【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于地下水修复，具体来说是一种球形碳基可渗透反应墙介质材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、重金属铬具有生物难降解性、生物富集性的特征，会在食物链中富集，随着时间的推移，会进一步增加对环境的生态风险和对人类的有害水平。进行cr(vi)污染地下水的治理修复研究具有重要的现实意义。
2、可渗透反应墙(prb)技术是指在污染水土原位设置一个填充有活性反应介质材料的反应屏障区，当重金属污染的地下水在自然水力梯度作用下流经prb时，重金属会与prb中填充的反应介质发生一系列反应而被截留在反应墙内，从而达到去除地下水中重金属污染物的目的。该技术无需对地下水进行抽取，不破坏地下水的流动性，运营维护简单，修复效果较好，是应用最为广泛、前景最为广阔的原位修复技术之一。prb填装的介质材料能够改变地下水中重金属的化学形态，降低其迁移转化能力，因此选择合适的介质材料能够有效提高prb对cr(vi)的原位修复能力。
3、cn112973630a公开了一种生物质基重金属吸附材料及其制备方法与应用，采用微波热解的方式制备生物炭，将生物炭与海藻酸钠通过fecl3交联剂交联混合，得到生物质基吸附材料，并将其用于模拟cr(vi)废水的去除。此专利技术制备过程较为复杂，且未考虑在实际应用场景中的行为，因此对实际含cr(vi)废水的处理机制尚不明确。
4、cn113880179a公开了一种壳聚糖包覆石英砂负载铁离子复合prb材料、制备方法及用途，制备方法为以石英砂作为基础材料，在石英砂的表面包覆壳聚糖，之后在包覆壳聚糖
技术实现思路
1、为了解决上述现有技术的问题，本专利技术提供了一种球形碳基可渗透反应墙介质材料及其制备方法和应用，本专利技术以生物炭为基础材料，使用氯化铁对其进行改性，再利用海藻酸钠和cacl2对改性生物炭进行固化，提供一种具有优化渗透性能、抗堵塞特性、能够用于修复地下水cr(vi)污染的球形碳基可渗透反应墙介质材料。
2、本专利技术是通过如下技术方案来实现的：
3、一种球形碳基可渗透反应墙介质材料的制备方法，包括如下步骤：
4、将生物炭分散于可溶性铁盐溶液中，以生物炭为吸附剂进行静电吸附，然后经干燥，得到改性生物炭；
5、将海藻酸钠与改性生物炭混合后，滴入至cacl2溶液中进行交联处理，加入氯化钙进行交联后得到凝胶球，形成的凝胶球为海藻酸钙和改性生物炭的复合体，将凝胶球再采用可溶性铁盐进行处理，单独使用氯化钙交联效果不理想，故又加入氯化铁进一步提高交联效果，至此复合改性成功，得到球形碳基可渗透反应墙介质材料。
6、优选的，可溶性铁盐的浓度为0.26mol·l-1，生物炭与可溶性铁盐溶液的固液比为1：20-30。
7、优选的，海藻酸钠与改性生物炭的质量比为1-3：2-4。
8、优选的，海藻酸钠在球形碳基可渗透反应墙介质材料中质量分数为1％-3％，生物炭在球形碳基可渗透反应墙介质材料的质量分数为2％-4％。海藻酸钠用量过高会使固化小球过于坚硬和紧密，并且形成的小球形状不规则；海藻酸钠用量过低会导致固化小球机械强度不足，容易破损，缩短使用寿命。
9、优选的，生物炭的生物质原料为花生壳，生物炭具有吸附作用，本专利技术对生物炭的生物质原料进行了筛选，结果表明以花生壳为生物质原料获得的生物炭具有最佳的吸附性能，原因在于花生壳本身具有密集的多孔结构，在经无氧煅烧后，表面积大，孔隙量高，吸附性能优异。
10、本专利技术还保护了上述制备方法制得的球形碳基可渗透反应墙介质材料。
11、本专利技术还保护了上球形碳基可渗透反应墙介质材料在制备cr(vi)重金属离子吸附材料中的应用。
12、优选的，所述cr(vi)重金属离子源为cr(vi)污染地下水。
13、优选的，应用方法为：于ph为2-8条件下，将cr(vi)污染地下水与球形碳基可渗透反应墙介质材料混合。
14、优选的，球形碳基可渗透反应墙介质材料的用量为0.6-3g·l-1。
15、本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：
16、1、本专利技术获得的prb介质材料对cr(vi)具有较高的去除效果，其对cr(vi)的最高吸附量能够达到12.50mg·g-1，与申请号为cn116022901a的专利技术相比提高了52％左右。
17、2、本专利技术获得的prb介质材料的制备方法简单，经过简单的热解及共浸渍即可得到，且原料来源广泛，制备成本较低。
18、3、本专利技术的prb介质材料是一种具有三维网状结构的凝胶小球，可渗透性好，能够缓解prb中反应介质易堵塞的问题。
19、4、本专利技术获得了球形碳基可渗透反应墙介质材料，其表面出现不规则褶皱，呈三维网状结构，表面具有丰富的孔隙结构，有利于对cr(vi)的吸附。生物炭作为一种应用广泛、经济高效的吸附剂，常被用于修复地下水cr(vi)污染，铁离子能够使生物炭富有磁性，增加生物炭含氧官能团数量，提升吸附能力和吸附稳定性；海藻酸钠含有大量羧基和羟基官能团，能够与fe3+发生交联，提高凝胶球的机械强度和稳定性，另外将海藻酸钠与改性生物炭结合，能够进一步改变改性生物炭的孔径结构，不仅能够解决改性生物炭粒径小且易随水迁移的问题，还能够增加比表面积和活性吸附点位，增强复合材料的物理性能和吸附能力，充分发挥生物炭和海藻酸钠之间的协同作用，更有利于去除水中的重金属污染物。
20、球形碳基可渗透反应墙介质材料的吸附机理主要包含静电吸附、还原吸附和络合作用；静电吸附是通过生物炭表面带正电的官能团，与含铬阴离子hcro4-、cr2o72-结合发生吸附；还原作用是fe(ii)和生物炭表面的还原性官能团共同作用将cr(vi)还原为cr(iii)，fe(ii)的生成是由于fe3+和生物炭中的一些成分发生氧化还原反应，其中有一部分fe3+被还原为fe2+；络合作用是将cr(iii)与生物炭的c＝o、-oh和-cooh及含铁官能团发生络合反应形成稳定的络合物沉淀，以此加快水中cr(vi)转化为cr(iii)的速率，再生成沉淀固定在水中，降低水体的毒性和cr(vi)的迁移性。
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1.一种球形碳基可渗透反应墙介质材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种球形碳基可渗透反应墙介质材料的制备方法，其特征在于，可溶性铁盐溶液的浓度为0.26mol·L-1，生物炭与可溶性铁盐溶液的固液比为1：20-30。
3.根据权利要求1所述的一种球形碳基可渗透反应墙介质材料的制备方法，其特征在于，海藻酸钠与改性生物炭的质量比为1-3：2-4。
4.根据权利要求1所述的一种球形碳基可渗透反应墙介质材料的制备方法，其特征在于，海藻酸钠在球形碳基可渗透反应墙介质材料中的质量分数为1％-3％，生物炭在球形碳基可渗透反应墙介质材料中的质量分数为2％-4％。
5.根据权利要求4所述的一种球形碳基可渗透反应墙介质材料的制备方法，其特征在于，生物炭的生物质原料为花生壳。
6.一种权利要求1-5任一项所述制备方法制得的球形碳基可渗透反应墙介质材料。
7.一种权利要求6所述的球形碳基可渗透反应墙介质材料在制备Cr(VI)重金属离子吸附材料中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，应用方法为：于pH为2-8条件下，将Cr(VI)污染地下水与球形碳基可渗透反应墙介质材料混合。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，球形碳基可渗透反应墙介质材料的用量为0.6-3g·L-1。
...【技术特征摘要】
1.一种球形碳基可渗透反应墙介质材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种球形碳基可渗透反应墙介质材料的制备方法，其特征在于，可溶性铁盐溶液的浓度为0.26mol·l-1，生物炭与可溶性铁盐溶液的固液比为1：20-30。
3.根据权利要求1所述的一种球形碳基可渗透反应墙介质材料的制备方法，其特征在于，海藻酸钠与改性生物炭的质量比为1-3：2-4。
4.根据权利要求1所述的一种球形碳基可渗透反应墙介质材料的制备方法，其特征在于，海藻酸钠在球形碳基可渗透反应墙介质材料中的质量分数为1％-3％，生物炭在球形碳基可渗透反应墙介质材料中的质量分数为2％-4％。
5.根据权利要求4所述的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：李海华，王欣怡，渠圆圆，张家皓，朱艳，聂鸿宇，刘盼，吴涛，焦广超，张阳阳，李蕴，车永锋，贾玉柱，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：
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