本發(fā)明涉及地下水防滲及環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有修復(fù)與垂直阻隔功能的柔性屏障及其制備與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，致使環(huán)境污染也日趨嚴重。一些化工、礦山企業(yè)的堆場、堆浸場、尾礦庫等缺乏有效的防滲措施，導(dǎo)致工業(yè)廢物(液)、化工產(chǎn)品、礦渣等對土壤及地下水體造成了污染，嚴重危害了人們賴以生存的環(huán)境。

基于納米零價鐵填充的滲透反應(yīng)墻技術(shù)已經(jīng)廣泛用于含有重金屬、石油烴、硝基芳香化合物的地下水修復(fù)處理。滲透反應(yīng)墻修復(fù)技術(shù)具有操作簡單，布置靈活，運行費用低，環(huán)境副作用小的優(yōu)點，是一種具有吸引力的地下水修復(fù)技術(shù)。但是大量的試驗表明：由于納米零價鐵的特殊結(jié)構(gòu)使其表面易被氧化及容易發(fā)生團聚，使其反應(yīng)活性降低。其次，長期的地下水沖刷作用也會導(dǎo)致零價鐵的流失，使其難以達到理想的修復(fù)效果。因此，基于滲透反應(yīng)墻技術(shù)難易有效實現(xiàn)對污染物的垂直阻隔。

垂直防滲可以有效實現(xiàn)對污染物的垂直阻隔，控制污染物的水平遷移與擴散。中國專利CN104499510A與CN104805871A公開了復(fù)合型垂直防滲屏障，采用HDPE土工膜為主體防滲材料，通過垂直開槽工藝對污染場地鋪設(shè)垂直防滲屏障以實現(xiàn)對污染物的垂直阻隔。該垂直防滲屏障具有防滲效果好、適應(yīng)性廣等優(yōu)點，其滲透系數(shù)k≤1.0×10^-7cm/s。但是，該垂直防滲屏障只是以物理的方式將污染物垂直阻隔于污染場地，并不能實現(xiàn)對污染物的修復(fù)降解。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題是現(xiàn)有滲透反應(yīng)墻不具備有效垂直阻隔功能，垂直阻隔墻無法實現(xiàn)修復(fù)功能。

本發(fā)明提供的一種具有修復(fù)與垂直阻隔功能的柔性屏障，包括：

修復(fù)功能部，其包括：兩層無紡?fù)凉げ家约皧A設(shè)于兩層無妨土工布之間的修復(fù)功能材料層；

垂直阻隔部，其由HDPE土工膜構(gòu)成，所述垂直阻隔部固定于所述修復(fù)功能部的其中一無紡?fù)凉げ嫉耐鈧?cè)。

優(yōu)選地，所述無紡?fù)凉げ紴榫埘バ突蚓郾┬蜔o紡?fù)凉げ嫉囊环N或其組合，所述無紡?fù)凉げ嫉目酥匾?guī)格300g/m²~600g/m²。更優(yōu)選地，所述無紡?fù)凉げ紴楦邚姶值┚郾┘徴翅槾掏凉げ肌?/p>

所述修復(fù)功能材料層的厚度為3-5cm，所述修復(fù)功能材料層含有膨潤土、凹土和納米零價鐵負載介孔材料。

優(yōu)選地，所述修復(fù)功能材料層中膨潤土、凹土和納米零價鐵負載介孔材料的質(zhì)量比為1~2:1~2:7。

納米零價鐵負載介孔材料為介孔材料Al-SBA-15對納米零價鐵進行負載得到的材料Fe⁽⁰⁾/Al-SBA-15，其中納米零價鐵的負載量為10-20wt%。

所述修復(fù)功能材料層的修復(fù)功能材料的制備方法包括如下步驟：取膨潤土、凹土和納米零價鐵負載介孔材料混合，造粒，即得。優(yōu)選地，所述修復(fù)功能材料層中膨潤土粒度為200目，凹土粒度為400目，修復(fù)功能材料的顆粒粒徑為0.5-2mm。

所述垂直阻隔部和所述修復(fù)功能部之間設(shè)有粘合層，粘合層將垂直阻隔部粘合固定于所述修復(fù)功能部的其中一無紡?fù)凉げ嫉耐鈧?cè)。

所述粘合層為橡化瀝青非固化防水涂料層。

所述垂直阻隔部為2mm~3mm厚的HDPE土工膜。

本發(fā)明還提供上述的具有修復(fù)與垂直阻隔功能的柔性屏障的制備方法，包括如下步驟：

1）修復(fù)功能材料的制備：取膨潤土、凹土和納米零價鐵負載介孔材料混合，造粒，即得；

2）修復(fù)功能部的制備：在第一層無紡?fù)凉げ忌箱佋O(shè)修復(fù)功能材料形成修復(fù)功能材料層，然后在其上方再鋪設(shè)第二層無紡?fù)凉げ?，然后利用無紡?fù)凉げ嫉睦w維通過針刺工藝使得第一層無紡?fù)凉げ己偷诙訜o紡?fù)凉げ脊潭ㄒ黄?，而第一層無紡?fù)凉げ己偷诙訜o紡?fù)凉げ贾虚g夾設(shè)修復(fù)功能材料層；

3）垂直阻隔部的固定：首先將修復(fù)功能部平鋪，然后在其一面噴涂粘結(jié)劑形成粘合層，將垂直阻隔部覆蓋在粘合層上以固定。

具體地，首先將修復(fù)功能部平鋪，然后將橡化瀝青非固化防水涂料倒入料灌中加熱，待涂料整體溫度達到可噴涂狀態(tài)時，用噴涂機將橡化瀝青非固化防水涂料均勻地噴涂在無紡布上，噴涂完后30s內(nèi)及時鋪蓋HDPE土工膜，確保修復(fù)功能部與HDPE土工膜的粘結(jié)性。

本發(fā)明還提供上述具有修復(fù)與垂直阻隔功能的柔性屏障的應(yīng)用方法，包括如下步驟:

1）開槽：沿污染場地外圍的位置垂直開槽，槽底開挖至地下不透水層，在垂直開槽的過程中采用泥漿護壁；

2）將具有修復(fù)與垂直阻隔功能的柔性屏障在所述垂直開槽的護壁泥漿中插入到所述垂直開槽中至槽底，其中修復(fù)功能部靠近受污染的一側(cè)；

3）注漿：采用泵送方式將土和膨潤土構(gòu)成塑性泥漿注入槽底，覆蓋至距所述具有修復(fù)與垂直阻隔功能的柔性屏障的底部1-2m處；

4）回填：向槽中回填砂土和粘土的其中之一或其混合物以移除護壁泥漿。

進一步優(yōu)選地，所述修復(fù)功能材料的制備方法如下：(1)、Fe⁽⁰⁾/Al-SBA-15的制備包括如下步驟：、Al-SBA-15介孔材料制備。首先取P123和聚乙二醇4000溶解到的去離子水中，在40°C的水浴中攪拌溶解均勻，然后稱取硝酸鋁加入到上述溶液中溶解均勻，保持穩(wěn)定不變，向上述溶液中加入正硅酸乙酯，在40°C的水浴中繼續(xù)攪拌48h，然后將反應(yīng)產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜，在一定溫度下水熱反應(yīng)24h，最后抽濾、洗滌、烘干，并于650°C下以2°C/min的升溫速率煅燒6h，獲得Al-SBA-15介孔材料，其中P123、聚乙二醇4000、硝酸鋁、正硅酸乙酯的質(zhì)量比為：40:20:1:40。、Fe⁽⁰⁾/Al-SBA-15制備。首先將硫酸亞鐵充分溶解到100mL乙醇水溶液，然后加入Al-SBA-15粉體于上述溶液中超聲分散5min，完成后繼續(xù)攪拌20h，然后轉(zhuǎn)移至500mL的三口燒瓶中，通入氮氣15min除去溶解氧；然后向上述溶液中加入聚乙二醇-4000，攪拌30min，用1M NaOH溶液將pH值調(diào)為6；最后，在不斷攬拌下，用分液漏斗逐滴加入(1滴/秒)50mL硼氫化鉀的水溶液，滴加完后再持續(xù)反應(yīng)40min。其中硫酸亞鐵、Al-SBA-15粉體、聚乙二醇-4000、硼氫化鉀的質(zhì)量比為4:4:1:2。反應(yīng)后，待混合物沉到瓶底離心分離沉淀物，所得的沉淀物用脫氧去離子水和脫氧無水乙醇交替洗滌3次，于70°C在真空干燥箱烘干冷卻得到Fe⁽⁰⁾/Al-SBA-15粉體。

本發(fā)明的具有修復(fù)與垂直阻隔功能的柔性屏障及制備方法具有如下積極效果：

(1)、采用介孔材料Al-SBA-15對納米零價鐵進行負載，利用介孔材料的納米孔道限制效應(yīng)避免納米零價鐵的團聚，降低納米零價鐵的表面能和表面氧化，提高反應(yīng)活性；此外通過粉體造粒，可以有效減少納米零價鐵的流失。

(2)、采用修復(fù)功能部于HDPE土工膜復(fù)合，構(gòu)建兼具修復(fù)和垂直阻隔功能的柔性屏障，可以較好的解決傳統(tǒng)垂直防滲墻不具有修復(fù)功能，滲透反應(yīng)墻不具備垂直阻隔功能的問題。

(3)、本發(fā)明具有施工簡單，防滲效果好、修復(fù)功能好等優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種具有修復(fù)與垂直阻隔功能的柔性屏障的橫截面剖面示意圖。

圖2是本發(fā)明的一種具有修復(fù)與垂直阻隔功能的柔性屏障的修復(fù)功能部橫截面剖面示意圖。

具體實施例

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限定。

結(jié)合圖1、2所示，本發(fā)明的一種具有修復(fù)與垂直阻隔功能的柔性屏障，包括：

修復(fù)功能部1，如圖1和圖2所示，其由兩層無紡?fù)凉げ?01、103夾設(shè)在兩層無紡?fù)凉げ贾g的修復(fù)功能材料102構(gòu)成；

垂直阻隔部3，如圖1所示，其由HDPE土工膜構(gòu)成，垂直阻隔部3固定于修復(fù)功能部1的其中一無紡?fù)凉げ嫉耐鈧?cè)；

其中，修復(fù)功能部1與垂直阻隔部3通過橡化瀝青非固化防水涂料2進行粘結(jié)，粘結(jié)的施工工藝為噴涂工藝。

具體地，本發(fā)明中所述無紡?fù)凉げ紴榭酥匾?guī)格300g/m²或600g/m²的一種或其組合，聚酯型或聚丙烯型無紡?fù)凉げ嫉囊环N或其組合；

具體地，本發(fā)明中所述修復(fù)功能材料是由膨潤土、凹土、納米零價鐵負載介孔材料(Fe(0)/Al-SBA-15)組成。其中膨潤土、凹土、納米零價鐵負載介孔材料的質(zhì)量比為1~2:1~2:7，修復(fù)效果主要決定于米零價鐵負載介孔材料的比例，質(zhì)量份數(shù)為7時達到最優(yōu)，份數(shù)太少修復(fù)效果太低，份數(shù)太大不能較好的造粒。膨潤土和凹土的份數(shù)之和為3，通過片狀膨潤土和針狀凹土復(fù)配，可以使顆粒具有較好的粘結(jié)強度。（優(yōu)選為膨潤土、凹土、納米零價鐵負載介孔材料的質(zhì)量比為2:1:7，此時阻隔和修復(fù)功能達到最優(yōu)），膨潤土粒度為200目、凹土粒度為400目，通過粉體造粒而成，顆粒粒徑為0.5-2mm。

具體地，本發(fā)明中所述土工膜為2mm或3mm厚的HDPE土工膜。

以下，具有修復(fù)與垂直阻隔功能的柔性屏障的具體制備方法對本發(fā)明進行說明：

(1)、制備Fe⁽⁰⁾/Al-SBA-15粉體。、首先制備Al-SBA-15介孔材料。稱取50g 的P123和25g聚乙二醇4000溶解到100mL的去離子水中，在40°C的水浴中攪拌溶解均勻，然后稱取1.25g硝酸鋁加入到上述溶液中溶解均勻，保持穩(wěn)定不變，向上述溶液中加入50g正硅酸乙酯，在40°C的水浴中繼續(xù)攪拌48h，然后將反應(yīng)產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜，在110℃下水熱反應(yīng)24h，最后抽濾、洗滌、烘干，并于650°C下以2°C/min的升溫速率煅燒6h，獲得Al-SBA-15介孔材料，其中P123、聚乙二醇4000、硝酸鋁、正硅酸乙酯的質(zhì)量比為：40:20:1:40。、制備Fe⁽⁰⁾/Al-SBA-15。將20g硫酸亞鐵充分溶解到100mL乙醇水溶液，然后加入20g Al-SBA-15粉體于上述溶液中超聲分散5min，完成后繼續(xù)攪拌20h，然后轉(zhuǎn)移至500mL的三口燒瓶中，通入氮氣15min除去溶解氧；然后向上述溶液中加入5g聚乙二醇-4000，攪拌30min，用1M NaOH溶液將pH值調(diào)為6；最后，在不斷攬拌下，用分液漏斗逐滴加入(1滴/秒)50mL硼氫化鉀的水溶液(含10g硼氫化鉀)，滴加完后再持續(xù)反應(yīng)40min。其中硫酸亞鐵、Al-SBA-15粉體、聚乙二醇-4000、硼氫化鉀的質(zhì)量比為4:4:1:2。反應(yīng)后，待混合物沉到瓶底離心分離沉淀物，所得的沉淀物用脫氧去離子水和脫氧無水乙醇交替洗滌3次，于70°C在真空干燥箱烘干冷卻得到Fe⁽⁰⁾/Al-SBA-15粉體，其中納米零價鐵的負載量為18%。

(2)、制備修復(fù)功能材料。按照膨潤土、凹土、納米零價鐵負載介孔材料(Fe⁽⁰⁾/Al-SBA-15)的質(zhì)量為1~2:1~2:7的比例稱取各組分，其中膨潤土粒度為200目、凹土粒度為400目。將各組分通過粉體造粒機制備修復(fù)功能材料顆粒，顆粒粒徑為0.5-2mm。

(3)、制備修復(fù)功能部。在第一層無紡?fù)凉げ忌?01鋪設(shè)修復(fù)功能材料102，然后在其上方再鋪設(shè)第二層無紡?fù)凉げ?03，然后針刺利用無紡布層的纖維使各層固定一起。本發(fā)明的第一層無紡?fù)凉げ忌?01和第二層無紡?fù)凉げ?03優(yōu)選為高強粗旦聚丙烯紡粘針刺土工布，其特點：具有強度高、耐酸堿腐蝕性強等優(yōu)點，在污染場地中可以保持較高的強度。

(4)、制備具有修復(fù)與垂直阻隔功能的柔性屏障。首先將修復(fù)功能部1平鋪，然后將橡化瀝青非固化防水涂料2倒入料灌中加熱，待涂料整體溫度達到可噴涂狀態(tài)時（150℃），用專用噴涂機將橡化瀝青非固化防水涂料均勻地噴涂在無紡布上，噴涂完后30s內(nèi)及時鋪蓋HDPE土工膜3，確保修復(fù)功能部于HDPE土工膜的粘結(jié)性。

以下，以一種具有修復(fù)與垂直阻隔功能的柔性屏障的一具體應(yīng)用過程對本發(fā)明進行說明，應(yīng)用方法包括如下步驟：

1）開槽：沿污染場地外圍的位置垂直開槽（槽的一側(cè)為污染區(qū)域10，另一側(cè)為未污染區(qū)域20），槽底開挖至地下不透水層，在垂直開槽的過程中采用泥漿護壁；

2）用橡化瀝青非固化防水涂料2將HDPE土工膜3與修復(fù)功能部1進行噴涂粘結(jié)，得到兼具修復(fù)與垂直阻隔功能的柔性屏障；

3）將步驟2）所得的兼具修復(fù)與垂直阻隔功能的柔性屏障在所述垂直開槽的護壁泥漿中插入到所述垂直開槽中至槽底，其中修復(fù)功能部靠近受污染的一側(cè)；屏障安裝時垂直阻隔部在污染區(qū)域外側(cè)，內(nèi)側(cè)為修復(fù)功能部，污染物與修復(fù)功能部接觸進行修復(fù)后，再由垂直阻隔部進行阻隔。

4）注漿：采用泵送方式將土和膨潤土構(gòu)成塑性泥漿4注入槽底覆蓋至距所述具有修復(fù)與垂直阻隔功能的柔性屏障的底部1-2m處；

5）回填：向槽中回填砂土和粘土的其中之一或其混合物以移除護壁泥漿。

本發(fā)明與傳統(tǒng)的方法相比，本發(fā)明采用介孔材料Al-SBA-15對納米零價鐵進行負載，利用介孔材料的納米孔道限制效應(yīng)避免納米零價鐵的團聚，降低納米零價鐵的表面能和表面氧化，提高反應(yīng)活性；此外通過粉體造粒，可以有效減少納米零價鐵的流失。同時采用修復(fù)功能部于HDPE土工膜復(fù)合，構(gòu)建兼具修復(fù)和垂直阻隔功能的柔性屏障，可以較好的解決傳統(tǒng)垂直防滲墻不具有修復(fù)功能，滲透反應(yīng)墻不具備垂直阻隔功能的問題。本發(fā)明具有施工簡單，防滲效果好、修復(fù)功能好等優(yōu)點。

以上所述實施例僅是為充分說明本發(fā)明而所舉的較佳的實施例，本發(fā)明的保護范圍不限于此。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求書為準。