專利名稱：一種膨潤土類防滲材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種防滲材料的制備方法，特別是涉及一種膨潤土類防滲材料的制備方法。
背景技術：
隨著城市化進程加快、人口數量快速增加及人民生活水平普遍提高，城市生活垃圾管理已成為世界各國，特別是發展中國家城市面臨的主要挑戰。據統計，2004年，我國超越美國成為世界第一大廢棄物制造國。預計2030年我國城市垃圾產量將從2004年的I. 9 億t/a增加到4. 8億t/a。目前，國內外對城市垃圾的處置方式主要有固體填埋、堆肥、焚燒 3種；我國以固體填埋為主。而垃圾填埋場出現于二十世紀30年代后期，60年代許多歐美國家制定了有關填埋場的設計、施工和運行管理標準后現代的城市垃圾衛生填埋場才得以成型。由于經濟、技術等諸多優勢，在過去數十年中垃圾衛生填埋一直作為大多數發達國家城市垃圾的主要處理方式。我國從上世紀80年代開始采用垃圾衛生填埋技術。1991年，建設部和國家科委才正式將衛生填埋處理技術確定為我國近期推廣的垃圾處理的首選技術， 并先后在北京、天津、杭州及沈陽等地開展垃圾衛生填埋試點工作。垃圾衛生填埋法在我國的推廣，為我國的垃圾治理開辟了新的思路。固體填埋方法最關鍵的技術是場地防滲材料的鋪設，開發研制一種技術可行、應用可靠、經濟合理并易于制作、運輸和施工的新型防滲層材料顯得十分迫切和重要。膨潤土是當今應用范圍較廣和經濟價值較高的粘土礦物之一，膨潤土具有吸水膨脹性和低滲透性，是一種較為適合的天然粘土防滲材料之一。但其表面硅氧結構極強的親水性，不能有效地吸附疏水性有機污染物，限制了其在環境保護領域的應用，因此，改良膨潤土作為固體填埋場防滲截污材料成為近來研究的熱點。從上個世紀30年代以來，對膨潤土的改性研究、改性膨潤土用于廢水處理和污染環境的修復已有報道，應用固體填埋場防滲材料方面的研究也有一定的基礎。而目前國內制備有機膨潤土所用的改性劑主要為季銨鹽類，品種不多，價格較高，而且表面活性劑的脫附易造成水體的二次污染。使用更為經濟實用的聚合物改性膨潤土是一種新的嘗試，即開拓了改性劑的利用范圍，而且合成的聚合物改性膨潤土類防滲材料，可實現了去除不同污染物的目的。有研究顯示，聚丙烯酰胺在一定條件下，可被膨潤土較好的吸附或與之作用；并且可以有效地提高粘土壤團聚體的穩定性，增強粘土作為防滲基體的應力以及凍融強度等， 膨潤土、聚丙烯酰胺不論是單獨使用，還是協同作用在填埋場實際應用中都可以發揮一定的環境功能材料的作用。近年來，聚丙烯酰胺新型膨潤土類防滲材料作為環境凈化、環境修復等作用的功能性材料的研究不多，多數為通過陽、陰離子聚丙烯酰胺新型膨潤土類防滲材料分別吸附陰、陽離子污染物的實驗性研究，而在生活垃圾填埋場工程應用性研究未見報道。本發明主要針對一種新型聚丙烯酰胺改性膨潤土類防滲材料的制備方法，并對其作為固體填埋場防滲材料的基本性能做以簡要介紹。

發明內容
本發明的目的在于提供一種膨潤土類防滲材料的制備方法，以天然膨潤土為原料，采用水溶液聚合法，在室溫條件下，首次通過改性聚丙烯酰胺對膨潤土進行直接插層改性，制備了一種新型聚丙烯酰胺改性膨潤土防滲材料。該產品的制備工藝簡單，原料廉價易得，加工方便，具有較好的抗滲和吸附去除污染物的性能。本發明的目的是通過以下技術方案實現的
一種膨潤土類防滲材料的制備方法，該方法選用n(PAM) :n(F) :n(AM)= I: (O. 5 O. 7) : (O. 5 O. 7)的改性聚丙烯酰胺作為改性劑；包括以下制備過程首先，稱取計量的過硫酸銨，溶解于蒸餾水中，配成10 %的過硫酸銨溶液，備用；按照比例，稱取改性聚丙烯酰胺和交聯劑N，N' —亞甲基雙丙烯酰胺，置于250 mL燒杯中，再加入四甲基乙二胺，攪拌上述混合物均勻；稱取天然鈉基膨潤土，邊攪拌邊緩慢加入燒杯中，使其與上述混合物混合均勻；再將配好的10 %過硫酸銨溶液，加入燒杯中，攪拌3 5 min，靜置后按所需形狀，立即定型和干燥，制得膨潤土類防滲材料產品。所述的一種膨潤土類防滲材料的制備方法，其改性聚丙烯酰胺中 n (PAM) :n(F) : η (AM)和改性聚丙烯酰胺、膨潤土原料配比,n (PAM) :n(F) : η (AM) = I: (0. 5
O.7) : (O. 5 O. 7)，其交聯度在55 % 70 %。所述的一種膨潤土類防滲材料的制備方法，其膨潤土的加入量不能超過固體質量百分數的80 %。本發明的優點與效果是
1.本發明以天然鈉基膨潤土為主要原料，可充分利用膨潤土資源及其防滲性能的優占.
2.本發明在室溫條件下，首次以改性聚丙烯酰胺為改性劑，制備了一種新型聚丙烯酰胺改性膨潤土防滲材料。材料制備工藝和操作簡便，所用原料資源充足，價格低廉。3.采用新型聚丙烯酰胺改性膨潤土作為防滲材料，選用沈陽大辛填埋場的垃圾滲透液為處理對象，利用靜態和動態實驗對新型聚丙烯酰胺改性膨潤土防滲材料的吸附及抗滲性能進行了測試，新型膨潤土類防滲材料防滲性能較好，滲透系數可以達到O. 98 XlCT8 cm/s滿足固體廢物填埋場的防滲材料國家標準I. O XlCT7 cm/s的使用要求；新型膨潤土類防滲材料對有機污染物的吸附效果明顯好于膨潤土原土，其對COD的吸附去除作用以物理吸附為主。表明新型聚丙烯酰胺改性膨潤土防滲材料具有優良的抗滲、截污性能。


圖I膨潤土材料的掃描電鏡圖2為膨潤土類防滲材料的掃描電鏡圖3為膨潤土及新型膨潤土類防滲材料的紅外譜圖。注本發明的圖I一圖3為產物狀態的分析示意圖或照片，圖中文字或影像不清晰并不影響對本發明技術方案的理解。
具體實施例方式改性聚丙烯酰胺中n(PAM) :n(F) :η(AM)和改性聚丙烯酰胺、膨潤土原料配比。
I)摩爾比的影響改性聚丙烯酰胺室溫交聯物的交聯度隨其摩爾比 (n (PAM) :n(F) :n(AM))的變化情況是當摩爾比增大時，則室溫交聯物的交聯度減小，這是因為交聯反應是發生在室溫交聯聚丙烯酰胺側鏈的活性基團之間，交聯度的變化與側鏈上活性基團的多少有關；由此可以推斷出改性聚丙烯酰胺側鏈活性基團的數量，將直接影響其孔隙的變化和防滲材料的性能，在實際應用時可根據實際要求隨時調節交聯度，易于控制新型膨潤土類防滲材料的整體穩定性能，一般交聯度大于50 %，故本發明 n(PAM) :n(F) :n(AM)= I: (O. 5 O. 7) : (O. 5 O. 7)，其交聯度在 55 % 70 %。2)原料配比的影響
(O由于膨潤土作為主要原料，進行操作時，必須保證膨潤土懸濁液攪拌均勻。因此， 膨潤土的加入量不能超過80 % (固體質量百分數)。( 2 )在實際操作中，引發劑一促進劑的量決定聚合速度，量越大，聚合速度越快。 因此，其最佳用量應使在實際生產中在完成物料充分均勻混合之前不應發生聚合。而量又不能太少，否則長時間不發生聚合放應，其固體質量百分數為2 % 4 %。關鍵是首先將除促進劑以外的其他物料先混合均勻，然后再加入促進劑，立刻快速混合均勻。其結構表征結果顯示比表面積結果如表I所示，說明新型膨潤土類防滲材料比表面積較原土增大；SEM 表征如圖I所示，顯示新型膨潤土類防滲材料表面的不規整程度增加；IR結果如圖2所示， 說明膨潤土層間存在聚丙烯酰胺。上述結構表征結果說明，新型膨潤土類防滲材料的層間距、顆粒間隙適度擴大，比表面積增加，表面粗糙度增大，使膨潤土層間結構、表面特性有利于新型膨潤土類防滲材料對污染物的吸附；同時，層間距、膨潤土顆粒間隙適度擴大，又可保持膨潤土原有的抗滲性能，保證這種新型膨潤土類防滲材料作為防滲材料的實際使用效倉泛。 表I膨潤土及新型膨潤土類防滲材料的比表面積
權利要求
1.一種膨潤土類防滲材料的制備方法，其特征在于，該方法選用n(PAM) :n(F) :n(AM) = I (O. 5 O. 7) : (O. 5 O. 7)的改性聚丙烯酰胺作為改性劑；包括以下制備過程首先， 稱取計量的過硫酸銨，溶解于蒸餾水中，配成10 %的過硫酸銨溶液，備用；按照比例，稱取改性聚丙烯酰胺和交聯劑N，N' —亞甲基雙丙烯酰胺，置于250 mL燒杯中，再加入四甲基乙二胺，攪拌上述混合物均勻；稱取天然鈉基膨潤土，邊攪拌邊緩慢加入燒杯中，使其與上述混合物混合均勻；再將配好的10 %過硫酸銨溶液，加入燒杯中，攪拌3 5 min,靜置后按所需形狀，立即定型和干燥，制得膨潤土類防滲材料產品。
2.根據權利要求I所述的一種膨潤土類防滲材料的制備方法，其特征在于，改性聚丙烯酰胺中n(PAM) :n(F) : η (AM)和改性聚丙烯酰胺、膨潤土原料配比，n (PAM) :n(F) : η (AM)= I: (O. 5 O. 7): (O. 5 O. 7)，其交聯度在 55 % 70 %。
3.根據權利要求I所述的一種膨潤土類防滲材料的制備方法，其特征在于，膨潤土的加入量不能超過固體質量百分數的80 %。
全文摘要
一種膨潤土類防滲材料的制備方法，涉及一種防滲材料的制備方法，包括以下制備過程首先，稱取計量的過硫酸銨，溶解于蒸餾水中，配成10%的過硫酸銨溶液，備用；按照比例，稱取改性聚丙烯酰胺和交聯劑N,N′—亞甲基雙丙烯酰胺，置于250mL燒杯中，再加入四甲基乙二胺，攪拌上述混合物均勻；稱取天然鈉基膨潤土，邊攪拌邊緩慢加入燒杯中，使其與上述混合物混合均勻；再將配好的10%過硫酸銨溶液，加入燒杯中，攪拌3～5min，靜置后按所需形狀，立即定型和干燥，制得膨潤土類防滲材料產品。該產品的制備工藝簡單，原料廉價易得，加工方便，具有較好的抗滲和吸附去除污染物的性能。
文檔編號C04B14/10GK102584056SQ20121000451
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者劉學貴, 劉長風, 邵紅 申請人:沈陽化工大學