基本信息
- 项目名称：
- 垃圾填埋场的“防火墙”--新型聚丙烯酰胺改性膨润土防渗材料的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 化学性质稳定、原料丰富、价格便宜等性能决定防渗材料的选取，本文用改性聚丙烯酰胺对天然钠基膨润土进行改性，其开拓了改性剂的利用范围，实现合成的聚丙烯酰胺改性膨润土去除不同污染物的目的，拓展膨润土改性矿物材料的工业应用范围。并通过动态、静态实验表明：聚丙烯酰胺改性膨润土可有效控制垃圾渗滤液的透过，防止其对土壤和地下水造成污染。
- 详细介绍：
- 本作品以天然钠基膨润土为原料，首次选用改性聚丙烯酰胺作为改性剂，通过水溶液聚合法，改性聚丙烯酰胺直接插层改性膨润土，制备了一种新型改性膨润土防渗材料。 1、在室温条件下，采用水溶液聚合法，改性聚丙烯酰胺侧链双键与交联剂发生交联反应，直接插层改性膨润土合成一种新型聚丙烯酰胺改性膨润土防渗材料； 2、利用扫描电子显微镜（SEM），红外光谱仪（FT-IR）、X射线粉晶衍射仪（XRD）等分析仪器并结合材料的粒度分布、比表面积测定结果对改性膨润土防渗材料结构形貌进行表征，确定改性聚丙烯酰胺在改性膨润土合成过程中的加入量； 3、采用新型聚丙烯酰胺改性膨润土作为防渗材料，以沈阳大辛生活垃圾填埋场渗滤液作为处理对象，通过静态、动态实验，考察新型改性膨润土防渗材料在垃圾渗滤液作用下的吸附、防渗性能；研究新型改性膨润土防渗材料对渗滤液中有机污染物吸附去除及控制渗滤液渗透的可行性。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 撰写目的：开发研制一种技术可行、应用可靠、经济合理，既具有防渗功能，又具备截污能力的新型改性膨润土防渗材料。 基本思路:本作品在室温下，制备了一种改性膨润土防渗材料，通过仪器分析手段对改性膨润土材料的结构进行了表征，确定改性（粘结）剂适宜加入量。利用静态、动态实验，考察新型改性膨润土防渗材料在垃圾渗滤液作用下的吸附、防渗性能。
科学性、先进性及独特之处
- （1）首次在室温条件下，通过水溶液聚合法，制备了一种新型聚丙烯酰胺改性膨润土防渗材料。其室温交联聚合改性膨润土的合成工艺目前国内未见报道，具有创新性。所合成的防渗材料的整体稳定性、吸附和抗渗等性能较强。 （2）通过静态、动态实验，考察新型改性膨润土防渗材料在实际垃圾渗滤液作用下的吸附、防渗性能；具有一定的学术和应用参考价值。
应用价值和现实意义
- 本作品开发了一种新型改性膨润土防渗材料，研究了实际垃圾渗透液有机污染物在改性膨润土防渗层内的迁移、渗透规律和吸附去除的有效性，对于开发高效、稳定、经济的新型防渗材料具有理论指导意义。 该防渗材料化学性质稳定性好、原料资源丰富、制备成本低廉，具备环境修复、环境净化等功能，能有效的控制垃圾渗滤液对周边土壤地下水源等环境的污染，在提高城镇居民的生活环境质量方面显示出了巨大的开发潜力和应用价值。
学术论文摘要
- 本作品主要研究成果如下： （1）在室温条件下，首次以改性聚丙烯酰胺为改性（粘结）剂，制备了一种新型聚丙烯酰胺改性膨润土防渗材料。 （2） 改性膨润土材料的结构表征结果说明，2#样品（即聚丙烯酰胺加入量为30 %）结构既有利于改性膨润土对污染物的吸附；同时又可保持了抗渗性能，保证这种改性膨润土作为防渗材料的实际使用效能。 （3） 研究新型改性膨润土防渗材料对实际渗滤液中有机污染物吸附去除及控制渗滤液渗透的可行性。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 经辽宁省科学技术情报研究所查新： 结论如下：本委托单位研究聚丙烯酰胺改性膨润土作为固体填埋场防渗材料在国内文献中未见报道。 详细内容见科技查新报告（附录一）
参考文献
- [1]史敬华, 赵勇胜, 洪梅. 垃圾填埋场防渗衬里粘性土的改性研究[J]. 吉林大学学报(地球科学版). 2003(03): 355-359. [2]刘阳生， 白庆中. 膨润土改性天然粘土防渗材料的研究[J]. 应用基础与工程科学学报.2002(02): 143-149. [3] 刘学贵, 邵红, 刘长风, et al. 膨润土土工合成材料的研究[J]. 建筑材料学报. 2007,10(06):749-753. [4] 邵红， 孙伶， 李辉， et al. 改性膨润土预处理垃圾渗滤液试验研究[J]. 环境科学与技术FJKS. 2008(12). [5] Doven A G， Pekrioglu A. Material properties of high volume fly ash cement paste structural fill[J]. JOURNAL OF MATERIALS IN CIVIL ENGINEERING. 2005， 17(6): 686-693.
同类课题研究水平概述
- 随着环境工程、地下工程等对防渗要求的不断提高，土工合成材料粘土衬垫( Geosynthedc Clay Liner，简称GCL)作为一种新型防渗土工复合材料正逐步得到工程界的认可，并且在越来越多的工程领域得到应用。 目前，国内对于GCL产品性能的研究尚少，制备的有机膨润土所用的改性剂主要为季铵盐类，改性后吸附能力和容量均得到了提高，但是价格较高，在使用过程中易受到某些污染质的影响，而且表面活性剂的脱附易造成水体的二次污染。 国外学者对于GCL特性的研究开展的工作比较广泛，包括其物理特性、力学特性和水力特性，也取得了一些有意义的研究成果，对改进产品性能提供了依据。但是由于一般的土工合成材料粘合剂固化后吸水性低，它的加入会降低膨润土的渗透性能，且粘合结构的形成还可使膨润土之间因为被隔离而失去其原有的特性，另外，粘合剂与膨润土的遇水膨胀倍数存在较大差异，从而致使土工材料遇水膨胀时易发生开裂，抗水解性能差，影响防水材料的整体防渗性能。 本作品制备了一种新型聚丙烯酰胺改性膨润土防渗材料。聚丙烯酰胺可起到两方面的作用，一是对其进行聚合物改性，非离子型聚丙烯酰胺改性膨润土，利用聚丙烯酰胺支链上的官能团及其絮凝作用可对垃圾渗滤液中不同类型污染物的具有吸附能力，加之聚丙烯酰胺在水处理方面得絮凝特性，除提高膨润土对阴、阳离子污染物去除的有效性，还可以减少二次污染。二是聚丙烯酰胺可对膨润土进行有效的粘结和包裹，由于两者吸水膨胀系数相当，使防渗材料在吸水膨胀后不开裂，不分散，具有很好的稳定性和机械性能，抗渗性能。
