[发明专利]耐重金属污染的聚合物膨润土纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属土木工程、环境岩土工程技术领域，具体说来，涉及一种耐重金属污染的聚合物膨润土纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

随着我国城市化进程的不断加快，大中城市产业结构也随之调整升级，原有大型重工业企业逐渐向小城市、西部地区迁移，原有工业场地存在的重金属、有机物污染等问题严重制约城市的发展，威胁到人类的健康，因此工业污染场地问题成为迫切需要解决的问题。

膨润土因其高膨胀性、极低渗透性被广泛应用在防污隔离设施中。包括填埋场复合粘土衬垫、膨润土改性压实粘土衬垫、土-膨润土系竖向隔离墙、核废料处置库封层等设施。然而，当膨润土在溶液离子强度(IonicStrength)较高、极端pH(extremelypH)环境下，化学相容性急剧降低，大大减弱了土-膨润土系隔离墙、土工合成材料膨润土毯、膨润土改性的压实粘土衬垫等设施的防渗特性。而膨润土的极低渗透性来自于膨润土中的主要成分蒙脱石，蒙脱石是一种遇水膨胀矿物，遇水后其双电层厚度增大，膨润土颗粒体积膨胀，颗粒间孔隙致密曲折，因而渗透性极低。根据双电层理论，双电层的厚度取决于孔隙水中离子价位及离子浓度，二者可分别用离子相对丰度(Relativeabundanceofions，RMD)和离子强度高时(IonicStrength，IS)表示，RMD越低(一价离子占多数)、IS越高(离子浓度高)，膨润土双电层厚度越薄，即吸水能力越低，渗透路径越通畅，从而引起渗透系数的增大。膨润土在溶液中渗透系数、自由膨胀指数等物理化学性质发生改变的特性称为膨润土的化学相容性。在某一溶液中，膨润土液限、渗透系数等性质没有较大变化，说明化学相容性良好，反之，化学相容性差。膨润土在盐溶液、酸溶液、重金属污染液等作用下渗透系数急剧增大的现象是膨润土化学相容性差的主要表现之一。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种耐重金属污染的聚合物膨润土纳米复合材料及其制备方法，该材料可有效提高膨润土化学相容性，提高耐盐、耐酸、耐重金属离子污染的能力，在上述污染液作用下仍能维持极低的渗透系数，大大提高了膨润土系隔离设施的防渗性能，延长了隔离设施的有效使用寿命，降低了工程成本。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明实施例采用如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供一种耐重金属污染的聚合物膨润土纳米复合材料，所述的膨润土纳米复合材料包括膨润土和羟丙基甲基纤维素，其中，羟丙基甲基纤维素质量是膨润土质量的1～30％。

作为一种优选例，所述的羟丙基甲基纤维素的分子量为8000～10⁶。

作为一种优选例，所述的膨润土的粒径小于或等于0.15mm。

另一方面，本发明实施例提供一种耐重金属污染的聚合物膨润土纳米复合材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤10)将膨润土和水混合，用搅拌机进行搅拌，制得膨润土泥浆；

步骤20)向膨润土泥浆中添加羟丙基甲基纤维素溶液，并搅拌，形成羟丙基甲基纤维素和膨润土混合浆液；

步骤30)将羟丙基甲基纤维素和膨润土混合浆液置于恒温水浴箱中，搅拌羟丙基甲基纤维素和膨润土混合浆液，使羟丙基甲基纤维素在膨润土层间发生纳米插层反应，形成反应后的膨润土浆液；

步骤40)对反应后的膨润土浆液进行离心处理，得到离心出的固相，对固相烘干后进行研磨，制成聚合物膨润土纳米复合材料。

作为一种优选例，所述的步骤10)中，膨润土和水按照质量比0.1～0.2:1进行配制；所述的膨润土与水混合之前，过200目筛，去除杂质。

作为一种优选例，所述的步骤10)中，搅拌机的转速为500～3000r/min，搅拌机的搅拌时间为5～15min。

作为一种优选例，所述的步骤20)中，羟丙基甲基纤维素溶液中羟丙基甲基纤维素质量占膨润土泥浆中膨润土质量的1～30％。

作为一种优选例，所述的步骤30)中，恒温水浴箱中的水温为55～70℃，搅拌器械的转速为200～3000r/min，搅拌时间为3～6h。

作为一种优选例，所述的步骤40)中，利用离心机对反应后的膨润土浆液进行离心处理，离心机转速为2000～15000r/min，离心时间10～120min。

作为一种优选例，所述的步骤40)中，利用烘箱对固相烘干，烘箱内温度为100～110℃，烘干时间为5～8h；研磨后过80～200目筛，制得聚合物膨润土纳米复合材料。