疏浚底泥的回收利用再研究

(整期优先)网络出版时间:2025-01-24
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疏浚底泥的回收利用再研究

靳天征、韩霜、马志强、王博、于永程、王铭稷、张璐

摘要:疏浚底泥,是疏浚工程的必要产物。底泥是河流污染的内源因素之一,含有多种污染物,如重金属、有机物和病原微生物。挖掘出的底泥堆积在岸边,既浪费宝贵的土地资源,又对周围的土壤以及地下水造成二次污染。本文通过研究聚AA、聚AA-FA等多种聚合物来处理疏浚底泥,使其绿色化。

关键词:疏浚底泥;聚AA-FA;绿色

前言:在城市蓬勃发展的进程中,水域生态面临严峻挑战。大量生活垃圾与废水排入河流,致使河流底泥污染严重,形成富含污染物的疏浚底泥。这些底泥若随意处置,会引发二次污染,对生态环境造成极大破坏。当下,疏浚底泥的治理已成为生态环境治理的瓶颈。在此背景下,深入开展疏浚底泥的回收利用再研究至关重要。通过探寻创新方法,有望为其找到资源化出路,实现环境改善与资源合理利用的双赢,这对推动生态可持续发展意义深远。

1 主要试剂简介

1.1疏浚底泥

疏浚底泥成分较复杂,含有大量有机污染物、重金属等、微生物,若随便弃置,会二次污染环境,所以污染底泥处置尤为关键。目前,对污染底泥的有效治理成为了了生态环境治理的一个瓶颈,因此发现新方法、找到新突破,是这一领域关注的重点。从资源化利用角度处理疏浚底泥,可为大规模的疏浚底泥找到合适的出路,使来自自然的污染物回归自然,既能改善自然环境,还可很好解决土地资源紧张的问题。

疏浚底泥中的有机物成分多样。腐殖质由动植物残体经微生物分解转化而来,结构复杂、含多种官能团,能与重金属络合,影响污染物迁移转化 。脂肪和油脂源于生活、工业废水及生物残体分解,虽含量少,却可能引发水体富营养化。重金属方面,汞毒性强,可在生物体内累积,损害人体神经、免疫系统,主要源于工业废水、含汞农药。镉毒性也高,易被植物吸收并在食物链富集,危害人体肾脏、骨骼,多来自电镀、采矿、冶炼等工业活动。微生物中,藻类常存于疏浚底泥表面或水与底泥交界处。藻类生长与水体营养状况相关,适宜条件下会繁殖,一旦过度繁殖,就可能造成水体富营养化,破坏水域生态平衡。

1.2丙烯酸

丙烯酸,又称败脂酸乙酯,可由丙烯酸酯与乙醇在一定条件下酯化合成。它是最简单的不饱和羧酸,由乙烯基和羧基组成。常温常压下,纯丙烯酸为无色透明液体,有独特刺激性气味,能与水、酒精、乙醚、氯仿互溶。丙烯酸性质独特,在工业上是重要的有机合成原料与合成树脂单体,常通过乙烯基单体高速聚合来应用。其制备原料为丙烯,大部分被用于合成丙烯酸酯、乙基丁基、羟乙基等物质 。

丙烯酸化学性质活泼,酸性比醋酸略强,能与碱中和生成丙烯酸盐,比如和氢氧化钠反应生成丙烯酸钠。因其分子含碳碳双键,具备烯烃典型反应性质,可发生加成、聚合反应。当聚丙烯酸酯及其酯类,或与丙烯腈、含烯基类、苯乙烯、丁二烯等单体聚合或共聚时,能生产塑料、涂料、粘合剂、弹性体、地板抛光剂、涂层等产品。另外,丙烯酸在空气中易被氧化,尤其在加热或有引发剂时,氧化反应更易发生。而且它具有腐蚀性,不适合在生活中使用。

1.3过硫酸铵

过硫酸铵,别称(过二硫酸铵、过氧二硫酸氨),(NH4)2S208是过硫酸铵的化学式,分子量为228.2,熔点在120℃,常温下是白色粉末状,无气味。干燥纯品能稳定数月,受潮时逐渐分解放出含臭氧的氧,解热则分解出氧气而成为焦硫酸铵。过硫酸铵易和水相溶,溶水后的H值呈现为酸性小于7,在常温常压下,其水溶液会持续分解。

1.4富马酸

富马酸,学名(反丁烯二酸),化学式为C4H4O4,分子量为116.07,外观是白色粉末或无色晶体,熔点是287℃。微溶于冷水,易溶于热水,可溶于乙醇、丙酮等有机溶剂。常温常压下稳定,加热或与某些特定试剂反应时,会发生羧基的酯化、加成等反应。有一定酸性,酸性弱于顺丁烯二酸,强于乙酸,能与碱发生中和反应生成盐。

2聚AA-FA改性疏浚底泥的制备

2.1聚AA-FA的制备

以丙烯酸,富马酸为原料、过硫酸铵为引发剂制备聚AA-FA,以磷酸氢二钠中和制得聚AA-FA磷酸盐。聚AA-FA改性疏浚底泥对于金属离子有较强的脱除能力。首先热解松浦支渠疏浚底泥,然后以丙烯酸、富马酸为原料、过硫酸铵为引发剂、异丙醇为链转移剂制备聚AA-FA,以磷酸氢二钠中和制得聚AA- FA磷酸盐。

2.2对疏浚底泥进行热解处理

称取一定质量的疏浚底泥,使用蒸馏水对其进行多次清洗,并进行浸泡。4 h 后采用倾析法弃去溶 液中的上层清液,然后采用减压过滤将得到下层疏 浚底泥置入电热鼓风干燥箱中,在105℃进行烘2h,冷却后采用自主发明的化学实验用研磨装置进行研磨后,将疏浚底泥置入箱式电阻炉中以5℃·min-1 的速度加热至450 ℃后,对其继续焙烧共120 min 使其碳化,冷却后过筛取100目(0.150 mm)的热解底泥备用。

2.3聚AA-FA对疏浚底泥的改性

通过聚 AA - FA磷酸盐对热解的疏浚底泥改性,制得聚 AA - FA 改性松浦支渠疏浚底泥。其中,- OH 和- COOH基团的振动或许与吸附重金属离子相关。未改性的疏浚底泥孔隙间距大、晶体表面光滑,而经改性和焙烧后,改性底泥表面失水,晶体结构被破坏,表面粗糙度和比表面积增大,利于去除空隙杂质,增强对重金属离子的吸附能力。经性能检测,聚 AA - FA 改性松浦支渠疏浚底泥对 Ni²⁺、Pb²⁺、Cr³⁺等金属离子有较强脱除能力。

结束语:

总之,底泥中的有机质、水成矿化物和粘土矿物是主要吸附组分,吸附方式有表面、离子交换和专属吸附。经焙烧的疏浚底泥本身有吸附性。课题中的多种聚合物含 - COOH 基团,能与水中重金属离子强螯合,形成稳定螯合环。如 HPAAS,羧基二价氧被肟基取代形成羧酸衍生物,对金属离子有高效选择性,聚合物改性的疏浚底泥对金属离子有作用 。该物质优势显著,能高效捕集细颗粒,形成稳固、抗离解力强的絮团。其组成和分子质量常满足特殊应用,在离子分离时兼具架桥与选择吸附作用,且添加量少、处理能力强、价格低廉。从资源化利用角度处理疏浚底泥意义重大,这能为其找到合理归宿,让自然污染物回归自然,既改善环境,又能有效缓解土地资源紧张的状况,实现生态与资源利用的双赢。

参考文献

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此论文基于 2024 年黑龙江省大学生创新创业训练计划项目研究,所在学校:哈尔滨石油学院,项目名称:绿源卫士——疏浚底泥的回收利用再研究,项目编号:S202413299059。项目成员:靳天征、王博、于永程、王铭稷、张璐。指导教师:韩霜、马志强。