CN113105165A - 一种生态护坡材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种生态护坡材料，按重量份计，包括如下组分：酸活化赤泥20‑40份、水泥50‑80份、发泡剂0.5‑2份和聚合氯化铝1‑3份。本发明通过将赤泥酸化，利用酸化后的固体颗粒的孔隙多、比表面积增大(酸化前未经活化的颗粒比表面积为5.3177m2/g，而酸活化制备的颗粒比表面积为33.2132m2/g)，并且由于固体颗粒比表面积的增大，使得其对于水体污染物的吸附效果较好，将其通过如石笼网等固定装置放置于河道坡面上时，河水中的污染物可以被留在生态护坡材料内的孔隙中，能够有效降低河水中的污染物含量，从而提升水质，降低水体富营养化程度。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体而言，涉及一种生态护坡材料及其制备方法。
背景技术
现今，水体富营养化已成为全球江河、湖泊、水库等地表水体的重要水环境问题。而水体富营养化则是由于水体中的磷等营养特质对水的污染，大多数情况下是生活污水所致，该类污染是造成“赤潮”、“水华”的根源。同时伴随着我国污水处理厂建设力度的加大，尾水的排放量将会日益增大，更多的河流不可避免地成为接受尾水污染物的水体。如何治理遭受尾水污染的河流成为较为普遍的问题。在不影响河道原有防洪、排涝、灌溉、航运及生态等功能的前提下，如何利用河道本身和周边的条件进行水质净化，是一个比较复杂的问题。一方面，不能将河道作为一个污水处理设施来看待，因为会影响河道原有的社会功能和生态服务功能；另一方面，不能无视被污染的河道丧失原有的社会功能、生态功能。如何巧妙利用原有条件，通过提高河道本身的净化能力，达到处理尾水、减少污染，又尽可能不影响河道原有功能，应该是治理尾水污染河道的要点。
生态护坡作为一项新兴技术，在江河治理工程中起到了良好的作用，不仅具备良好的水土保持和水质净化功能，而且能够保证工程周边生态环境的稳定性。相较于其他生态护坡技术，石笼网+植被结构在抗水流冲刷方面有着很大的优势。虽然石笼网结构广泛应用到护岸工程中，但其研究大多数集中在石笼网挡墙技术、石笼网结构的厚度、防波浪冲刷性能、坡脚设计等方面，对石笼填料在水体净化以及不同水生植被配置净化水体方面的作用相对较少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生态护坡材料，此生态护坡材料具有净化水体效果好和能够保证工程周边生态环境的稳定性的优点。
本发明的另一目的在于提供一种生态护坡材料的制备方法，以制备出这种净化水体效果好和能够保证工程周边生态环境的稳定性的生态护坡材料。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
一方面，本申请实施例提供一种生态护坡材料，按重量份计，包括如下组分：酸活化赤泥20-40份、水泥50-80份、发泡剂0.5-2份和聚合氯化铝1-3份。
在本发明的一些实施例中，上述酸活化赤泥通过如下方法制备：取20-40份重量份的赤泥进行研磨；将研磨后的赤泥水洗后烘干；将烘干后的赤泥与HCl溶液混合并搅拌1-3h后，离心分离，得到酸活化赤泥初成品；将酸活化赤泥初成品用水水洗后烘干，得到酸活化赤泥成品。
在本发明的一些实施例中，上述赤泥研磨至100-300目。
在本发明的一些实施例中，上述研磨后的赤泥具体是经水洗至中性后再在50-70℃温度下烘干。
在本发明的一些实施例中，HCl溶液的浓度为0.10-0.5mol/L。
在本发明的一些实施例中，HCl溶液与烘干后的赤泥的液固比为10-30mL/g。
在本发明的一些实施例中，离心分离具体是将烘干后的赤泥与HCl溶液的混合液在5000r/min离心10-30min。
在本发明的一些实施例中，将酸活化赤泥初成品用去离子水水洗后烘干具体是将酸活化赤泥初成品用去离子水水洗至中性后再在50-70℃温度下烘干。
另一方面，本申请实施例提供一种生态护坡材料的制备方法，包括如下步骤：将酸活化赤泥和水泥干燥后，粉碎过筛后，得到物料1；将物料1与发泡剂和聚合氯化铝混合均匀后，得到物料2，加入与物料2重量比为1:(2-4)的水，搅拌混合，得到混合液；将混合液导入模具中成型，再切割成颗粒后，干燥处理，得到生态护坡材料成品。
在本发明的一些实施例中，物料1的尺寸为100-300目，所述颗粒的尺寸为10-20mm，所述干燥处理为将颗粒风干5-9天。
相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
(1)本发明通过将赤泥酸化，因为酸化后的固体颗粒的孔隙多、比表面积增大(酸化前未经活化的颗粒比表面积为5.3177m2/g，而酸活化制备的颗粒比表面积为33.2132m2/g)，并且由于固体颗粒比表面积的增大，使得其对于水体污染物的吸附效果较好，将其通过如石笼网等固定装置放置于河道坡面上时，河水中的污染物可以被留在生态护坡材料内的孔隙中，能够有效降低河水中的污染物含量，从而提升水质，降低水体富营养化程度，此外生态护坡材料填充的剩余空间可以为土壤水生植物留下生长空间，能够有效地净化水质；同时也对赤泥充分利用，生态护坡材料表面带有的OH-对河水中的磷以配体交换形式去除，在一定条件下赤泥中的金属元素Ca2+、Al3+、Fe3+溶出，对磷也有一定的去除作用，将磷以(FeAl)(PO3)3和Ca3(PO4)2等沉淀形式去除，使得除磷后表面钙元素明显比除磷前高，进一步说明离子交换和沉淀是酸活化颗粒吸附磷酸盐的重要机理，实现了对水体的净化，同时，OH-和河水中的酸性物质反应，进一步净化水体。
(2)本发明所采用的的原料为酸活化赤泥、水泥、聚合氯化铝和发泡剂，上述材料价格低廉，作为生态护坡材料的原材料可以很好的降低护坡成本，同时也起到很好的护坡作用，净化水体，也能够保证工程周边生态环境的稳定性。
(3)本发明利用水泥作为胶黏剂，可以很好地增强基质强度，并且由于添加有水泥和酸活化的赤泥，利用酸活化赤泥颗粒细小，将其与水泥混合后，能够有效增强混合后的粘稠度，同时也使得制得的生态护坡材料具有良好的物理性能和机械性能，也具有环境安全性，一方面能够提高生态护坡材料抗水冲击负荷能力，另一方面也为该生态护坡材料作为水处理构筑物的建筑材料提供了可能，使得本申请制备的生态护坡材料的应用面积更广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例6制备的生态护坡材料的XRD图谱；
图2为本发明实施例6制备的生态护坡材料对水体除磷后的XRD图谱。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本发明。
一种生态护坡材料，按重量份计，包括如下组分：酸活化赤泥20-40份、水泥50-80份、发泡剂0.5-2份和聚合氯化铝1-3份。
通过将赤泥酸化，利用酸化后的固体颗粒的孔隙多、比表面积增大(酸化前未经活化的颗粒比表面积为5.3177m2/g，而酸活化制备的颗粒比表面积为33.2132m2/g)，并且由于固体颗粒比表面积的增大，使得其对于水体污染物的吸附效果较好，将其通过如石笼网等固定装置放置于河道坡面上时，河水中的污染物可以被留在混生态护坡材料内的孔隙中，能够有效降低河水中的污染物含量，从而提升水质，降低水体富营养化程度，同时也对赤泥充分利用，生态护坡材料表面带有的OH-对河水中的磷以配体交换形式去除，在一定条件下赤泥中的金属元素Ca2+、Al3+、Fe3+溶出，对磷也有一定的去除作用，将磷以(FeAl)(PO3)3和Ca3(PO4)2等沉淀形式去除，使得除磷后表面钙元素明显比除磷前高，进一步说明离子交换和沉淀是酸活化颗粒吸附磷酸盐的重要机理，实现了对水体的净化，同时，OH-和河水中的酸性物质反应，进一步净化水体。
在本发明的一些实施例中，酸活化赤泥通过如下方法制备：取20-40份重量份的赤泥进行研磨；将研磨后的赤泥水洗后烘干；将烘干后的赤泥与HCl溶液混合并搅拌1-3h后，离心分离，得到酸活化赤泥初成品；将酸活化赤泥初成品用水水洗后烘干，得到酸活化赤泥成品。
通过将赤泥酸化，利用酸化后的固体颗粒的孔隙多、比表面积增大(酸化前未经活化的颗粒比表面积为5.3177m2/g，而酸活化制备的颗粒比表面积为33.2132m2/g)，并且由于固体颗粒比表面积的增大，使得其对于水体污染物的吸附效果较好。
在本发明的一些实施例中，赤泥研磨至100-300目。
在本发明的一些实施例中，研磨后的赤泥具体是经水洗至中性后再在50-70℃温度下烘干。
在本发明的一些实施例中，HCl溶液的浓度为0.10-0.5mol/L。
通过添加有0.10-0.5mol/L浓度下的HCl溶液，使得赤泥的酸化效果最好。
在本发明的一些实施例中，HCl溶液与烘干后的赤泥的液固比为10-30mL/g。
在10-30mL/g的液固比下，能够使得赤泥的酸化效果最好。
在本发明的一些实施例中，离心分离具体是将烘干后的赤泥与HCl溶液的混合液在5000r/min离心10-30min。
在本发明的一些实施例中，将酸活化赤泥初成品用去离子水水洗后烘干具体是将酸活化赤泥初成品用去离子水水洗至中性后再在50-70℃温度下烘干。
一种生态护坡材料的制备方法，包括如下步骤：将酸活化赤泥和水泥干燥后，粉碎过筛后，得到物料1；将物料1与发泡剂和聚合氯化铝混合均匀后，得到物料2，加入与物料2重量比为1:(2-4)的水，搅拌混合，得到混合液；将混合液导入模具中成型，再切割成颗粒后，干燥处理，得到水泥成品。
本发明通过将酸活化的赤泥和水泥混合后，再与发泡剂和聚合氯化铝混合，最后加入水，形成混合液，将混合液成型并切割干燥处理后，得到成品，在将其填充到如石笼网等固定装置内后放置于河道坡面上时，河水中的污染物可以被留在混生态护坡材料内的孔隙中，能够有效降低河水中的污染物含量，从而提升水质，降低水体富营养化程度，同时也对赤泥充分利用，生态护坡材料表面带有的OH-对河水中的磷以配体交换形式去除，在一定条件下赤泥中的金属元素Ca2+、Al3+、Fe3+溶出，对磷也有一定的去除作用，将磷以(FeAl)(PO3)3和Ca3(PO4)2等沉淀形式去除，使得除磷后表面钙元素明显比除磷前高，进一步说明离子交换和沉淀是酸活化颗粒吸附磷酸盐的重要机理，实现了对水体的净化，同时，OH-和河水中的酸性物质反应，进一步净化水体。
在本发明的一些实施例中，物料1的尺寸为100-300目，所述颗粒的尺寸为10-20mm，所述干燥处理为将颗粒风干5-9天。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
一种酸活化赤泥的制备方法，包括如下步骤：
取40g的赤泥进行研磨，研磨后过100目的筛；
将研磨后的赤泥水洗到中性，在50℃温度下烘干；
在常温常压下，将烘干后的赤泥与0.1mol/L、400mL的HCl溶液混合并搅拌2h后，在4000r/min的转速下离心10min，得到酸活化赤泥初成品；
将酸活化赤泥初成品用水水洗至中性后再在50℃温度下烘干，得到酸活化赤泥成品。
实施例2
一种酸活化赤泥的制备方法，包括如下步骤：
取40g的赤泥进行研磨，研磨后过100目的筛；
将研磨后的赤泥水洗到中性，在60℃温度下烘干；
在常温常压下，将烘干后的赤泥与0.25mol/L、800mL的HCl溶液混合并搅拌2h后，在5000r/min的转速下离心15min，得到酸活化赤泥初成品；
将酸活化赤泥初成品用水水洗至中性后再在60℃温度下烘干，得到酸活化赤泥成品。
实施例3
一种酸活化赤泥的制备方法，包括如下步骤：
取40g的赤泥进行研磨，研磨后过300目的筛；
将研磨后的赤泥水洗到中性，在60℃温度下烘干；
在常温常压下，将烘干后的赤泥与0.5mol/L、1200mL的HCl溶液混合并搅拌3h后，在5000r/min的转速下离心30min，得到酸活化赤泥初成品；
将酸活化赤泥初成品用水水洗至中性后再在60℃温度下烘干，得到酸活化赤泥成品。
实施例4
一种生态护坡材料的制备方法，包括如下步骤：
取实施例2制备的20g酸活化赤泥和50g水泥干燥后，粉碎过100目筛后，得到物料1；
将物料1与0.5g发泡剂和1g聚合氯化铝混合均匀后，得到物料2，加入71.5g的水，搅拌混合，得到混合液；
将混合液导入模具中成型，再切割成尺寸为10-20mm颗粒后，风干5天后，得到生态护坡材料成品。
实施例5
一种生态护坡材料的制备方法，包括如下步骤：
取实施例2制备的25g酸活化赤泥和60g水泥干燥后，粉碎过100目筛后，得到物料1；
将物料1与0.5g发泡剂和1g聚合氯化铝混合均匀后，得到物料2，加入173g的水，搅拌混合，得到混合液；
将混合液导入模具中成型，再切割成尺寸为10-20mm颗粒后，风干6天后，得到生态护坡材料成品。
实施例6
一种生态护坡材料的制备方法，包括如下步骤：
取实施例2制备的29g酸活化赤泥和68g水泥干燥后，粉碎过100目筛后，得到物料1；
将物料1与1g发泡剂和2g聚合氯化铝混合均匀后，得到物料2，加入300g的水，搅拌混合，得到混合液；
将混合液导入模具中成型，再切割成尺寸为10-20mm颗粒后，风干7天后，得到生态护坡材料成品。
实施例7
一种生态护坡材料的制备方法，包括如下步骤：
取实施例2制备的30g酸活化赤泥和75g水泥干燥后，粉碎过100目筛后，得到物料1；
将物料1与1.5g发泡剂和2.5g聚合氯化铝混合均匀后，得到物料2，加入327g的水，搅拌混合，得到混合液；
将混合液导入模具中成型，再切割成尺寸为10-20mm颗粒后，风干8天后，得到生态护坡材料成品。
实施例8
一种生态护坡材料的制备方法，包括如下步骤：
取实施例2制备的40g酸活化赤泥和80g水泥干燥后，粉碎过100目筛后，得到物料1；
将物料1与2g发泡剂和3g聚合氯化铝混合均匀后，得到物料2，加入500g的水，搅拌混合，得到混合液；
将混合液导入模具中成型，再切割成尺寸为10-20mm颗粒后，风干8天后，得到生态护坡材料成品。
对比例
与实施例6的区别在于采用的施未经活化的赤泥，包括如下步骤：
将29g烘干且未经酸活化的赤泥和68g水泥干燥后，粉碎过100目筛后，得到物料1；
将物料1与1g发泡剂和2g聚合氯化铝混合均匀后，得到物料2，加入300g的水，搅拌混合，得到混合液；
将混合液导入模具中成型，再切割成尺寸为10-20mm颗粒后，风干7天后，得到生态护坡材料成品。
实验例
(一)将实施例6制备的生态护坡材料进行XRD分析，结果如图1所示；将实施例6制备的生态护坡材料投放于待处理且磷含量高的污水中，等待1-3天，取使用后的生态护坡材料，进行XRD分析，结果如图2。
如图1所示，该图是由实施例6制备的生态护坡材料的XRD分析图谱，在图上可以清楚看到Fe2O3、Fe3O4、AlSiO5和Ca2+的物相；而如图2所示，该图是由实施例6制备的使用后的生态护坡材料的XRD分析图谱，在图上Fe2O3、Fe3O4、AlSiO5的物相显著减少，且增加了(FeAl)(PO3)3、Ca3(PO4)2和(FeAl)(PO3)的物相，这说明污水中的磷酸盐被有效地吸附，具体是由于生态护坡材料表面带有的OH-对磷以配体交换形式去除，在一定条件下赤泥中的金属元素Ca2+、Al3+、Fe3+溶出，对磷也有一定的去除作用，将磷以(FeAl)(PO3)3和Ca3(PO4)2等沉淀形式去除，使得使用后表面钙元素明显比使用前高，也证明了本申请制备的生态护坡材料应用在河道中时，能够有效的吸附河水中的污染物，净化水质。
(二)分别将对比例制备的生态护坡材料和实施例6制备的生态护坡材料进行比表面积测定，对比例所用的赤泥为未经酸活化处理的赤泥，而实施例6制备的生态护坡材料所用的赤泥为经酸活化处理的赤泥。根据比表面积分析，比例制备的生态护坡材料的比表面积为5.3177m2/g，而实施例6制备的生态护坡材料比表面积为33.2132m2/g，相较而言，实施例6制备的生态护坡材料的比表面积远大于对比例制备的生态护坡材料的比表面积，因此，可以推定，其对于磷的吸附效果远远优于对比例制备的生态护坡材料对于磷的吸附效果，将实施例6制备的生态护坡材料置于污水中时，能够有效降低污水中的磷含量，从而提升水质，降低水体富营养化程度，同时也对赤泥充分利用。
(三)将实施例6制备的生态护坡材料进行抗压能力测试，得到的结果为400.19KN，可以看出，本申请制备出的生态护坡材料的抗压能力较强，也说明了本申请制备的生态护坡材料具有较好良好的物理性能和机械性能，能够有较好的抗水冲击负荷能力。
综合(一)和(二)结果分析，实施例6制备的生态护坡材料比表面积增加主要是由于酸化后的生态护坡材料生成了无定型半定型的Fe和Al的化合物(Fe和Al是赤泥的主要组成成分)，而无定型半定型的Fe和Al的化合物的孔隙大，对磷的吸附效果突出。
综上所述，本发明实施例的生态护坡材料通过将赤泥酸化，利用酸化后的固体颗粒的孔隙多、比表面积增大(酸化前未经活化的颗粒比表面积为5.3177m2/g，而酸活化制备的颗粒比表面积为33.2132m2/g)，并且由于固体颗粒比表面积的增大，使得其对于水体污染物的吸附效果较好，将其通过如石笼网等固定装置放置于河道坡面上时，河水中的污染物可以被留在混生态护坡材料内的孔隙中，能够有效降低河水中的污染物含量，从而提升水质，降低水体富营养化程度，同时也对赤泥充分利用，生态护坡材料表面带有的OH-对河水中的磷以配体交换形式去除，在一定条件下赤泥中的金属元素Ca2+、Al3+、Fe3+溶出，对磷也有一定的去除作用，将磷以(FeAl)(PO3)3和Ca3(PO4)2等沉淀形式去除，使得除磷后表面钙元素明显比除磷前高，进一步说明离子交换和沉淀是酸活化颗粒吸附磷酸盐的重要机理，实现了对水体的净化，同时，OH-和河水中的酸性物质反应，进一步净化水体。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种生态护坡材料，其特征在于，按重量份计，包括如下组分：酸活化赤泥20-40份、水泥50-80份、发泡剂0.5-2份和聚合氯化铝1-3份。
2.根据权利要求1所述的一种生态护坡材料，其特征在于，所述酸活化赤泥通过如下方法制备：
取20-40份重量份的赤泥进行研磨；
将研磨后的赤泥水洗后烘干；
将烘干后的赤泥与HCl溶液混合并搅拌1-3h后，离心分离，得到酸活化赤泥初成品；
将酸活化赤泥初成品用水水洗后烘干，得到酸活化赤泥成品。
3.根据权利要求2所述的一种生态护坡材料，其特征在于，所述赤泥研磨至100-300目。
4.根据权利要求2所述的一种生态护坡材料，其特征在于，所述研磨后的赤泥具体是经水洗至中性后再在50-70℃温度下烘干。
5.根据权利要求2所述的一种生态护坡材料，其特征在于，所述HCl溶液的浓度为0.1-0.5mol/L。
6.根据权利要求2所述的一种生态护坡材料，其特征在于，所述HCl溶液与烘干后的赤泥的液固比为10-30mL/g。
7.根据权利要求2所述的一种生态护坡材料，其特征在于，所述离心分离具体是将烘干后的赤泥与HCl溶液的混合液在5000r/min离心10-30min。
8.根据权利要求2所述的一种生态护坡材料，其特征在于，所述将酸活化赤泥初成品用去离子水水洗后烘干具体是将酸活化赤泥初成品用去离子水水洗至中性后再在50-70℃温度下烘干。
9.一种如权利要求1-8任一项所述生态护坡材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将酸活化赤泥和水泥干燥，粉碎过筛后，得到物料1；
将物料1与发泡剂和聚合氯化铝混合均匀后，得到物料2，加入与物料2重量比为1:(2-4)的水，搅拌混合，得到混合液；
将混合液导入模具中成型，再切割成颗粒后，干燥处理，得到生态护坡材料成品。
10.根据权利要求9所述的一种生态护坡材料，其特征在于，所述物料1的尺寸为100-300目，所述颗粒的尺寸为10-20mm，所述干燥处理为将颗粒风干5-9天。
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