[发明专利]一种磁性可回收的土壤重金属吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于农林业生产资料制备领域，具体涉及一种磁性可回收的土壤重金属吸附剂及其制备方法。

技术背景

褐煤是煤化程度仅高于泥炭的低阶煤，其特点是水分高，碳含量低，氧含量高，发热量低，化学反应性强，机械强度低。褐煤与其他煤种的主要区别在于褐煤均不同程度地含有腐植酸，特别是原生腐植酸。腐植酸是一类由1个或多个稠环芳核，通过桥键连接组成的天然大分子混合物，是构成土壤腐殖质的主要成分，因腐植酸具有生物活性、离子交换性、亲水性、弱酸性、络合吸附性等被广泛应用在农林、农药、肥料等领域。

水分大是褐煤最显著的特征之一，褐煤中的水分在各类煤中是最高的，全水分一般可达到10%-40%，因其表面亲水基团--含氧官能团的存在，使褐煤具有复吸水性能。

保水剂是一种新型功能高分子材料，具有适度交联的三维网状结构，可吸收其自身质量上千倍的水。将保水剂与土壤混合，不仅能牢牢锁住雨水和灌溉用水，还可促进土壤团粒结构的形成，改善土壤透气性，但其成本较高、耐盐性较差限制了其在农业中的广泛应用。

田玉川、司马义·努尔拉等人在其《丙烯酸-磺化腐植酸吸水树脂的合成》一文中，采用发烟硫酸对腐植酸进行磺化，并以丙烯酸( AA)和磺化腐植酸(SHA)为原料，合成了高SHA含量的AA-SHA共聚物[P(AA-SHA)]吸水树脂。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种磁性可回收的土壤重金属吸附剂及其制备方法。

为实现本发明的目的，本发明提供了以下技术方案：

一种磁性可回收的土壤重金属吸附剂的制备方法，是将褐煤经氧化氨解反应处理后，提取褐煤腐植酸，然后以亚硫酸钠为磺化剂对褐煤腐植酸进行磺化处理，之后以丙烯酸、丙烯酰胺和褐煤磺化腐植酸为原料，采用水溶液聚合法合成了褐煤磺化腐植酸基高吸水树脂，经干燥粉碎后与磁性三氧化四铁混合造粒，即得。

具体工艺步骤如下：

（1）褐煤的氧化氨解反应：

将褐煤粉碎过60目筛，之后分别用自来水、去离子水漂洗杂质2-3次，之后将其置于气固液三相反应装置中，加入10%浓氨水和水，开动搅拌，升温至90-130℃后通入氧气，维持氧压在0.2-0.5MPa，在700-900r/min转速条件下，反应2-4小时，反应后经过滤、烘干获得氮改性褐煤；

（2）褐煤腐植酸的提取：

称取步骤（1）经处理后的褐煤样品，按1/10的比例加入质量分数1.5%的氢氧化钠溶液，在40-60℃恒温水浴中磁力搅拌0.5-2小时，之后以3500-4500r/min的转速离心分离，收集滤液，然后用去离子水洗涤残渣2-3次，合并上述滤液，滤液用盐酸调节pH至棕黑色沉淀析出，用布氏漏斗抽滤，用去离子水洗涤沉淀2-3次，滤饼于50-65℃鼓风机中干燥；

（3）磺化处理：

按固液比1：15，使用质量分数1.5%的氢氧化钠溶液将步骤（2）提取的褐煤腐植酸溶解，得到腐植酸钠溶液，在45-55℃条件下，按照磺化剂固液比1:10向上述溶液中加入亚硫酸钠，反应1-2小时，得到褐煤磺化腐植酸钠溶液；

（4）聚合反应制备高吸水树脂：

称取丙烯酰胺、交联剂N-N亚甲基双丙烯酰胺投入反应瓶中，调节pH至中性，在冰水浴条件下加入少量去离子水搅拌溶解，加入上述褐煤磺化腐植酸钠溶液，搅拌混合均匀后，在0-5℃条件下缓慢加入丙烯酸，将引发剂过硫酸钾用去离子水溶解后加入到上述反应液中，通入N₂，在温度35-45℃下磁力搅拌15-28分钟，之后开始升温75-85℃，直至生成胶团状物质无法搅拌时停止反应，制得褐煤磺化腐植酸基高吸水树脂；

（5）合成四氧化三铁：

取0.1mol/L的FeSO₄与适量碘单质按摩尔比1：2-3混合均匀，70-120℃预热，加入2mol/L的氨水，于70-120℃反应20-60分钟，生成黑色纳米磁响应四氧化三铁，将产物用磁铁分离，去离子水洗涤，反复若干次，去除杂质，备用；

（6）将上述高吸水树脂干燥、粉碎，与上述四氧化三铁混合均匀，加水充分搅拌，将混合料加入在造粒机中，制成颗粒状，置于干燥装置中充分干燥，即得到磁性可回收的土壤重金属吸附剂。

其中，丙烯酸、丙烯酰胺和褐煤磺化腐植酸的质量比为2-3:1:1-2。

其中，所述的引发剂过硫酸钾的用量为单位总质量的1-3%。

其中，所述的交联剂N-N亚甲基双丙烯酰胺的用量为为单位总质量的2-5%。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：