[發明專利]一種磁性可回收的土壤重金屬吸附劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201710887644.0
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107552009A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 王建平
• 申請（專利權）人: 安徽金葉碳素科技有限公司
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/30;B09C1/00;C08F289/00;C08F220/06;C08F220/56;C08F222/38;C08H99/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司34112
• 代理人: 徐俊杰

技術領域

本發明屬于農林業生產資料制備領域，具體涉及一種磁性可回收的土壤重金屬吸附劑及其制備方法。

技術背景

褐煤是煤化程度僅高于泥炭的低階煤，其特點是水分高，碳含量低，氧含量高，發熱量低，化學反應性強，機械強度低。褐煤與其他煤種的主要區別在于褐煤均不同程度地含有腐植酸，特別是原生腐植酸。腐植酸是一類由1個或多個稠環芳核，通過橋鍵連接組成的天然大分子混合物，是構成土壤腐殖質的主要成分，因腐植酸具有生物活性、離子交換性、親水性、弱酸性、絡合吸附性等被廣泛應用在農林、農藥、肥料等領域。

水分大是褐煤最顯著的特征之一，褐煤中的水分在各類煤中是最高的，全水分一般可達到10%-40%，因其表面親水基團--含氧官能團的存在，使褐煤具有復吸水性能。

保水劑是一種新型功能高分子材料，具有適度交聯的三維網狀結構，可吸收其自身質量上千倍的水。將保水劑與土壤混合，不僅能牢牢鎖住雨水和灌溉用水，還可促進土壤團粒結構的形成，改善土壤透氣性，但其成本較高、耐鹽性較差限制了其在農業中的廣泛應用。

田玉川、司馬義·努爾拉等人在其《丙烯酸-磺化腐植酸吸水樹脂的合成》一文中，采用發煙硫酸對腐植酸進行磺化，并以丙烯酸( AA)和磺化腐植酸(SHA)為原料，合成了高SHA含量的AA-SHA共聚物[P(AA-SHA)]吸水樹脂。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種磁性可回收的土壤重金屬吸附劑及其制備方法。

為實現本發明的目的，本發明提供了以下技術方案：

一種磁性可回收的土壤重金屬吸附劑的制備方法，是將褐煤經氧化氨解反應處理后，提取褐煤腐植酸，然后以亞硫酸鈉為磺化劑對褐煤腐植酸進行磺化處理，之后以丙烯酸、丙烯酰胺和褐煤磺化腐植酸為原料，采用水溶液聚合法合成了褐煤磺化腐植酸基高吸水樹脂，經干燥粉碎后與磁性三氧化四鐵混合造粒，即得。

具體工藝步驟如下：

（1）褐煤的氧化氨解反應：

將褐煤粉碎過60目篩，之后分別用自來水、去離子水漂洗雜質2-3次，之后將其置于氣固液三相反應裝置中，加入10%濃氨水和水，開動攪拌，升溫至90-130℃后通入氧氣，維持氧壓在0.2-0.5MPa，在700-900r/min轉速條件下，反應2-4小時，反應后經過濾、烘干獲得氮改性褐煤；

（2）褐煤腐植酸的提取：

稱取步驟（1）經處理后的褐煤樣品，按1/10的比例加入質量分數1.5%的氫氧化鈉溶液，在40-60℃恒溫水浴中磁力攪拌0.5-2小時，之后以3500-4500r/min的轉速離心分離，收集濾液，然后用去離子水洗滌殘渣2-3次，合并上述濾液，濾液用鹽酸調節pH至棕黑色沉淀析出，用布氏漏斗抽濾，用去離子水洗滌沉淀2-3次，濾餅于50-65℃鼓風機中干燥；

（3）磺化處理：

按固液比1：15，使用質量分數1.5%的氫氧化鈉溶液將步驟（2）提取的褐煤腐植酸溶解，得到腐植酸鈉溶液，在45-55℃條件下，按照磺化劑固液比1:10向上述溶液中加入亞硫酸鈉，反應1-2小時，得到褐煤磺化腐植酸鈉溶液；

（4）聚合反應制備高吸水樹脂：

稱取丙烯酰胺、交聯劑N-N亞甲基雙丙烯酰胺投入反應瓶中，調節pH至中性，在冰水浴條件下加入少量去離子水攪拌溶解，加入上述褐煤磺化腐植酸鈉溶液，攪拌混合均勻后，在0-5℃條件下緩慢加入丙烯酸，將引發劑過硫酸鉀用去離子水溶解后加入到上述反應液中，通入N₂，在溫度35-45℃下磁力攪拌15-28分鐘，之后開始升溫75-85℃，直至生成膠團狀物質無法攪拌時停止反應，制得褐煤磺化腐植酸基高吸水樹脂；

（5）合成四氧化三鐵：

取0.1mol/L的FeSO₄與適量碘單質按摩爾比1：2-3混合均勻，70-120℃預熱，加入2mol/L的氨水，于70-120℃反應20-60分鐘，生成黑色納米磁響應四氧化三鐵，將產物用磁鐵分離，去離子水洗滌，反復若干次，去除雜質，備用；

（6）將上述高吸水樹脂干燥、粉碎，與上述四氧化三鐵混合均勻，加水充分攪拌，將混合料加入在造粒機中，制成顆粒狀，置于干燥裝置中充分干燥，即得到磁性可回收的土壤重金屬吸附劑。

其中，丙烯酸、丙烯酰胺和褐煤磺化腐植酸的質量比為2-3:1:1-2。

其中，所述的引發劑過硫酸鉀的用量為單位總質量的1-3%。

其中，所述的交聯劑N-N亞甲基雙丙烯酰胺的用量為為單位總質量的2-5%。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：