一种改性生物炭复合水凝胶、制备方法及其应用技术

本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
一种改性生物炭复合水凝胶、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于复合水凝胶材料
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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的专利技术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。

技术实现思路

[0004]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，本专利技术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。
[0005]本专利技术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％。
[0006]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％。
[0007]本专利技术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
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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；
[0011]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。
[0012]上述的改性生物炭复合水凝胶的制备方法，将花生壳生物炭放入12mol
·
L
‑1的硝酸溶液中60℃加热搅拌，反应6h，用蒸馏水反复冲洗至中性。
[0013]上述的改性生物炭复合水凝胶的制备方法，第二步中将聚乙烯醇加入去离子水中于水浴95℃加热下溶解。
[0014]上述的改性生物炭复合水凝胶的制备方法，第三步中用5mol
·
L
‑1氢氧化钾中和至pH为7.5得中和的丙烯酸水溶液。
[0015]上述的改性生物炭复合水凝胶的制备方法，第四步中在65℃温度条件下以300r
·
min
‑1的转速反应6h制得改性生物炭复合水凝胶。
[0016]本专利技术的改性生物炭复合水凝胶在烟草种植中的应用。
[0017]上述的改性生物炭复合水凝胶在烟草种植中的应用，所述改性生物炭复合水凝胶在烟草种植中起到保水作用。
[0018]上述的改性生物炭复合水凝胶在烟草种植中的应用，所述改性生物炭复合水凝胶在烟草种植中能够吸附土壤中镉离子，促进烟草生长。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020](1)本专利技术的改性生物炭复合水凝胶具有较好的吸水和保水性能，溶胀度可达为101.69g
·
g
‑1，可以有效保持土壤中的水分，降低土壤水分散失速度。
[0021](2)本专利技术的改性生物炭复合水凝胶能够吸附水溶液中的Cd
2+
，其最大吸附量能够达到259.57mg
·
g
‑1，具有极高的吸附效果，可以有效减少镉对烟苗的毒害作用。
[0022](3)本专利技术的复合水凝胶对土壤中的Cd
2+
有较强的吸附和固定能力，能够有效降低土壤中有效Cd的含量。
[0023](4)本专利技术的改性生物炭复合水凝胶能够促进烟苗叶片和根系生长，增加了烟苗的叶片数量，改善烟叶表型，促进了根系的发育，能够提高烟草生物量和相对含水量。
[0024](5)本专利技术的改性生物炭复合水凝胶能够提高Cd胁迫下烟草幼苗的SPAD值(P<0.05)，有效缓解Cd对烟苗的毒害作用。
[0025](6)本专利技术的改性生物炭复合水凝胶处理的烟苗显著提高过氧化物酶POD活性、过氧化氢酶CAT活性和超氧化化物歧化酶SOD活性，增强烟苗的抗氧化能力，提高抗逆性。
[0026](7)本专利技术的改性生物炭复合水凝胶能明显降低土壤有效Cd含量和烟苗叶片中Cd积累量，有利于烟草的生长。
附图说明
[0027]图1为本专利技术复合水凝胶的FTIR图谱。
[0028]图2为本专利技术复合水凝胶的SEM谱图。
[0029]图3为本专利技术复合水凝胶的吸水前后形态图。
[0030]图4为本专利技术复合水凝胶使用前后土壤的含水率变化结果。
[0031]图5为本专利技术复合水凝胶使用前后土壤质量变化结果。
[0032]图6为Cd胁迫下本专利技术复合水凝胶材料对烟叶生长的影响。
[0033]图7为不同处理对烟草的SPAD值的影响结果。
[0034]图8为不同处理对烟草POD、SOD和CAT含量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性生物炭复合水凝胶，其特征在于：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丙烯酸水溶液质量和的0.03
‑
0.05%。2.根据权利要求1所述的改性生物炭复合水凝胶，其特征在于：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丙烯酸水溶液质量和的0.04%。3.一种如权利要求1或2任一项所述的改性生物炭复合水凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤第一步、将花生壳生物炭放入12 mol
·
L
‑1的硝酸溶液中50
‑
70℃加热搅，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0.15mm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5 mol
·
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【专利技术属性】
技术研发人员：姬小明，刘云飞，魏跃伟，叶协锋，夏茂林，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：