一種用于重污染城市河道水質(zhì)凈化的納米多孔磚及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)保材料領(lǐng)域，具體地說，涉及城市河道的治理技術(shù)，更具體地說，涉 及一種用于重污染城市河道水質(zhì)凈化的納米多孔磚及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 城市河道作為城市系統(tǒng)的綠色生命線，能有效減弱城市"熱島效應(yīng)"和污染影響， 具有提供綠地、保護環(huán)境和開展旅游娛樂、文化教育等生態(tài)功能，對高品位生態(tài)城市的建設(shè) 有重要的意義。然而，近年來隨著人口增長和社會經(jīng)濟飛速發(fā)展，水的需求量急劇增加，而 水環(huán)境污染也日益嚴重，生態(tài)需水量難以保證，再加上工業(yè)生產(chǎn)和居民生活的影響，使得城 市內(nèi)河水系逐漸萎縮、內(nèi)湖富營養(yǎng)化不斷加重、城市水生態(tài)系統(tǒng)嚴重退化，因此，受污染城 市河道水體的治理顯得非常必要。
[0003] 目前針對重污染城市河道進行水質(zhì)凈化的方法主要有河道清淤、機械打撈、人工 曝氣以及生物修復(fù)法（生態(tài)浮床、人工濕地和微生物修復(fù)）。然而，對于重污染型河道由于 長期持續(xù)污染導致河道污染物濃度高，水環(huán)境質(zhì)量差，生態(tài)系統(tǒng)嚴重破壞，常規(guī)的物理方法 很難降低重污染河道中污染物濃度，僅能起到治表而非之本的作用。生物的方法雖然可以 起到改善水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境的作用，但是在高污染濃度、低溶解氧和低透明度的水體很難直 接進行生物修復(fù)，嚴重影響了生物修復(fù)技術(shù)的效果同時增加了技術(shù)成本。粘土吸附法主要 通過離子交換、電性吸附以及反應(yīng)沉淀等方式去除污染水體中污染物質(zhì)，選擇合適的吸附 材料，不僅可以有效去除重污染水體的污染物質(zhì)，同時可以避免二次污染的問題。
[0004] 在公開的中國專利文獻中已有關(guān)于采用粘土吸附法用于河道水質(zhì)凈化處理的技 術(shù)信息，例如，中國發(fā)明專利申請公布號為CN 102371145 A，申請日為2010年8月18日 的專利申請文件公開了一種復(fù)合高效藍藻-富營養(yǎng)化水處理劑，該水處理劑用凹凸棒石粘 土、膨潤土和天然沸石經(jīng)活化改性等高科技、深加工，與有機試劑助劑科學復(fù)配，集多種礦 物和有機助劑的特殊性能制成的，主要應(yīng)用于湖泊、水庫、河流、景觀水等藍藻爆發(fā)應(yīng)急處 理和富營養(yǎng)化長效治理，是生態(tài)修復(fù)和資源化的創(chuàng)新方法，該發(fā)明雖然具有較高的水處理 效果，但是制作流程比較復(fù)雜，制備成本較高，且不易回收利用，會造成二次污染，因此難以 推廣應(yīng)用，且該發(fā)明主要是利用粘土及有機試劑復(fù)配材料的絮凝作用，對藍藻進行絮凝，若 制成磚，無法發(fā)揮作用。又如，中國發(fā)明專利申請公布號為CN 103787645 A，申請日為2014 年1月23日的專利申請文件公開了一種基于吸附材料制備的生態(tài)混凝土及用于水質(zhì)凈化 的方法，該發(fā)明的生態(tài)混凝土由骨料、固體添加劑和液體添加劑組成，利用上述生態(tài)混凝土 進行水質(zhì)凈化的方法，是將吸附材料、吸附分子和粘土混合后裝入布袋鋪設(shè)為底層，在布袋 上鋪設(shè)生態(tài)混凝土，在生態(tài)混凝土上鋪設(shè)混有吸附材料的種植土并在種植土上種植有植 物。該發(fā)明雖然具有復(fù)合的吸附效果和植物凈化效果，但是生態(tài)混凝土時間久了會發(fā)生板 結(jié)等問題，一方面影響其吸附效果，另一方面板結(jié)后的硬質(zhì)土不適合植物的生長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 1.要解決的問題
[0006] 針對現(xiàn)有河道水質(zhì)凈化方法存在成本高、有二次污染、處理效果差等問題，本發(fā)明 提供一種用于重污染城市河道水質(zhì)凈化的納米多孔磚及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的 納米多孔磚能夠高效凈化高濃度污染物水體，使用簡單方便，成本低廉。納米多孔磚的納米 多孔主要通過采用具有天然納米結(jié)構(gòu)的斜發(fā)沸石和凹凸棒石經(jīng)過處理得到，在熱處理條件 下，納米孔道結(jié)構(gòu)中的水分和雜質(zhì)成分消失，從而使微孔納米孔道打開得到納米多孔結(jié)構(gòu)， 使其比表面積增加，且增加了吸附能力。此外，本發(fā)明的多孔納米磚因吸附了河道或湖泊中 的營養(yǎng)物質(zhì)，可以作為水生植物修復(fù)技術(shù)中水生植被的優(yōu)良載體，同時多孔納米磚的納米 孔隙可以提高水體中的溶解氧，改善水質(zhì)環(huán)境，促進水生植被的健康生長，強化水質(zhì)凈化能 力。
[0007] 2.技術(shù)方案
[0008] 為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0009] 一種用于重污染城市河道水質(zhì)凈化的納米多孔磚，包括磚體和孔，所述的磚體為 長方體，所述的孔為通孔結(jié)構(gòu)，位于磚體上，孔的孔壁上具有密集的納米孔隙。
[0010] 優(yōu)選地，所述的磚體的材料為粒徑10-15 μπι的復(fù)合顆粒，所述的復(fù)合顆粒由 鈣型凹凸棒粘土、鈣型斜發(fā)沸石和紅壤混合制成；其中，鈣型凹凸棒粘土的質(zhì)量分數(shù)為 30-40%，鈣型斜發(fā)沸石的質(zhì)量分數(shù)為40% -50%，其余成分為紅壤。
[0011] 優(yōu)選地，所述的磚體的其中一個端面為正方形，邊長為10-20cm。
[0012] 優(yōu)選地，所述的孔為圓孔，孔個數(shù)為9個或16個，且孔直徑為I. 5-2cm。
[0013] 上述的一種用于重污染城市河道水質(zhì)凈化的納米多孔磚的制備方法，其步驟為：
[0014] (a)按比例稱取鈣型凹凸棒粘土、鈣型斜發(fā)沸石和紅壤粉碎后放入攪拌器內(nèi)，充分 攪拌均勻，得到復(fù)合原料，其中，鈣型凹凸棒粘土的質(zhì)量分數(shù)為30-40%，鈣型斜發(fā)沸石的質(zhì) 量分數(shù)為40 % -50 %，其余成分為紅壤；
[0015] (b)將步驟（a)中得到的復(fù)合原料進行造粒得到復(fù)合顆粒；
[0016] (c)將步驟（b)中得到的復(fù)合顆粒與水混合攪拌后再經(jīng)過模具擠出成型，得到濕 坯體；
[0017] ⑷將步驟（c)中得到的濕坯體進行切割，得到濕磚體；
[0018] (e)將步驟（d)中得到的濕磚體進行干燥和焙燒，焙燒結(jié)束后自然冷卻至室溫得 到納米多孔磚。
[0019] 優(yōu)選地，所述步驟（a)中的鈣型凹凸棒粘土中的凹凸棒的質(zhì)量分數(shù)為45-60%， 鈣質(zhì)成分CaO的質(zhì)量分數(shù)為15-25%，其余為硅氧化物、鋁氧化物和鎂氧化物，質(zhì)量分數(shù)為 15% -40% ;鈣型斜發(fā)沸石中的斜發(fā)沸石的質(zhì)量分數(shù)為50-60%，鈣質(zhì)成分CaO的質(zhì)量分數(shù) 15-20%，其余為硅氧化物、鋁氧化物和鎂氧化物，質(zhì)量分數(shù)為20% -35% ;紅壤中的黏土的 質(zhì)量分數(shù)為80%以上。
[0020] 優(yōu)選地，所述步驟（b)中造粒的條件為將步驟（a)粉碎后的復(fù)合原料先過15 μπι 的篩網(wǎng)，保留小于粒徑15 μm的復(fù)合原料，再過10 μm的篩網(wǎng)，保留粒徑大于10 μm的復(fù)合 原料，最終得到的復(fù)合顆粒的粒徑為10-15 μ m。
[0021] 優(yōu)選地，所述步驟（c)中的模具的縱截面形狀為正方形，且正方形的邊長為 10-20cm，模具上設(shè)有圓孔，圓孔個數(shù)為9個或16個，且孔直徑為I. 5-2cm ;步驟（d)中濕磚 體的長度為l〇-15cm。
[0022] 優(yōu)選地，所述步驟（e)中干燥溫度為105°C，焙燒溫度為400-550°C，焙燒時間為 1-2h〇
[0023] 上述的一種用于重污染城市河道水質(zhì)凈化的納米多孔磚在污染型的河道水質(zhì)凈 化中的應(yīng)用。
[0024] 3.有益效果
[0025] 相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：
[0026] (1)本發(fā)明的納米多孔磚具有高效的吸附能力，可有效降低污染水體中的總氮 (TN)、總磷（TP)、銨態(tài)氮（NH/-N)和化學需要量（COD);
[0027] (2)本發(fā)明的納米多孔磚由于具有納米孔結(jié)構(gòu)，能夠附著大量的納米氣泡，提高周 圍環(huán)境的溶解氧濃度（DO);
[0028] (3)本發(fā)明的納米多孔磚由于具有大量的微孔結(jié)構(gòu)，具有較大的比表面積，可以為 微生物的生長、活動和繁殖提供空間和場所；
[0029] (4)本