用于油污染水体修复的生态浮床的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于油污染水体修复的生态浮床，属于光催化复合材料技术领域。
【背景技术】
[0002]半导体材料为基础的光催化剂，作为一种绿色经济的技术，其在有机污染物降解中的应用潜力引起了环境治理与修复领域的广泛关注。然而，半导体光催化材料的大规模使用往往受到两个方面的限制。首先，较宽的带隙抑制了光催化剂对太阳光的吸收和利用；其次，对污染物进行降解后的光催化剂分散于处理后的溶液中，难于分离和回收。所以，材料的高效性、稳定性、成本、和对光的使用效率成为选择半导体光催化材料的重要标准。
[0003]2009年，科学家发现了不含金属组分的共轭聚合物石墨相氮化碳(g_C3N4)可见光光催化材料，并研究了石墨相氮化碳的能带结构，发现g_C3N4具有典型的半导体能带结构，带隙约为2.7eV，比表面积为10m2/g，在λ >387nm可见光诱导下，能发生催化氧化还原反应。与传统半导体材料相比，氮化碳具有优良的耐磨性，化学稳定性和热稳定性，且制备方法简单。由于其本身的有机特点，g_C3N4的电子带隙结构可发生改变，所以对其进行修饰或改性也易于实现。
[0004]氮化碳聚合物作为光催化剂还存在一些问题，比如表面积小、产生光生载流子的激子结合能高、量子效率低和禁带宽度偏大(λ <460nm)而不能有效利用太阳光等。较为常见的提高g-C3N4光催化活性的方法为，对g-C 3N4进行贵金属(如Au、Ag、Pt等)或其他半导体材料的修饰。但由于g_C3N4为基础的材料在溶液中高度分散，催化剂可回收性和重复利用性差，传统的分离技术导致催化材料的大量损失，从而限制了此类光催化材料在实际中的广泛应用。
[0005]磁性光催化剂，作为一种较为新兴的光催化材料，提供了一种利用外加磁场将光催化剂进行分离回收的高效方法。这类材料往往由磁性材料和光催化材料合成，因此，对可见光催化材料和低成本的磁性材料的选择成为制备磁性光催化剂的重要研究方向。在众多磁性材料(如 Fe304，γ _Fe203和 MFe 204，此处 Μ 为 Ba+2，Ni+2，Mg+2，Co+2，Mn+2，和 Zn+2)中，Fe304由于其价格低廉、无毒害、磁性强被广泛用于制备磁性光催化剂。与其他金属氧化物的半导体特点不同，Fe304的导电性可达1.9X 10 6s/m，具有较高的导电性和相称的能带结构。使用磁性的Fe304纳米粒子对g-C 3N4进行修饰可得到可见光光催化效率较高的用于油污染水体修复的生态浮床。
【发明内容】
[0006]目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于油污染水体修复的生态浮床，采用的制备方法简单易行，可重复性强，且无需模板和后续处理，适用于大规模生产。
[0007]技术方案:为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为: 一种用于油污染水体修复的生态浮床，其特征在于:包括主体框架、PVC套管接头、无纺布、底层填充料、上层填充料、上层填充料上栽种的农作植物；
主体框架是由多根套管支架组装而成，主体框架的套管支架接头处用配套PVC套管接头衔接，并用硅胶封口 ；
所述套管支架为空心泡沫结构，是通过醇解法回收利用废弃聚氨酯泡沫塑料负载改性T i 02光催化材料制作而成，
主体框架底部用无纺布包裹，无纺布和主体框架缠绕处用尼龙绳扎紧；
主体框架通过套管支架分隔成多个单元，在每个单元内分两层均匀铺设一定量的底层填充料和上层填充料，农作植物栽种在上层填充料上。
[0008]所述的用于油污染水体修复的生态浮床，其特征在于:套管支架的制备过程如下:
步骤(1)利用废弃聚氨酯泡沫塑料制备聚醚多元醇:取废弃聚氨酯泡沫塑料，在以小分子的烷基二元醇为主要的醇解剂作用下，控制反应温度在150-250°c条件下，反应1-5个小时，制得聚醚多元醇；
步骤(2)制备渗入N的Ti02粒子:
首先，制作Ti02干凝胶:将5-50mL钛酸四丁酯在剧烈搅拌下加入到2_20mL的无水乙醇中，搅拌30min，再滴加l-5mL浓硝酸、2_10mL 二次蒸馏水和40_150mL无水乙醇的混合溶液，继续搅拌直至得到透明溶胶，然后将溶胶在110°C干燥6h，得Ti02干凝胶；
其次，以尿素为氮源将N元素渗入1102中:首先将尿素与1102干凝胶按一定的质量比(2: 1,3: 1,4: 1)混合研磨，然后将其加入到适量的水中进行超声分散，将所得混合液放入内衬聚四氟乙烯的高压釜中，在240°C反应10h，反应产物经110°C干燥后，在200°C焙烧6h，即可得到渗入N的Ti02粒子；
步骤(3)套管支架的制备:取5-18g制得的渗入N的Ti02粒子，与50g-180g 二苯甲基丙烷二异氰酸酯混合搅拌，在40°C下水浴加热为A液；将50-120g 二氯甲烷与250-600g聚醚多元醇混合，用60°C水浴加热并不断搅拌为B液；预制模具在50°C下预热；将々液和B液在模具中迅速混合并快速搅拌30-40s，使其自然发泡，并于室温下静置冷却24-30h，即得的套管支架。
[0009]步骤(2)中，尿素与Ti02干凝胶的质量比为2: 1-4: 1。
[0010]步骤(3)中，渗入N的Ti02粒子与二苯甲基丙烷二异氰酸酯的混合质量比为1:10。
[0011]所述的用于油污染水体修复的生态浮床，其特征在于:所述底层填充料为湿法改性粉煤灰，灰铺设厚度为l-2cm。
[0012]所述的用于油污染水体修复的生态浮床，其特征在于:上层填充料是将普通粉煤灰与粪便、泥土按质量比3:1:2均匀混合后铺设，铺设厚度为3-6cm。
[0013]所述的用于油污染水体修复的生态浮床，其特征在于:所述湿法改性粉煤灰的制备方法如下:将NaOH粉末和粉煤灰质量比1:25混合与水中，250°C条件下，焙烧2_3h，即得。
[0014]作为优选方案，所述的用于油污染水体修复的生态浮床，其特征在于:上层填充料上农作植物间的间距为3-6cm。
[0015]有益效果:本发明提供的用于油污染水体修复的生态浮床，该装置能强化浮床对油污染水体的吸附降解性能，它是回收利用废弃的聚氨酯泡沫塑料负载改性打02来制作浮床的主体框架，用工厂剩余的无纺布边角料作为浮床的底部包裹层，用发电厂燃煤发电过程中产生的粉煤灰作为浮床的底层填充料。其中用碱性条件下改性的粉煤灰铺设在浮床底层，用普通粉煤灰掺入一定量的粪便和土进行混合后铺设在浮床上层，作为水稻苗生长的营养土。当聚氨酯负载改性1102时，具有很强的吸附性能，且改性的Ti02具有良好的可见光活性，可降解几乎所有的有机污染物，是一种节能高效的水处理净化技术；浮床上的水稻苗不仅能充分吸收水体中富余的氮、磷等以促进自身的生长，且根须部位也能促进浮床底部微生物的生长，强化浮床的净水效果；此外，改性粉煤灰、无纺布均具有很强的吸附性；本浮床综合了三种技术的优点，强化了本浮床对油污染物的吸附降解性能及净化效果。具有如下优点:
(1)本发明综合充分利用了聚氨酯生产过程中产生的废弃边角料、发电厂燃煤发电过程中产生的粉煤灰、以及废弃的无纺布边角料，达到了“以废治废”的效果；
(2)本发明采用框架结构，是在充分考虑水体动力学、以及浮床吸附效果的同时，设计而成，具有很强的悬浮性和吸附效果；
(3)本发明采用的聚氨酯材料、改性粉煤灰、无纺布均具有很强的吸附性能，能充分强化本生态浮床的吸附性能，足以很好地吸附水体中的油污染物，吸附率较一般吸附剂，如活性炭等，增强了近72%，吸附效率增加了约75%。
[0016](4)本发明中，渗入N的1102具有良好的光催化活性，能充分利用太阳光促进水中有机污染物的分解，而且湿化法改性后的粉煤灰还具有很强的脱色性效果，本发明的生态浮床在强化了吸附性能的同时，结合了 Ti02和改性粉煤灰这两种材料在水处理过程中的技术优点，增强了本发明生态浮床的综合水处理性能。
[0017](5)本发明生态浮床上种植的植物，与以往浮床种植水生植物、景观作物相比有所不同，本发明充分利用粉煤灰混合粪便、泥土后有利于水稻生长的特点，在本发明生态浮床上栽种一定量的水稻秧苗，一方面秧苗的根须能吸收水体中富余的N、P等，另一方面更能为水边的水鸟以及其他一些水生动物提供食物等优点。
[0018](6)本发明生态浮床结构简单，布置灵活，使用方便，且不会对水环境造成二次污染等优点。
【附图说明】
[0019]图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为图1的横向剖面图；
图3为本发明的俯视图；
图4为本发明中使用的聚氨酯负载渗入N的1102的SEM图；
图5为实施例2中剩余柴油量随吸附时间变化曲线图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
[0021]实施案例1
一种基于废弃料制备的用于油污染水体修复的生态浮床，包括:主体框架1、PVC套管接头2、无纺布3、底层填充料4、上层填充料5、上层填充料上栽种的农作植物6。
[0022]主体框架是用6根长为0.9m的套管支架，2根长为0.3m的套管支架，4个DN15直角两