一种高分子复配材料交联化双改性凹土和生物质炭填料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高分子复配材料交联化双改性凹土和生物质炭填料的制备方法。该方法以壳聚糖、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇为高分子聚合材料交联前驱体，凹土和秸秆生物质炭为添加剂，九水合硝酸铁、生化黄腐酸为改性剂，磷酸二氢钾、硼酸、氯化钙、戊二醛为交联剂。本发明专利技术方法制备的产品具有微孔骨架支撑结构，在保持高通透性、高强度和高耐菌性的前提下，显著增加了凹土、生物质炭材料的比表面积和活性基团数量，极大地提升了填料对重金属污染土壤及地下水的修复效果，相比传统的凹土吸附材料，除镉效果提升近10倍，除铅效果提升近5倍，为我国重金属污染土壤及地下水修复提供了技术支撑，具有良好的环境效益、经济效益和社会效益。

A preparation method of cross-linked double-modified attapulgite and biomass carbon filler for polymer composite materials

The invention discloses a preparation method of cross-linking double-modified attapulgite and biomass carbon filler of a polymer composite material. Chitosan, polyacrylamide, polyethylene oxide and polyvinyl alcohol were used as crosslinking precursors, attapulgite and straw biomass carbon as additives, ferric nitrate hydrate, biochemical fulvic acid as modifiers, potassium dihydrogen phosphate, boric acid, calcium chloride and glutaraldehyde as crosslinking agents. The product prepared by the method of the invention has a micro-porous skeleton supporting structure, and on the premise of maintaining high permeability, high strength and high bacterial resistance, remarkably increases the specific surface area of concave soil and biomass carbon materials and the number of active groups, and greatly improves the remediation effect of fillers on heavy metal contaminated soil and groundwater. Compared with traditional concave adsorption materials, the cadmium removal effect is nearly 10 times higher. The lead removal effect has been improved nearly five times, which provides technical support for the remediation of heavy metal contaminated soil and groundwater in China, and has good environmental, economic and social benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种高分子复配材料交联化双改性凹土和生物质炭填料的制备方法
本专利技术涉及重金属污染土壤及地下水修复
，特别涉及一种高分子复配材料交联化双改性凹土和生物质炭填料的制备方法。
技术介绍
重金属污染土壤通常采用淋洗、固化/稳定化、水泥窑协同处置等修复技术，重金属污染地下水通常采用异位抽出处理、原位反应带、原位PRB等修复技术，但我国目前重金属污染土壤及地下水修复技术并不成熟，其中主要原因是国内对重金属污染土壤及地下水修复药剂的研发比较匮乏。国内重金属污染土壤及地下水修复药剂主要集中在无机修复药剂(石灰、粉煤灰、零价铁、铁盐、镁盐、磷酸盐、盐酸、硫酸、海泡石、凹土、膨润土、沸石等)复配及其改性方面的研究，但在修复重金属污染土壤及地下水的过程中，重金属药剂仅仅考虑重金属污染物的还原或钝化，不仅修复效率低、添加量大、成本高，还引入了大量新的污染物，造成了二次污染。针对无机修复药剂存在的问题，国内外学者也开展了大量有机修复药剂(螯合剂、有机酸)的研究，有机修复药剂对重金属具有较好的专性吸附效果，但修复效果易受干扰、成本昂贵、难降解，不具备大规模推广应用价值。近年来，价格低廉、对土壤及地下水环境友好的生物药剂也开展了大量研究，如秸秆生物质炭、鸡粪生物质炭、有机堆肥产品等，对重金属污染土壤修复及改良有一定修复效果，但比表面积不高、活性基团量少，对重金属土壤及地下水修复效果有待进一步改进和提升。
技术实现思路
本专利技术目的在于解决重金属土壤及地下水无机药剂、有机药剂及生物药剂普遍存在修复效率低、成本高、易二次污染、影响土壤肥力的缺陷，提供了一种高效、经济可行、使用方便的一种高分子复配材料交联化双改性凹土和生物质炭填料的制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种高分子复配材料交联化双改性凹土和生物质炭填料的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将壳聚糖以0.01～0.05g/mL的质量浓度混入100mL水中，充分溶胀1～3h后待用；(2)将聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇分别以0.01～0.04g/mL、0.005～0.02g/mL、0.01～0.05g/mL的质量浓度混入100mL水中，搅拌加热至80℃后磁力搅拌30min待用；(3)将九水合硝酸铁以0.05～0.09g/mL的质量浓度混入100mL水中，充分搅拌2min后待用；(4)将凹土以0.05～0.10g/mL的质量浓度加入步骤(3)配置的100mL溶液中，磁力搅拌24h后过滤，过滤后的固体在105℃下烘干2h待用；(5)将步骤(4)烘干的固体加入管式电阻炉中加热，升温至300～500℃后停留3h，降温冷却至常温后，从管式电阻炉中取出并研磨过200目标准筛后待用；(6)将玉米秸秆粉碎后，过2mm筛，装入密闭的不锈钢罐中，压实、加盖，然后放入管式电阻炉中，300～500℃下碳化2h，降温冷却至常温后，从管式电阻炉中取出并研磨过100目标准筛后待用；(7)将生化黄腐酸以0.001～0.03g/mL的质量浓度混入100mL水中，在常温下以转速100rpm搅拌5min后待用；(8)将步骤(6)过筛后的碳化物以0.06～0.10g/mL的质量浓度加入步骤(7)制备的生化黄腐酸溶液中，在常温下以转速1000rpm搅拌12h后过滤，过滤后的固体在常温下自然晾干，并研磨过100目标准筛后待用；(9)将步骤(5)和步骤(8)制备的材料分别以0.06～0.15g/mL、0.05～0.15g/mL加入步骤(1)制备的溶液中，磁力搅拌30min待用；(10)将步骤(9)制备的混合溶液加入到步骤(2)制备的混合溶液中，磁力搅拌30min后新混合液待用；(11)将步骤(10)制备的新混合液置于磁力搅拌器中，在充分搅拌条件下，滴加15mL质量浓度0.01g/mL戊二醛溶液，并用0.1mol/L浓度盐酸溶液调节溶液pH至6.5，反应25～50min后待用；(12)将磷酸二氢钾、硼酸分别以0.01～0.03g/mL、0.01～0.02g/mL的质量浓度混入步骤(11)制备的混合物中，磁力搅拌30min待用；(13)将步骤(12)制备的混合物，在充分搅拌的条件下，泵入到100ml浓度为0.02g/mL质量浓度的氯化钙溶液中，养护24h。本专利技术的有益效果是：本专利技术以壳聚糖、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇为高分子聚合材料交联前驱体，凹土和秸秆生物质炭为添加剂，九水合硝酸铁、生化黄腐酸为改性剂，磷酸二氢钾、硼酸、氯化钙、戊二醛为交联剂。本专利技术方法制备的产品具有微孔骨架支撑结构，在保持高通透性、高强度和高耐菌性的前提下，显著增加了凹土、生物质炭材料的比表面积和活性基团数量，用于重金属污染土壤和地下水修复时，不仅可以提升凹土和生物质炭修复重金属的性能，还可以通过高分子化学稳定重金属，解决重金属长期稳定性问题。此外本专利技术制备的填料所用材料不仅环保无污染、成本低廉，还具有改善土质，促进根际有益微生物的生长，提高土壤种植作物产量和品质等突出优点。生产出的产品为Φ1-5mm的圆形颗粒，具有高通透性、高强度、高修复效率，是一种适合重金属污染土壤及地下水修复的优良填料，经济效益、社会效益、环境效益显著，不仅可在污染地块土壤淋洗、土壤固化/稳定化、地下水抽出处理、地下水原位PRB修复工程中大规模应用，还可应用于农用地重金属污染土壤风险管控与修复。本专利技术的独特之处在于：(1)改性凹土和改性生物质炭与高分子材料复配交联，显著增加了改性凹土、改性生物质炭材料的比表面积和活性基团数量，极大地提升了传统凹土和生物炭材料对重金属污染土壤及地下水的修复效果；(2)价廉、环保无污染类高分子多糖材料具有丰富的微孔结构和活性基团，不仅可以提升填料对重金属的长期稳定化作用，还具有改善土质，促进根际有益微生物的生长，提高土壤种植作物产量和品质等突出优点。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1(1)将壳聚糖以0.01g/mL的质量浓度混入100mL水中，充分溶胀1h后待用；(2)将聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇分别以0.01g/mL、0.005g/mL、0.01g/mL的质量浓度混入100mL水中，搅拌加热至80℃后磁力搅拌30min待用；(3)将九水合硝酸铁以0.05g/mL的质量浓度混入100mL水中，充分搅拌2min后待用；(4)将凹土以0.05g/mL的质量浓度加入步骤(3)配置的100mL溶液中，磁力搅拌24h后过滤，过滤后的固体在105℃下烘干2h待用；(5)将步骤(4)烘干的固体加入管式电阻炉中加热，升温至300℃后停留3h，降温冷却至常温后，从管式电阻炉中取出并研磨过200目标准筛后待用；(6)将玉米秸秆粉碎后，过2mm筛，装入密闭的不锈钢罐中，压实、加盖，然后放入管式电阻炉中，300℃下碳化2h，降温冷却至常温后，从管式电阻炉中取出并研磨过100目标准筛后待用；(7)将生化黄腐酸以0.001g/mL的质量浓度混入100mL水中，在常温下以转速100rpm搅拌5min后待用；(8)将步骤(6)过筛后的碳化物以0.06g/mL的质量浓度加入步骤(7)制备的生化黄腐酸溶液中，在常温下以转速1000rpm搅拌12h后过滤，过滤后的固体在常温下自然晾干，并研磨过100目标准筛后待用；(9)将步骤(5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高分子复配材料交联化双改性凹土和生物质炭填料的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)将壳聚糖以0.01～0.05g/mL的质量浓度混入100mL水中，充分溶胀1～3h后待用；(2)将聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇分别以0.01～0.04g/mL、0.005～0.02g/mL、0.01～0.05g/mL的质量浓度混入100mL水中，搅拌加热至80℃后磁力搅拌30min待用；(3)将九水合硝酸铁以0.05～0.09g/mL的质量浓度混入100mL水中，充分搅拌2min后待用；(4)将凹土以0.05～0.10g/mL的质量浓度加入步骤(3)配置的100mL溶液中，磁力搅拌24h后过滤，过滤后的固体在105℃下烘干2h待用；(5)将步骤(4)烘干的固体加入管式电阻炉中加热，升温至300～500℃后停留3h，降温冷却至常温后，从管式电阻炉中取出并研磨过200目标准筛后待用；(6)将玉米秸秆粉碎后，过2mm筛，装入密闭的不锈钢罐中，压实、加盖，然后放入管式电阻炉中，300～500℃下碳化2h，降温冷却至常温后，从管式电阻炉中取出并研磨过100目标准筛后待用；(7)将生化黄腐酸以0.001～0.03g/mL的质量浓度混入100mL水中，在常温下以转速100rpm搅拌5min后待用；(8)将步骤(6)过筛后的碳化物以0.06～0.10g/mL的质量浓度加入步骤(7)制备的生化黄腐酸溶液中，在常温下以转速1000rpm搅拌12h后过滤，过滤后的固体在常温下自然晾干，并研磨过100目标准筛后待用；(9)将步骤(5)和步骤(8)制备的材料分别以0.06～0.15g/mL、0.05～0.15g/mL加入步骤(1)制备的溶液中，磁力搅拌30min待用；(10)将步骤(9)制备的混合溶液加入到步骤(2)制备的混合溶液中，磁力搅拌30min后新混合液待用；(11)将步骤(10)制备的新混合液置于磁力搅拌器中，在充分搅拌条件下，滴加15mL质量浓度0.01g/mL戊二醛溶液，并用0.1mol/L浓度盐酸溶液调节溶液pH至6.5，反应25～50min后待用；(12)将磷酸二氢钾、硼酸分别以0.01～0.03g/mL、0.01～0.02g/mL的质量浓度混入步骤(11)制备的混合物中，磁力搅拌30min待用；(13)将步骤(12)制备的混合物，在充分搅拌的条件下，泵入到100ml浓度为0.02g/mL质量浓度的氯化钙溶液中，养护24h。...

【技术特征摘要】
1.一种高分子复配材料交联化双改性凹土和生物质炭填料的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)将壳聚糖以0.01～0.05g/mL的质量浓度混入100mL水中，充分溶胀1～3h后待用；(2)将聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇分别以0.01～0.04g/mL、0.005～0.02g/mL、0.01～0.05g/mL的质量浓度混入100mL水中，搅拌加热至80℃后磁力搅拌30min待用；(3)将九水合硝酸铁以0.05～0.09g/mL的质量浓度混入100mL水中，充分搅拌2min后待用；(4)将凹土以0.05～0.10g/mL的质量浓度加入步骤(3)配置的100mL溶液中，磁力搅拌24h后过滤，过滤后的固体在105℃下烘干2h待用；(5)将步骤(4)烘干的固体加入管式电阻炉中加热，升温至300～500℃后停留3h，降温冷却至常温后，从管式电阻炉中取出并研磨过200目标准筛后待用；(6)将玉米秸秆粉碎后，过2mm筛，装入密闭的不锈钢罐中，压实、加盖，然后放入管式电阻炉中，300～500℃下碳化2h，降温冷却至常温后，从管式电阻炉中取出并研磨过100目标准筛后待用；(7)将生化黄腐酸以0.001～0.03g/mL的质...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱文会，何军，王夏晖，李志涛，何俊，王宁，
申请(专利权)人：环境保护部环境规划院，
类型：发明
国别省市：北京,11