一种净水节水多功能材料的制备与使用方法与流程

本发明涉及一种净水节水多功能材料的制备与使用方法，属于多孔净水功能材料技术领域。

背景技术：

水源蓄水采用池塘、水库等是常用的方式，但由于表面面积大，蒸发量大，大大降低了水的有效利用率，尤其是水库等大型蓄水池能否使干旱区有限的水资源产生最大效益，一直是各国学者关注的问题。国内外学者和工程技术人员在田间灌溉、输水、工业及生活用水的节水方面已做了大量的研究工作。水库防蒸发问题受到越来越多的国内外专家学者的重视，先后提出采用单分子薄膜、醇化学方法和蒲草、藤本植物等物理方法抑制水面蒸发(waterresearch，2011，47-7)。蒲草平均抑制率为14.2％，而单分子膜和醇等有机物带来不稳定的因素。严新军等(新疆农业科学，2004,41:228-232)采用苯板覆盖水库，研究了苯板覆盖后水面的稳定性问题。但苯板的化学稳定性也存在类似的问题。张永山等(张永山，侍克斌，严新军，节水灌溉·2014年第5期)针对内陆干旱区平原水库无效蒸发严重这一特点，提出用塑料空心板覆盖部分库区水面的方法，以减少无效蒸发，提高水库的有效利用率。根据统计学原理，统计完整周期内不同气象条件下塑料空心板的有效覆盖面，由水面蒸发原理推算其有效防蒸发量，试验充分运用统计学与水面蒸发原理，将试验得出的年总防蒸发量与水库气象站历年年蒸发量资料进行对比，结果表明：塑料空心板防蒸发率达87-88％，防蒸发效果非常明显，能够高效利用平原水库水面的无效蒸发，提高水库水资源利用率。

美国的“鸟球(板)”塑料空心球(板)用于覆盖在池塘、水箱、污水池等水流域，漂浮着的黑色海洋球(板)，放出这些黑色塑料球(板)的目的是保护水不受灰尘、雨滴、化学药品以及野生动物的污染，同时也减少了水库的年蒸发水量——可达3亿加仑(1135623立方米)之多。

但是这种塑料球(板)对水质的净化如氨氮、有机物等没有效果。郗梓添研究了针对水质cod含量偏高等问题，提出了生态浮床方法，生态浮床控制性物理特性主要包括水温、流速、水深、底质条件、含氧量、光照等，而生态浮床设计需尽可能模拟水生植物的生境条件。综合考虑污染区域的生境特征，以及水生植物选用特点，确定生态浮床的生境控制标准如下：

浮床平均淹没高度约0.3～0.5m。飘浮式浮床的淹没高度相对固定，根据浮子设计情况可控制位0.5m左右，卵石层表面的高程随水位变动而改变。确定生态浮床的流速范围为0.5～2.0m/s。生态浮床水温为15～25℃；生态浮床基质材料为卵石、砂砾、水草等混合底质，其中卵石直径d50＝20mm。

可见这种生态悬浮床比较复杂，没有考虑本身的稳定性，尤其对于过深水库利用绳索固定适用性差，同时也收到气候的影响，对防蒸发节水效果没有考证，但需要生态床植物本身需要水分消耗。而苯板和普通的同心球(板)没有考虑表面的改性对水分子的亲和性方面的影响，因为在晃动时表面沾水，在有风的情况下水分蒸发量更大。同时不具有吸附净化种技术等生物作用无法净化的问题。

本发明针对此问题，克服了以上的确定，提出利用疏水性的空球(板)球(板)在上层固定与下层的多孔材料，多孔材料的比重大于疏水空心球(板)，使得空球(板)球(板)漂浮比较稳定，不产生较大的晃动；同时疏水界面与塑料空心球(板)相比稳定并可以减少水滴润湿较少蒸发量；而无机多孔材料不仅具有很好的污染物吸附作用，又可以借助多孔材料与空气求的温差效应的形成催化作用；尤其吸附一些铁、锰离子后增加对有机物的净化作用，从而具有多功能净化功能的反应器。空心球(板)的制备可以采用热塑吹或采用无机物为模版，其中塑料热吹制备可以从市场选购，对于选用的高分子聚合物空心半球(板)，表面进行疏水改性，疏水改性发法利用有机硅浸渍后紫外光固化；而模版法采用铁、铝元素的无机物为模版；采用高分子聚合制备，在利用留有通道管加入腐蚀剂。该管式通道不仅可以加入腐蚀剂(酸碱或螯合剂)的通道，同时可以作为固定无机多空填料的固定桩或固定绑带的作用。加入腐蚀剂溶解后的无机物可以作为无机多孔材料的部分原料，不会产生二次污染。利用氧化铁和二氧化钛等氧化物烧结成多孔材料，切成方形或圆形的形状，利用空心半球(板)的自带绑带固定；无机多孔材料的大小与空心半球(板)的比例通过试验确定，使得空心球(板)的表面积漂浮在水面且面积最大。空心半球(板)的大小和多孔材料的大小直径为5-50cm，视使用量而定，也可以早100cm以上，空心球(板)的形状也可以做成方形或其他形状，但以小球(板)形或圆形为好，因为表面积最大，且不宜被其他外来物品覆盖。使用过程中将绑定后的空心球(板)和多孔材料放入水体表面，覆盖在水面的表面度以作用目的为准，如果以节水为主，覆盖度应该50％以上。如果以净化水体的有机物、氨氮和新兴环境激素等污染物不收面积的限制，与简单的苯板、鸟球(板)遮挡物相比不仅具有防蒸发作用，且具有净化功能，而上述生态悬浮床相比不仅有生物作用而且增加了化学和吸附作用，同时增加了防蒸发作用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种净水节水多功能材料的制备与使用方法，本发明涉及的多功能材料不仅在夏季和春秋季节可以减少水分的蒸发量和净化水体以及防止藻类生长和异味的释放，且在冬季对水体的氨氮等污染物的净化也具有好的效果。

本发明的技术方案：

一种净水节水多功能材料的制备方法，以铁、铝元素的无机物为模版，采用模板法制备高分子聚合物，制备空心半球(板)；利用氧化铁和二氧化钛等氧化物烧结成多孔材料，切成方形或圆形的形状，利用空心半球(板)的自带绑带固定；步骤如下：

1)配置1-10m的硫酸铁溶液，用0.1-10m的氢氧化钠调节ph到3-11，得到羟基铁悬浊液；

2)过滤步骤1)得到的羟基铁悬浊液，滤饼在100℃条件下干燥得到羟基铁模板；

3)配置0.1-5m丙烯酸，加热到30-90℃，得到溶液a；

4)向步骤3)得到的溶液a中加入与溶液a质量比为0.1-30％的步骤2)得到的羟基铁模板，搅拌均匀，得到溶液b；

5)向步骤4)得到的溶液b中加入引发剂过硫酸钾和交联剂n-n亚甲基吡咯烷酮，加热到60-90℃，在300-3000rmp条件搅拌30-150min，得到多孔高分子聚合物胶体；其中，引发剂过硫酸钾和交联剂n-n亚甲基吡咯烷酮在体系中的浓度均为0.01-0.05m；

6)按照摩尔比为1：0.01-1将铁盐和钛盐混合，向混盐中添加多孔高分子聚合物胶体，搅拌均匀，得到改性多孔高分子聚合物胶体；其中，混盐/多孔高分子聚合物胶体的固液比为0.01-0.5/1；

7)向步骤6)得到的改性多孔高分子聚合物胶体中分别加入硅胶、碳酸氢钠和碳酸镁，在300-3000rmp条件搅拌30-150min，得到多孔高分子聚合物胶体，作为净水节水多功能材料；其中，硅胶、碳酸氢钠和碳酸镁的质量百分比浓度均为0.01-0.5％；

8)将步骤7)得到的多孔高分子聚合物胶体放入固定模具中自然冷却得到空心半球/板，加入质量比为0.01-0.5％的腐蚀剂造孔，作为固定无机多孔填料的固定桩或固定绑带。

所述的腐蚀剂为酸碱或螯合剂。

一种净水节水多功能材料的使用方法，步骤如下：

将空心半球/板和净水节水多功能材料用绳子或渔网固定在一起，将绑定后的空心半球/板和净水节水多功能材料覆盖水体表面；

以作用目的为准，确定净水节水多功能材料在水面的覆盖度，如果以节水为主，覆盖度应该70％以上，进行10-30天的试验。

本发明的有益效果：本发明研究得到多功能净化反应器，与简单的苯板、鸟球/板遮挡物相比不仅具有防蒸发作用，且具有净化功能，而上述生态悬浮床相比不仅有生物作用而且增加了化学和吸附作用，同时增加了防蒸发作用。

附图说明

图1a为200℃条件下的铁基枝状材料扫描电镜照片(100nm)。

图1b为500℃煅烧得到片层多孔钛基材料扫描电镜照片(300nm)。

图1c为120℃煅烧得到铬阻控多孔材料扫描电镜照片(100nm)。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例1

1)配置硫0.5m的硫酸铁溶液，用氢氧化钠调节ph到11得到羟基铁悬浊液。

2)过滤步骤1)得到的羟基铁悬浊液得到羟基铁模板。

3)配置0.5m丙烯酸1l，加热到60摄氏度。

4)向步骤3)得到的溶液中加入10g步骤2)得到的羟基铁模板，搅拌均匀

5)向步骤4)得到的溶液中加入引发剂过硫酸钾0.1g和交联剂n-n亚甲基吡咯烷酮，加热到90摄氏度，搅拌30min得到多孔高分子聚合物胶体。

6)在步骤5)得到的多孔高分子聚合物胶体，加入0.1％的腐蚀剂(酸碱或螯合剂)刻蚀得到孔道，可以作为固定无机多空填料的固定桩或固定绑带的作用。

7)将步骤6)得到的多孔高分子聚合物胶体放入固定模具中自然冷却得到空心半球(板)。

8)选择长10米、宽6米，水位为6米的蓄水池进行试验，

9)将空心半球(板)或多孔材料的裁剪成直径为5-100cm或更大的直径，空心球(板)的形状也可以做成方形或其他形状，但以小球(板)形或圆形为好，因为表面积最大，且不宜被其他外来物品覆盖。

10)将步骤2)准备好的空心球(板)和多孔材料用绳子或渔网固定在一起，将绑定后的空心球(板)和多孔材料放入水体表面，

步骤3)得到的材料在水面的表面度以作用目的为准，如果以节水为主，覆盖度应该70％以上。进行10-30天的试验。

步骤6)中实验结果如下表：

结果显示，对铁、锰离子和氨氮、有机物等具有良好的取出作用，在温度20℃以上测试在误差范围内同时水位基本不变。起到了净水和节水的效果。