CN110845191A - 一种用于污染地块风险管控的水平阻隔材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于污染地块风险管控的水平阻隔材料及制备方法，属于污染地块风险管控技术领域。该材料包含质量比为1:20:17的改性天然短纤维、粉料和液料，其中，所述改性天然短纤维为长度2~6mm的改性黄麻纤维或改性山棕纤维；所述粉料包括硅酸盐水泥、重质碳酸钙、石英粉；所述液料包括聚合物乳液、消泡剂、成膜助剂、增容剂、分散剂和去离子水。制备方法为：先将液料倒入容器中混匀，再加入改性天然短纤维与粉料混合均匀的混合料；搅拌10~20min，呈浆状无团块流动的液体，即得该材料。本发明的水平阻隔材料原料易得，成本低，制备方法简单，具有优异的阻隔性，能够阻断污染介质向周边环境的迁移，该材料的实施，可为污染地块提供良好的原位水平阻隔屏障。

Description

一种用于污染地块风险管控的水平阻隔材料及制备方法
技术领域
本发明属于污染地块风险管控阻隔技术领域，特别是涉及一种用于污染地块风险管控的水平阻隔材料及制备方法。
背景技术
近年来，随着城市工业产业布局的调整，大量有色金属冶炼、化工、电镀、制革等重污染工业企业关停搬迁，遗留众多污染地块，这些地块分散于城市，危害人居健康，威胁生态环境安全，环境风险隐患突出。环境保护部门出台的一系列关于土壤污染防治方面的政策要求，使污染地块的治理与修复技术得到快速发展。对于暂不开发利用，或因部分地块污染严重，地理环境特殊等问题，现阶段不具备治理与修复条件，则实施以防止污染扩散为目的的风险管控。
目前，在污染土壤风险管控方面，主要是将水平阻隔材料敷设于地表来防止污染物的扩散。常用的水平阻隔材料有沥青、混凝土、粘土以及弹性膜（如聚氯乙烯、聚乙烯、高密度聚乙烯等）。这些材料所存在的问题是：沥青和混凝土覆盖厚度较厚，增加了后续污染地块治理修复工作的工程量和处置难度；而粘土用土量大、费用高，容易增加污染土壤，不便于后续污染地块的治理修复；聚氯乙烯、聚乙烯、高密度聚乙烯等弹性膜材料结构强度差、易老化且产生二次污染，现有的阻隔材料都存在各自的问题和缺陷。因此，制备一种水平阻隔性能好、力学性能强、生产成本低、环保的水平阻隔材料，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于一方面提供一种用于污染地块风险管控的水平阻隔材料，该材料可以对污染地块进行有效地水平阻隔，防止污染物扩散，且具有生产成本低、力学性能强、防水效果好、抗老化、环保的特点。另一方面提供一种用于污染地块风险管控的水平阻隔材料的制备方法，该材料的制备方法简单，应用前景广泛，易于推广。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于污染地块风险管控的水平阻隔材料，包括改性天然短纤维、粉料和液料，所述改性天然短纤维、粉料和液料的重量比为1:20:17；其中，
所述改性天然短纤维为长度2~6mm的改性黄麻纤维或改性山棕纤维；
所述粉料包括白色硅酸盐水泥、重质碳酸钙、石英粉；
所述液料包括聚合物乳液、消泡剂、成膜助剂、增容剂、分散剂和去离子水。
进一步，所述改性天然短纤维是经下列步骤处理所得：
1）将2~6mm的黄麻纤维或山棕纤维浸泡在2wt%~5wt%的氢氧化钠溶液中，在20±2℃条件下反应0.5h~1h后取出，水洗数次，然后再用含1wt%醋酸的蒸馏水洗涤至中性，再水洗数次后放入烘箱，于温度80℃下烘干至恒重或室温下晾干；
2）将硅烷偶联剂溶于体积比为3:2的乙醇和水的溶液中，配制5wt%的硅烷偶联剂溶液，用醋酸调节硅烷偶联剂溶液pH为3.5~4；
3）将步骤1）处理后的黄麻纤维或山棕纤维在步骤2）的硅烷偶联剂溶液中浸泡2h，黄麻纤维或山棕纤维与硅烷偶联剂溶液的质量g/体积mL比为1/30，2h后取出放在80℃烘箱中，烘干处理至恒重，即得改性天然短纤维。
进一步，所述粉料中所含组分的重量份数为：白色硅酸盐水泥70~85份，重质碳酸钙8~15份，石英粉10~15份。
进一步，所述液料中所含组分的重量份数为：聚合物乳液90份，消泡剂0.10~0.84份，成膜助剂0.30~1.00份，增容剂1.80~3.50份，分散剂0.10~0.36份，去离子水6份。
进一步，所述聚合物乳液为苯乙烯-丙烯酸酯乳液。
进一步，所述消泡剂为聚醚改性有机硅。
进一步，所述成膜助剂为十二醇碳酯。
进一步，所述增容剂为γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷和异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯组合物。
进一步，所述分散剂为六偏磷酸钠。
一种用于污染地块风险管控的水平阻隔材料的制备方法，具体为：先将液料倒入容器中混匀，再加入改性天然短纤维与粉料混合均匀的混合料；搅拌10~20分钟，呈浆状无团块流动的液体，即得用于污染地块风险管控的水平阻隔材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明的水平阻隔材料巧妙地将无机水泥和有机聚合物相结合，同时加入天然短纤维，使这种材料既具有水泥的强度，又具有有机聚合物的强阻隔性，同时天然短纤维又增强了材料的抗裂性，进一步保障了材料的阻隔效果。
2、基于本发明的水平阻隔材料优异的水阻隔性阻断了土壤介质中污染物迁移扩散的途径，使污染介质与周围环境隔离，避免了污染物与人体接触以及随降水进入地下水对人体和周围环境造成危害。
3、本发明的水平阻隔材料的原料来源丰富，易获得，成本低。
4、本发明的水平阻隔材料的制备方法简单，易于大规模生产，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明所用原料天然短纤维、白色硅酸盐水泥、石英粉、重质碳酸钙、聚合物乳液、消泡剂、成膜助剂、增容剂和分散剂均为市售。本发明所用聚合物乳液、消泡剂、成膜助剂、增容剂和分散剂分别为苯乙烯-丙烯酸酯乳液、聚醚改性有机硅、十二醇碳酯、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷和异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯组合物、六偏磷酸钠。市面上其他消泡剂、成膜助剂和分散剂也能实现本发明的目的，不限于上述消泡剂、成膜助剂和分散剂的种类。
实施例1
本实施例的用于污染地块风险管控的水平阻隔材料，是由改性天然短纤维、粉料和液料混合而成，其中，
所述改性天然短纤维为长度3mm的改性黄麻纤维；
上述改性天然短纤维是由如下方法处理所得：
1）将3mm的黄麻纤维浸泡在2wt%的氢氧化钠溶液中，在20±2℃条件下反应0.5h后取出，水洗数次，然后再用含1wt%醋酸的蒸馏水将黄麻纤维洗涤至中性，再经过清水洗数次后室温下晾干；
2）将硅烷偶联剂溶于体积比为3:2的乙醇和水的溶液中，配制5wt%硅烷偶联剂溶液，用少量醋酸调节硅烷偶联剂溶液pH在3.5~4之间；
3）将步骤1）处理后的黄麻纤维在步骤2）的5wt%硅烷偶联剂溶液中浸泡2h，黄麻纤维与硅烷偶联剂溶液比例为1/30（g/mL），2h后取出放在80℃烘箱中，烘干处理至恒重。
所述粉料由以下重量份数的组分制成：白色硅酸盐水泥80份，重质碳酸钙10份：石英粉10份；
所述液料由以下重量份数的组分制成：聚合物乳液90份；消泡剂0.1份；成膜助剂0.3份；增容剂3.5份，分散剂0.1份，去离子水6份。
本实施例所述阻隔材料通过下述方法制备：施工时将改性天然短纤维、粉料和液料以1:20:17的重量配比，先将液料倒入容器中混匀，再加入改性天然短纤维与粉料混合均匀的混合料，搅拌10~20分钟，呈浆状无团块流动的液体，即得本材料。
实施例2
本实施例的用于污染地块风险管控的水平阻隔材料，是由改性天然短纤维、粉料、液料混合而成，其中，
所述改性天然短纤维为长度5mm的改性山棕纤维；
上述改性天然短纤维是由如下方法处理所得：
1）将5mm的山棕纤维浸泡在5wt%的氢氧化钠溶液中，在20±2℃条件下反应1h后取出，水洗数次，然后再用含1wt%醋酸的蒸馏水将山棕纤维洗涤至中性，再经过清水洗数次后放入烘箱，于温度80℃下烘干至恒重；
2）将硅烷偶联剂溶于体积比为3:2的乙醇和水的溶液中，配制5wt%硅烷偶联剂溶液，用少量醋酸调节硅烷偶联剂溶液pH在3.5~4之间；
3）将步骤1）处理后的山棕纤维在步骤2）的硅烷偶联剂溶液中浸泡2h，山棕纤维与硅烷偶联剂溶液比例为1/30（g/mL），2h后取出放在80℃烘箱中，烘干处理至恒重。
所述粉料由以下重量份数的组分制成：白色硅酸盐水泥75份，重质碳酸钙12份：石英粉13份；
所述液料由以下重量份数的组分制成：聚合物乳液90份；消泡剂0.84份；成膜助剂1份；增容剂1.8份，分散剂0.36份，去离子水6份。
本实施例所述阻隔材料通过下述方法制备：施工时将改性天然短纤维、粉料和液料以1:20:17的重量配比，先将液料倒入容器中混匀，再加入改性天然短纤维与粉料混合均匀的混合料，搅拌10~20分钟，呈浆状无团块流动的液体，即得本材料。
上述实施例的用于污染地块风险管控的水平阻隔材料，既包含无机水泥，又包含有机聚合物乳液，二者结合，优势互补，刚柔相济，天然短纤维的加入，大大提高了材料的抗裂性，可为污染地块提供良好的原位阻隔屏障。同时，采用环保型原料，组分不复杂且制备工艺简单，生产成本低，兼具经济和环保的特点，具有大规模应用的广阔前景。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于污染地块风险管控的水平阻隔材料，其特征在于，该材料包括改性天然短纤维、粉料和液料，所述改性天然短纤维、粉料和液料的重量比为1:20:17；其中，
所述改性天然短纤维为长度2~6mm的改性黄麻纤维或改性山棕纤维；
所述粉料包括白色硅酸盐水泥、重质碳酸钙、石英粉；
所述液料包括聚合物乳液、消泡剂、成膜助剂、增容剂、分散剂和去离子水。
2.根据权利要求1所述的用于污染地块风险管控的水平阻隔材料，其特征在于，所述改性天然短纤维是经下列步骤处理所得：
1）将2~6mm的黄麻纤维或山棕纤维浸泡在2wt%~5wt%的氢氧化钠溶液中，在20±2℃条件下反应0.5h~1h后取出，水洗数次，然后再用含1wt%醋酸的蒸馏水洗涤至中性，再水洗数次后放入烘箱，于温度80℃下烘干至恒重或室温下晾干；
2）将硅烷偶联剂溶于体积比为3:2的乙醇和水的溶液中，配制5wt%的硅烷偶联剂溶液，用醋酸调节硅烷偶联剂溶液pH为3.5~4；
3）将步骤1）处理后的黄麻纤维或山棕纤维在步骤2）的硅烷偶联剂溶液中浸泡2h，黄麻纤维或山棕纤维与硅烷偶联剂溶液的质量g/体积mL比为1/30，2h后取出放在80℃烘箱中，烘干处理至恒重，即得改性天然短纤维。
3.根据权利要求1所述的用于污染地块风险管控的水平阻隔材料，其特征在于，所述粉料中所含组分的重量份数为：白色硅酸盐水泥70~85份，重质碳酸钙8~15份，石英粉10~15份。
4.根据权利要求1所述的用于污染地块风险管控的水平阻隔材料，其特征在于，所述液料中所含组分的重量份数为：聚合物乳液90份，消泡剂0.10~0.84份，成膜助剂0.30~1.00份，增容剂1.80~3.50份，分散剂0.10~0.36份，去离子水6份。
5.根据权利要求1或4所述的用于污染地块风险管控的水平阻隔材料，其特征在于，所述聚合物乳液为苯乙烯-丙烯酸酯乳液。
6.根据权利要求1或4所述的用于污染地块风险管控的水平阻隔材料，其特征在于，所述消泡剂为聚醚改性有机硅。
7.根据权利要求1或4所述的用于污染地块风险管控的水平阻隔材料，其特征在于，所述成膜助剂为十二醇碳酯。
8.根据权利要求1或4所述的用于污染地块风险管控的水平阻隔材料，其特征在于，所述增容剂为γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷和异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯组合物。
9.根据权利要求1或4所述的用于污染地块风险管控的水平阻隔材料，其特征在于，所述分散剂为六偏磷酸钠。
10.一种用于污染地块风险管控的水平阻隔材料的制备方法，其特征在于，该制备方法具体为：先将液料倒入容器中混匀，再加入改性天然短纤维与粉料混合均匀的混合料；搅拌10~20分钟，呈浆状无团块流动的液体，即得用于污染地块风险管控的水平阻隔材料。
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