【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地下水污染修复，具体的涉及一种核壳结构的prb活性材料及其制备方法。
技术介绍
1、重金属(cr、pb、as等)污染是目前地下水污染的主要问题。相比其他污染因子，重金属具有持久性，难以被降解或破坏。另外，地下水中的重金属还会通过食物链富集，危害人类的健康。因此，开发有效的地下水重金属污染修复技术具有重要的意义。
2、可渗透反应墙(prb)技术是一种经济、简单、高效的地下水污染原位修复技术。该技术是在土壤和地下水之间植入墙体，并在墙体中填充活性材料，通过天然或人工的水力梯度，使地下水中的污染物在流经反应墙体过程中转化为低毒低害或无毒无害的成分。活性材料是prb技术的核心，其性能直接决定prb技术的稳定性和实用性。
3、近年来，为进一步提升prb技术对地下水的修复效果，研究人员尝试制备新型的活性材料。中国专利技术专利cn105502671b公开了用于修复pb/cd污染的prb填料及其制备方法和效果验证方法，该专利技术中的prb活性材料由10％石英砂，20％干燥秸秆或复合秸秆，20％粉煤灰基沸石，20％铁锰结核，20％粉煤灰以及10％石英砂组成。中国专利技术专利cn104803486b公开了一种修复地下水铬污染的可渗透反应墙材料及制备方法，该方法中的prb的活性材料由反应介质、石英砂、土壤混合组成。反应介质为颗粒材料，包括还原介质亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠、连二亚硫酸钠、柠檬酸，吸附介质为活性炭、磷灰石、泥炭、硅藻土，生物介质腐殖酸、秸秆、锯末、稻草，以及水泥。然而，现有的报道中，prb活性材料大多为
技术实现思路
1、本专利技术为了解决上述问题设计了一种核壳结构的prb活性材料及其制备方法，其中核壳结构的prb活性材料利用堇青石或氧化铝作为载体，负载纳米零价铁、天然矿物材料和多孔材料，有效解决传统prb填充材料机械强度不足的问题，稳定性强。
2、为解决上述的技术问题，本专利技术提供了一种核壳结构的prb活性材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
3、s1：按质量比1:1—1:4分别称取天然矿物材料和多孔材料，加入去离子水中，固液比1:5—1:10，调节ph值在1—5，加入无机粘结剂，球磨4—8h；
4、s2：配制质量分数3—6％的有机粘结剂溶液，加入步骤s1中球磨后的混合液中，两者的体积比2:1—10:1，搅拌混合均匀后，将载体浸入到混合溶液中，5—30min后取出，用压缩风除去载体表面和孔道中残留的混合溶液，烘干，再于惰性气氛下，400—600℃煅烧4—8h；
5、s3：将步骤s2煅烧得到的载体材料置于氯化铁溶液中，室温浸泡1—4h，随后烘干，再将负载fe离子后的载体材料置于nabh4或kbh4水溶液中，在惰性气氛下，室温浸泡2—6h，取出后进行水洗、烘干，得到核壳结构的prb活性材料。
6、进一步：上述步骤s1中的天然矿物材料为海泡石、凹凸棒土、高岭土、蒙脱土中的一种，上述步骤s1中的多孔材料为生物炭、氧化石墨烯中的一种，上述步骤s1中的无机粘结剂为铝溶胶、硅溶胶中的一种。
7、又进一步：上述步骤s2中配置好的有机粘结剂溶液与步骤s1中球磨后的混合液在搅拌罐中进行混合，所述的搅拌罐是由支撑板、存料罐、导料罩、上罐体和下罐体所组成，所述的支撑板通过设置在底部的若干根立柱进行悬空支撑，所述上罐体的上端呈敞开状并且固定在支撑板的底部，上罐体上方的支撑板上开设有进料口，下罐体的上端通过升降机构伸入上罐体的下端内，下罐体的外壁尺寸与上罐体的内壁尺寸相匹配，下罐体的底部设置有出液口，所述的存料罐设置有两个，两个存料罐和一个导料罩从左往右依次设置在滑板，所述的滑板上设置有用于放置存料罐的放置筒，放置筒的上下两端都呈敞开状，存料罐从放置筒的上端放入其内并通过支撑杆支撑连接在放置筒内壁上的支撑座上，支撑座的顶部开设有导向槽，支撑杆的下端伸入导向槽内与称重传感器相连，两个存料罐以及一个导料罩正下方的滑板上都开设有与进料口相匹配的出料口，滑板上的三个出料口通过双电缸平移机构依次经过进料口，双电缸平移机构前后两侧的支撑板上各安装有两个搅拌电机，搅拌电机的输出轴伸入上罐体内与搅拌机构相连，所述下罐体的下端内水平设置有滤网组件，滤网组件的四周外壁与下罐体的内壁相接触，下罐体的底部还安装有震动电缸，震动电缸伸入下罐体内与滤网组件相连。
8、又进一步：所述的双电缸平移机构包括滑轨、第一平移驱动电缸和第二平移驱动电缸，所述的滑轨设置在支撑板的顶部并呈左右放置，所述滑板通过开设在底部的滑槽连接在滑轨上，所述的第一平移驱动电缸安装在滑板右端的顶部，所述的第二平移驱动电缸安装在支撑板右端顶部，第一平移驱动电缸以及第二平移驱动电缸出轴端的伸出方向都与滑轨相平行，第一平移驱动电缸的出轴端通过联轴器与第二平移驱动电缸的出轴端相连。
9、又进一步：所述的升降机构包括升降电缸和l形滑座，下罐体的左右两侧各设置有一个l形滑座，l形滑座上开设有与立柱相匹配的导向通孔，l形滑座通过导向通孔连接在立柱上，两个l形滑座正上方的支撑板的底部各设置有一个升降电缸，两个升降电缸的出轴端各与一个l形滑座相连，l形滑座通过升降电缸驱动上下滑动连接在立柱上，其中位于左侧的l形滑座上安装有伺服电机，伺服电机的输出轴与下罐体的左侧外壁相连，下罐体的右侧外壁通过转动轴与位于右侧的l形滑座相连。
10、又进一步：上述步骤s2中的有机粘结剂为羟丙基纤维素、羟甲基丙基纤维素、羧乙基纤维素中的一种；上述步骤s2中的载体为堇青石材质或氧化铝材质，形状为蜂窝状、球状、条状、圆环状中的一种。
11、又进一步：上述步骤s2中所述的浸泡-烘干步骤可重复多次，直至载体上负载的天然矿物材料和多孔材料的质量分数达到3—5％。
12、又进一步：采用上述制备方法所制得的一种核壳结构的prb活性材料是由载体以及负载在载体上的壳层材料所组成，所述的壳层材料具体是由下列按照质量分数计的组分组成：天然矿物材料和多孔材料的质量分数为80—90％，al2o3或sio2的质量分数5—15％，fe的质量分数5—10％。
13、又进一步：所述一种核壳结构的prb活性材料的效果通过prb柱实验验证，具体包括以下步骤：
14、a1：将核壳结构的prb填充材料装填在反应柱中，反应柱上下装填石英砂做透水层；
15、a2：配制含重金属离子的水溶液，使用蠕动泵，将溶液从反应柱下部注入；
16、a3：一定时间后，对反应柱上部出水口的溶液进行取样分析，检测重金属离子的浓度。
17、再进一步：所述核壳结构的prb填充材料填充量为50—100g，重金属离子为cr2o72-、pb2+、cd2+、ni2+、cu2+中的一种或几种，重金属离子的浓度1—20mg/l，溶液流量为1—20ml/min。。
18、采用上述结构后，本专利技术具有的有益效果如下所示：
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1.一种核壳结构的PRB活性材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种核壳结构的PRB活性材料的制备方法，其特征在于：上述步骤S1中的天然矿物材料为海泡石、凹凸棒土、高岭土、蒙脱土中的一种，上述步骤S1中的多孔材料为生物炭、氧化石墨烯中的一种，上述步骤S1中的无机粘结剂为铝溶胶、硅溶胶中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种核壳结构的PRB活性材料的制备方法，其特征在于：上述步骤S2中配置好的有机粘结剂溶液与步骤S1中球磨后的混合液在搅拌罐中进行混合，所述的搅拌罐是由支撑板(1)、存料罐(4)、导料罩(5)、上罐体(2)和下罐体(3)所组成，所述的支撑板通过设置在底部的若干根立柱(11)进行悬空支撑，所述上罐体的上端呈敞开状并且固定在支撑板的底部，上罐体上方的支撑板上开设有进料口，下罐体的上端通过升降机构伸入上罐体的下端内，下罐体的外壁尺寸与上罐体的内壁尺寸相匹配，下罐体的底部设置有出液口，所述的存料罐设置有两个，两个存料罐和一个导料罩从左往右依次设置在滑板(6)，所述的滑板上设置有用于放置存料罐的放置筒(19)，放置筒的
4.根据权利要求3所述的一种核壳结构的PRB活性材料的制备方法，其特征在于：所述的双电缸平移机构包括滑轨(7)、第一平移驱动电缸(8)和第二平移驱动电缸(9)，所述的滑轨设置在支撑板的顶部并呈左右放置，所述滑板通过开设在底部的滑槽连接在滑轨上，所述的第一平移驱动电缸安装在滑板右端的顶部，所述的第二平移驱动电缸安装在支撑板右端顶部，第一平移驱动电缸以及第二平移驱动电缸出轴端的伸出方向都与滑轨相平行，第一平移驱动电缸的出轴端通过联轴器与第二平移驱动电缸的出轴端相连。
5.根据权利要求3所述的一种核壳结构的PRB活性材料的制备方法，其特征在于：所述的升降机构包括升降电缸(10)和L形滑座(12)，下罐体的左右两侧各设置有一个L形滑座，L形滑座上开设有与立柱相匹配的导向通孔，L形滑座通过导向通孔连接在立柱上，两个L形滑座正上方的支撑板的底部各设置有一个升降电缸，两个升降电缸的出轴端各与一个L形滑座相连，L形滑座通过升降电缸驱动上下滑动连接在立柱上，其中位于左侧的L形滑座上安装有伺服电机(13)，伺服电机的输出轴与下罐体的左侧外壁相连，下罐体的右侧外壁通过转动轴(14)与位于右侧的L形滑座相连。
6.根据权利要求1所述的一种核壳结构的PRB活性材料的制备方法，其特征在于：上述步骤S2中的有机粘结剂为羟丙基纤维素、羟甲基丙基纤维素、羧乙基纤维素中的一种；上述步骤S2中的载体为堇青石材质或氧化铝材质，形状为蜂窝状、球状、条状、圆环状中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种核壳结构的PRB活性材料的制备方法，其特征在于：上述步骤S2中所述的浸泡-烘干步骤可重复多次，直至载体上负载的天然矿物材料和多孔材料的质量分数达到3—5％。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种核壳结构的PRB活性材料的制备方法，其特征在于：采用上述制备方法所制得的一种核壳结构的PRB活性材料是由载体以及负载在载体上的壳层材料所组成，所述的壳层材料具体是由下列按照质量分数计的组分组成：天然矿物材料和多孔材料的质量分数为80—90％，Al2O3或SiO2的质量分数5—15％，Fe的质量分数5—10％。
9.根据权利要求8所述的一种核壳结构的PRB活性材料的制备方法，其特征在于：所述一种核壳结构的PRB活性材料的效果通过PRB柱实验验证，具体包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种核壳结构的PRB活性材料的制备方法，其特征在于：所述核壳结构的PRB填充材料填充量为50—100g，重金属离子为Cr2O72-、Pb2+、Cd2+、Ni2+、Cu2+中的一种或几种，重金属离子的浓度1—20mg/L，溶液流量为1—20mL/min。
...【技术特征摘要】
1.一种核壳结构的prb活性材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种核壳结构的prb活性材料的制备方法，其特征在于：上述步骤s1中的天然矿物材料为海泡石、凹凸棒土、高岭土、蒙脱土中的一种，上述步骤s1中的多孔材料为生物炭、氧化石墨烯中的一种，上述步骤s1中的无机粘结剂为铝溶胶、硅溶胶中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种核壳结构的prb活性材料的制备方法，其特征在于：上述步骤s2中配置好的有机粘结剂溶液与步骤s1中球磨后的混合液在搅拌罐中进行混合，所述的搅拌罐是由支撑板(1)、存料罐(4)、导料罩(5)、上罐体(2)和下罐体(3)所组成，所述的支撑板通过设置在底部的若干根立柱(11)进行悬空支撑，所述上罐体的上端呈敞开状并且固定在支撑板的底部，上罐体上方的支撑板上开设有进料口，下罐体的上端通过升降机构伸入上罐体的下端内，下罐体的外壁尺寸与上罐体的内壁尺寸相匹配，下罐体的底部设置有出液口，所述的存料罐设置有两个，两个存料罐和一个导料罩从左往右依次设置在滑板(6)，所述的滑板上设置有用于放置存料罐的放置筒(19)，放置筒的上下两端都呈敞开状，存料罐从放置筒的上端放入其内并通过支撑杆(17)支撑连接在放置筒内壁上的支撑座(20)上，支撑座的顶部开设有导向槽，支撑杆的下端伸入导向槽内与称重传感器(18)相连，两个存料罐以及一个导料罩正下方的滑板上都开设有与进料口相匹配的出料口，滑板上的三个出料口通过双电缸平移机构依次经过进料口，双电缸平移机构前后两侧的支撑板上各安装有两个搅拌电机，搅拌电机的输出轴伸入上罐体内与搅拌机构相连，所述下罐体的下端内水平设置有滤网组件(15)，滤网组件的四周外壁与下罐体的内壁相接触，下罐体的底部还安装有震动电缸(16)，震动电缸伸入下罐体内与滤网组件相连。
4.根据权利要求3所述的一种核壳结构的prb活性材料的制备方法，其特征在于：所述的双电缸平移机构包括滑轨(7)、第一平移驱动电缸(8)和第二平移驱动电缸(9)，所述的滑轨设置在支撑板的顶部并呈左右放置，所述滑板通过开设在底部的滑槽连接在滑轨上，所述的第一平移驱动电缸安装在滑板右端的顶部，所述的第二平移驱动电缸安装在支撑板右端顶部，第一平移驱动电缸以及第二平移...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄力，唐晓声，李海建，付艳宁，严秀芳，朱建兴，
申请(专利权)人：江苏长三角环境科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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