[发明专利]一种改性生物炭复合水凝胶、制备方法及其应用

说明书

本发明属于复合水凝胶材料技术领域，具体涉及一种改性生物炭复合水凝胶、制备方法及其应用。该复合水凝胶以生物炭、聚乙烯醇、丙烯酸为起始原料，生物炭经硝酸改性得改性生物炭，聚乙烯醇经加热溶解后得到聚乙烯醇水溶液，丙烯酸稀释后经氢氧化钾中和后得到中和的丙烯酸水溶液，计量的改性生物炭、聚乙烯醇水溶液、中和的丙烯酸水溶液加入引发剂过硫酸铵、交联剂N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺，加热进行交联聚合反应制备得到。该复合水凝胶具有较强的吸附Cd的能力，在烟草种植中能够吸附土壤中的镉，缓解烟苗在Cd胁迫下受到的毒害作用，提高烟苗SPAD值，增强烟苗的抗氧化和抗逆性，促进烟草幼苗生长发育。

技术领域

本发明属于复合水凝胶材料技术领域，具体涉及一种改性生物炭复合水凝胶、制备方法及其在烟草种植中的应用。

背景技术

镉是人体非必需元素，在自然界常以化合物状态存在，正常情况下含量很低，不会影响人体健康。然而当环境受到镉污染后，镉能够在水、土壤中聚集，通过食物链的富集进入人体，并在人体的肝、肾、脾、胰腺等器官中聚集，进而引起人慢性镉中毒，损伤人体健康。

为了尽可能的减少镉通过食物链的富集进入人体，需要采取措施减少水或土壤中的镉含量。而水凝胶作为一种复合材料，由于其具有一定的吸附作用，能够用于吸附废水中的镉离子。目前已有学者制备出水凝胶并将其用于吸附废水或土壤中的镉离子，其中公开号为CN11211040A的发明专利公开了采用花生壳生物炭制备出复合水凝胶，该水凝胶能够吸附土壤中的镉离子，减少镉离子对烟苗的毒害作用，开创了复合水凝胶在烟草种植中的新方向。然而经过研究发现该复合水凝胶虽然能够起到吸附土壤中镉离子含量的目的，对镉具有一定的吸附作用，但是其吸附效果在一定程度上仍不甚理想。

发明内容

针对目前的生物炭复合水凝胶对镉离子的吸附效果不甚理想的问题，本发明提供一种改性生物炭复合水凝胶，该复合水凝胶能够大幅度的提高对镉离子的吸附作用，更大程度的减少镉对烟苗的毒害作用，促进烟苗生长。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种花生壳生物炭复合水凝胶，包括改性生物炭、5％的聚乙烯醇水溶液、中和的丙烯酸水溶液、过硫酸铵和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，其中改性生物炭：聚乙烯醇水溶液：中和的丙烯酸水溶液＝(0.5-1.5):20:80，所述过硫酸铵质量为聚乙烯醇水溶液和中和的丙烯酸水溶液质量和的0.05-0.07％，所述N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量为聚乙烯醇水溶液和中和的丙烯酸水溶液质量和的0.03-0.05％。

上述的改性生物炭复合水凝胶，改性生物炭：5％的聚乙烯醇水溶液：中和的丙烯酸水溶液＝1:20:80，所述过硫酸铵质量为聚乙烯醇水溶液和中和的丙烯酸水溶液质量和的0.06％，所述N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量为聚乙烯醇水溶液和中和的丙烯酸水溶液质量和的0.04％。

本发明还提供一种改性生物炭复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤

第一步、将花生壳生物炭放入12mol·L^-1的硝酸溶液中50-70℃加热搅拌，反应5-7h，用蒸馏水反复冲洗至中性，以去除多余的氧化剂和水溶性化合物；随后，将样品在110℃的烘箱中烘干，得到改性生物炭磨碎并过Φ0.15mm筛密封保存备用；

第二步、将聚乙烯醇加入去离子水中于水浴90-100℃加热下溶解得5％的聚乙烯醇水溶液；

第三步、将丙烯酸与去离子水按照体积比1：5进行混合，用5mol·L^-1氢氧化钾中和至pH为7-8得中和的丙烯酸水溶液；

第四步、按比例称取改性生物炭、5％的聚乙烯醇溶液和中和的丙烯酸水溶液，加入过硫酸铵和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀后将烧杯置于可控温式水浴磁力搅拌器中，加入转子，在60-70℃温度条件下以250-350r·min^-1的转速反应5-7h制得改性生物炭复合水凝胶。