一种用于重污染城市河道水质净化的纳米多孔砖及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于环保材料领域，具体地说，涉及城市河道的治理技术，更具体地说，涉 及一种用于重污染城市河道水质净化的纳米多孔砖及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 城市河道作为城市系统的绿色生命线，能有效减弱城市"热岛效应"和污染影响， 具有提供绿地、保护环境和开展旅游娱乐、文化教育等生态功能，对高品位生态城市的建设 有重要的意义。然而，近年来随着人口增长和社会经济飞速发展，水的需求量急剧增加，而 水环境污染也日益严重，生态需水量难以保证，再加上工业生产和居民生活的影响，使得城 市内河水系逐渐萎缩、内湖富营养化不断加重、城市水生态系统严重退化，因此，受污染城 市河道水体的治理显得非常必要。
[0003] 目前针对重污染城市河道进行水质净化的方法主要有河道清淤、机械打捞、人工 曝气以及生物修复法（生态浮床、人工湿地和微生物修复）。然而，对于重污染型河道由于 长期持续污染导致河道污染物浓度高，水环境质量差，生态系统严重破坏，常规的物理方法 很难降低重污染河道中污染物浓度，仅能起到治表而非之本的作用。生物的方法虽然可以 起到改善水质和生态环境的作用，但是在高污染浓度、低溶解氧和低透明度的水体很难直 接进行生物修复，严重影响了生物修复技术的效果同时增加了技术成本。粘土吸附法主要 通过离子交换、电性吸附以及反应沉淀等方式去除污染水体中污染物质，选择合适的吸附 材料，不仅可以有效去除重污染水体的污染物质，同时可以避免二次污染的问题。
[0004] 在公开的中国专利文献中已有关于采用粘土吸附法用于河道水质净化处理的技 术信息，例如，中国发明专利申请公布号为CN 102371145 A，申请日为2010年8月18日 的专利申请文件公开了一种复合高效蓝藻-富营养化水处理剂，该水处理剂用凹凸棒石粘 土、膨润土和天然沸石经活化改性等高科技、深加工，与有机试剂助剂科学复配，集多种矿 物和有机助剂的特殊性能制成的，主要应用于湖泊、水库、河流、景观水等蓝藻爆发应急处 理和富营养化长效治理，是生态修复和资源化的创新方法，该发明虽然具有较高的水处理 效果，但是制作流程比较复杂，制备成本较高，且不易回收利用，会造成二次污染，因此难以 推广应用，且该发明主要是利用粘土及有机试剂复配材料的絮凝作用，对蓝藻进行絮凝，若 制成砖，无法发挥作用。又如，中国发明专利申请公布号为CN 103787645 A，申请日为2014 年1月23日的专利申请文件公开了一种基于吸附材料制备的生态混凝土及用于水质净化 的方法，该发明的生态混凝土由骨料、固体添加剂和液体添加剂组成，利用上述生态混凝土 进行水质净化的方法，是将吸附材料、吸附分子和粘土混合后装入布袋铺设为底层，在布袋 上铺设生态混凝土，在生态混凝土上铺设混有吸附材料的种植土并在种植土上种植有植 物。该发明虽然具有复合的吸附效果和植物净化效果，但是生态混凝土时间久了会发生板 结等问题，一方面影响其吸附效果，另一方面板结后的硬质土不适合植物的生长。
【发明内容】
[0005] 1.要解决的问题
[0006] 针对现有河道水质净化方法存在成本高、有二次污染、处理效果差等问题，本发明 提供一种用于重污染城市河道水质净化的纳米多孔砖及其制备方法和应用。本发明提供的 纳米多孔砖能够高效净化高浓度污染物水体，使用简单方便，成本低廉。纳米多孔砖的纳米 多孔主要通过采用具有天然纳米结构的斜发沸石和凹凸棒石经过处理得到，在热处理条件 下，纳米孔道结构中的水分和杂质成分消失，从而使微孔纳米孔道打开得到纳米多孔结构， 使其比表面积增加，且增加了吸附能力。此外，本发明的多孔纳米砖因吸附了河道或湖泊中 的营养物质，可以作为水生植物修复技术中水生植被的优良载体，同时多孔纳米砖的纳米 孔隙可以提高水体中的溶解氧，改善水质环境，促进水生植被的健康生长，强化水质净化能 力。
[0007] 2.技术方案
[0008] 为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
[0009] 一种用于重污染城市河道水质净化的纳米多孔砖，包括砖体和孔，所述的砖体为 长方体，所述的孔为通孔结构，位于砖体上，孔的孔壁上具有密集的纳米孔隙。
[0010] 优选地，所述的砖体的材料为粒径10-15 μπι的复合颗粒，所述的复合颗粒由 钙型凹凸棒粘土、钙型斜发沸石和红壤混合制成；其中，钙型凹凸棒粘土的质量分数为 30-40%，钙型斜发沸石的质量分数为40% -50%，其余成分为红壤。
[0011] 优选地，所述的砖体的其中一个端面为正方形，边长为10-20cm。
[0012] 优选地，所述的孔为圆孔，孔个数为9个或16个，且孔直径为I. 5-2cm。
[0013] 上述的一种用于重污染城市河道水质净化的纳米多孔砖的制备方法，其步骤为：
[0014] (a)按比例称取钙型凹凸棒粘土、钙型斜发沸石和红壤粉碎后放入搅拌器内，充分 搅拌均匀，得到复合原料，其中，钙型凹凸棒粘土的质量分数为30-40%，钙型斜发沸石的质 量分数为40 % -50 %，其余成分为红壤；
[0015] (b)将步骤（a)中得到的复合原料进行造粒得到复合颗粒；
[0016] (c)将步骤（b)中得到的复合颗粒与水混合搅拌后再经过模具挤出成型，得到湿 坯体；
[0017] ⑷将步骤（c)中得到的湿坯体进行切割，得到湿砖体；
[0018] (e)将步骤（d)中得到的湿砖体进行干燥和焙烧，焙烧结束后自然冷却至室温得 到纳米多孔砖。
[0019] 优选地，所述步骤（a)中的钙型凹凸棒粘土中的凹凸棒的质量分数为45-60%， 钙质成分CaO的质量分数为15-25%，其余为硅氧化物、铝氧化物和镁氧化物，质量分数为 15% -40% ;钙型斜发沸石中的斜发沸石的质量分数为50-60%，钙质成分CaO的质量分数 15-20%，其余为硅氧化物、铝氧化物和镁氧化物，质量分数为20% -35% ;红壤中的黏土的 质量分数为80%以上。
[0020] 优选地，所述步骤（b)中造粒的条件为将步骤（a)粉碎后的复合原料先过15 μπι 的筛网，保留小于粒径15 μm的复合原料，再过10 μm的筛网，保留粒径大于10 μm的复合 原料，最终得到的复合颗粒的粒径为10-15 μ m。
[0021] 优选地，所述步骤（c)中的模具的纵截面形状为正方形，且正方形的边长为 10-20cm，模具上设有圆孔，圆孔个数为9个或16个，且孔直径为I. 5-2cm ;步骤（d)中湿砖 体的长度为l〇-15cm。
[0022] 优选地，所述步骤（e)中干燥温度为105°C，焙烧温度为400-550°C，焙烧时间为 1-2h〇
[0023] 上述的一种用于重污染城市河道水质净化的纳米多孔砖在污染型的河道水质净 化中的应用。
[0024] 3.有益效果
[0025] 相比于现有技术，本发明的有益效果为：
[0026] (1)本发明的纳米多孔砖具有高效的吸附能力，可有效降低污染水体中的总氮 (TN)、总磷（TP)、铵态氮（NH/-N)和化学需要量（COD);
[0027] (2)本发明的纳米多孔砖由于具有纳米孔结构，能够附着大量的纳米气泡，提高周 围环境的溶解氧浓度（DO);
[0028] (3)本发明的纳米多孔砖由于具有大量的微孔结构，具有较大的比表面积，可以为 微生物的生长、活动和繁殖提供空间和场所；
[0029] (4)本