一种削减非点源径流污染的聚合物及其制备方法技术

本发明专利技术公开的技术方案是一种削减非点源径流污染的聚合物及其制备方法，其方法包括，以天然大分子有机物－碱木质素为主、辅助淀粉为骨架材料，在引发剂、无氧条件下与丙烯基单体进行接枝共聚反应，所得产物进一步与工业有机胺和醛在酸催化下进行Ｍａｎｎｉｃｈ反应离子化赋性，获得一种具有阴、阳两性离子基团的天然－合成聚合物。本发明专利技术的作用在于将ＩＬＡ聚合物应用于非点源污染的源头控制，促进降水下渗，在１．３ｋｇ／ｈａ－５．２ｋｇ／ｈａ用量下，观测期内降水向土壤中渗透率较对照提高２０％－１６５％，对引发非点源污染的降水地表径流及径流污染物的减量具有重要作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境工程
，涉及控制非点源环境污染的，是一种强化降水入渗、削减非点源污染径流，具有阴、阳离子两性基团的聚合物的制造方法。
技术介绍
在工业等点源污染得到有效治理以后，相当数量的水体环境质量并未得到显著的改善，来源于非点源污染对水体环境的污染危害日渐突出，正在成为制约社会经济可持续发展与影响人类健康的重要环境问题。由于非点源污染具有很强的不确定性、潜在性和复杂性等，使对其控制与污染治理具有相当大的难度。加强非点源污染控制与治理的技术研究，对改善纳污水体环境质量，缓解水资源短缺十分必要。非点源污染是高强度降雨冲刷、挟带地表积累的各种污染物进入水体导致。目前，对非点源污染的控制主要包括源控制、过程控制与汇控制，过程控制与汇控制是污染发生后的治理措施，源控制是从源头上减少非点源污染的发生频次与程度的方法，削减降水地表径流污染是实现源控制中十分重要的环节，对实现非点源污染的过程控制、汇控制的效果产生直接影响。就地实施降水促渗、减少地表污染径流，阻滞污染物迁移进入水体，是削减非点源污染负荷的必要手段。土壤能够驻留、改变、分解或者吸附污染物，一定条件下，进入土壤的污染物大部分被土壤微生物分解利用而无害化。土壤的透水性对降水下渗产生重要影响，土壤质地、团聚结构、孔隙度等是决定土壤透水性的前提条件，高聚物改良土壤是使土壤结构优化、加速降水入渗的技术措施，高效渗透剂是强化降水入渗的物质基础。合成聚合物能够弥补天然大分子物质性能不良、改土效果不佳的缺陷，而完全合成聚合物在土壤中具有潜在的不良影响，如聚丙烯酰胺(以下称PAM)，由于其过强水溶性造成与土壤结合不稳导致随水迁移流失，分子量过高影响其在环境中的降解，在土壤环境中积累产生负面影响，而其昂贵的制造成本使其在大范围的应用受到限制。天然-合成聚合物可克服使用天然大分子物质效果不佳和合成高聚物使用成本高、不易降解在环境中积累造成生态环境影响等问题。天然-合成聚合物较天然大分子物质具有更为多样的功能基团，以共聚的方法将单体接枝到天然大分子上，通过带有特定功能基团的分子与分散土壤颗粒之间以缠绕、包裹、贯穿、吸附乃至形成化学键等方式，更好地创建和稳定土壤的水稳性团粒结构，使土壤理化性质与生物学活性等得到改善和提高，增强土壤抗侵蚀的能力，削弱降水对土壤的冲刷作用，促进降水下渗，减少地表驻留污染物径流迁移造成的水体环境污染危害。木质素是一种可自然再生的天然大分子有机物，是土壤有机质的主要来源，对改善土壤团粒结构，促进降水入渗，优化土壤保水、保肥性能具有积极作用。以造纸制浆与木材水解为主的工业过程排放高浓度木质素废液造成严重的水体环境污染危害，同时造成有机质资源的大量浪费。处理碱法制浆造纸废液回收的木质素，具有比表面积大、质轻、分散性好等特点，利用其分子表面吸附及其分子结构中的多种活性基团与功能键作用，通过与单体接枝共聚反应为其赋性，进而获得兼具天然大分子物质与合成高聚物优良性能的聚合物，施用于径流过流体土壤，使形成更多、更稳定的团聚结构，增强土壤抗侵蚀能力，提高土壤降水下渗和吸附径流污染物的能力。径流污染物随水下渗在土壤中受物理、化学、生物的复合作用而得到净化，经土壤过滤净化后的降水可进一步向下迁移进入地下水系统，从而使地下水得到补给。实行降水就地促渗、减少地表污染径流，削减非点源污染措施，不必修建特定的设施与构筑物，不需占据宝贵的土地资源，具有成本低廉、易于实施的特点。
技术实现思路
本专利技术提供，是以天然大分子有机物-碱木质素为主、辅助淀粉为骨架材料，以丙烯基材料如丙烯酰胺(以下称AM)、丙烯酸(以下称AA)、丙烯腈等工业原料为单体，在保护气体(氮气)条件下加热反应实现接枝共聚，所得产物进一步与工业原料有机胺、醛进行Mannich缩合反应，使其离子化赋性，获得一种制造成本低，具有阴、阳两性离子基团的聚合物(以下简称ILA)，ILA在降水过流体土壤中，对稳定原有团粒结构、促进新团粒结构生成，削弱降水地表径流、减少径流污染物迁移污染水体发挥积极作用。，所用的碱木质素是碱法制浆造纸废液酸化处理获得的工业产品，为含量≥60％的固体粉末；所用的淀粉是可溶性淀粉或普通淀粉如小麦淀粉、马铃薯淀粉、玉米淀粉、试剂淀粉等；所述的丙烯基单体是指工业丙烯酰氨、丙烯酸、丙烯腈等；所述的交联剂为卤化物如氯化钙、氯化钠等；所述的引发剂为过氧化氢与亚铁硫酸盐复合物，钾、钠、铵等过硫酸盐与钠、钾、铵等硫代硫酸盐复合物，铈铵复合硝酸盐。所述的聚合物离子化赋性是利用Mannich反应在其分子中引入阳离子基团，使其活性进一步被提高，离子化赋性材料为有机醛与胺，醛类如甲醛、三聚甲醛、乙醛等，胺类如甲胺、二甲胺、二乙胺、乙二胺等。本专利技术的实现包括下述步骤1.按物质质量比定量称取碱木质素1份并将其溶于水中，其质量浓度为1％-15％，以(钠或钾或铵等的氢氧化物)碱溶液调节其pH值至7-11；以与木质素质量比0.2-1.0∶1定量称取淀粉并将其溶于30-50倍的水中；顺序将上述二者加入配有搅拌与保护气体(氮气)的反应烧瓶(容积250ml-10000ml)中，加热升温于50℃-85℃(±5℃)活化5min-15min；2.以与木质素质量比1.0-10∶1定量称取固体AM或丙烯腈，以固体或溶液的形式将其加入反应体系中，以与木质素质量比1.0-5.0∶1定量量取AA，溶于1-5倍的水中，以碱(包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氨、氢氧化铵等的一种或两种以上)溶液调节使其pH值7-9，以与木质素质量比0.03-0.2∶1定量称取交联剂钙或钠的卤化物，以溶液或固体的形式加入反应体系中；3.顺序将上述各材料加入反应烧瓶，于50℃-85(±5℃)、保护气体条件下反应5min-30min；4.向体系中加入引发剂，体系中引发剂的浓度为过氧化氢0.002mol/l-0.024mol/l与硫酸亚铁0.0018mol/l-0.022mol/l，或过硫酸钾0.002mol/l-0.024mol/l与硫代硫酸钠0.0005mol/l-0.006mol/l，反应时间1-4h，获得接枝产物；5.在搅拌条件下将上述接枝产物加入反应系统，调节其温度30℃-60℃(±5℃)，以与木质素∶醛质量比1∶0.15-1.0、木质素∶胺质量比1∶0.4-2.4向反应器中加入胺和醛，搅拌5-10min，以木质素(1g)加入H+浓度1.0mol/l的盐酸或硫酸催化剂8ml-30ml，反应0.5-4.0h；6.反应产物冷却至室温，按与聚合物溶液体积比0.3-1.0∶1向产物溶液中加入异丙醇或丙酮为分离剂分离产物，于60℃-80℃(±10℃)干燥产物至恒重，获得固体产物，计算产物产率并以所得产物进行降水渗透性试验，当用量1.3kg/ha-6.0kg/ha时，以空白为对照，土壤降水渗透率提高20％-165％。具体实施例方式下面以具体实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例1取碱本质素15.0g溶于水中至250ml，以碱溶液调节pH值9.0，取淀粉5.0g溶于水中至250ml，顺序将上述二者加入配有搅拌与保护气体的反应装置中，加热升温于80℃±5℃搅拌13min。称取AM64.0g溶于350ml水中，量取AA34.35ml溶于50ml水中，以氢氧化钠溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术涉及一种削减非点源径流污染的聚合物及其制备方法，其特征在于，以天然大分子有机物－碱木质素为主、辅助淀粉为骨架材料，经活化后以丙烯基材料为单体，以卤化物为交联剂，以过氧化氢与亚铁硫酸盐复合物或过硫酸盐与硫代硫酸盐复合物或铈铵复合硝酸盐为引发剂，在保护气体（氮气）条件下搅拌、加热反应实现接枝共聚，接枝产物在酸催化下进一步与工业原料有机胺、醛进行Ｍａｎｎｉｃｈ缩合离子化赋性反应，聚合物在分离剂条件下从产物溶液中分离出来，制备出一种具有阴、阳两性离子基团的削减非点源径流污染的聚合物ＩＬＡ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：穆环珍，张占业，黄衍初，张春萍，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]