600～700℃下煅烧30～60min。

6.根据权利要求2所述的一种复合植生浮床的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的改性膨润土的制备步骤为：

（1）将钠基膨润土和去离子水混合，在转速为80～100r/min下磁力搅拌20～30min，即得悬浮液；

（2）在悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵恒温振荡处理，冷却至室温，抽滤得滤渣，用去离子水洗涤2～3次，并在90～100℃下干燥至恒重，研磨过100～140目筛，即得改性膨润土。

7.根据权利要求2所述的一种复合植生浮床的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的将混炼物进行保温保压处理步骤为：将混炼物置于压力为8～10MPa，温度为170～180℃下保温保压10～16min。

8.根据权利要求6所述的一种复合植生浮床的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的钠基膨润土和去离子水的质量比为2∶25。

9.根据权利要求6所述的一种复合植生浮床的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的十六烷基三甲基溴化铵和悬浮液的质量比为1∶10。

10.根据权利要求6所述的一种复合植生浮床的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的在悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵恒温振荡处理步骤为：在悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵，置于温度为60～70℃下恒温振荡6～12h。