本發(fā)明涉及水體及土壤修復(fù)，具體涉及一種聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)化和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，人類活動(dòng)導(dǎo)致重金屬污染嚴(yán)重破壞了土壤生態(tài)系統(tǒng)，由于重金屬在土壤中具有遷移性、累積性及難生物降解的特點(diǎn)，使得土壤重金屬污染成為亟待解決的環(huán)境問題。2014年我國(guó)無機(jī)污染物超標(biāo)點(diǎn)位占總污染點(diǎn)位的82.8％，其中鎘(cd)、汞、砷和鉻等重金屬的超標(biāo)點(diǎn)位分別為7.0％、1.6％、2.7％以及1.1％。重金屬cd，它不僅在自然環(huán)境中廣泛分布，而且由于其高毒性和持久性，一旦進(jìn)入水體和土壤中，便會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類健康構(gòu)成了長(zhǎng)期且難以逆轉(zhuǎn)的威脅。在我國(guó)南方農(nóng)田土壤中cd是最典型的重金屬污染物，由于南方土壤多為酸性巖發(fā)育而來的紅壤和黃壤，富含鐵和鋁等酸性物質(zhì)，因此呈偏酸性，導(dǎo)致cd主要以活性較高的形態(tài)存在于土壤中，遷移性和毒性更高。cd在土壤中的積累不僅影響作物生長(zhǎng)，降低農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，還會(huì)通過食物鏈對(duì)人類健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響，引發(fā)一系列健康問題，如骨質(zhì)疏松、腎功能損傷和高血壓等。因此，有效去除土壤中的cd，不僅是環(huán)境治理的需求，更是公共健康保護(hù)的緊迫任務(wù)。

2、目前，cd污染農(nóng)田土壤的修復(fù)方法很多，如微生物礦化、植物修復(fù)、土壤淋洗和化學(xué)穩(wěn)定法等。與其他技術(shù)相比，化學(xué)穩(wěn)定法因其普適性、簡(jiǎn)單和高效而成為應(yīng)用較為廣泛的土壤修復(fù)方法之一。聚乙烯亞胺(pei)是一種支鏈上具有大量胺基的高分子聚合物，其中伯胺、仲胺和叔胺的量比為1:2:1，對(duì)重金屬具有良好的螯合作用，但由于pei溶解性較好，需要與基質(zhì)結(jié)合以形成不溶性復(fù)合物，以提高其應(yīng)用效果。纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖，不溶于水及一般有機(jī)溶劑，可從農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈中提取，具有豐富的官能團(tuán)。

3、目前，在土壤重金屬化學(xué)穩(wěn)定化修復(fù)過程中所普遍應(yīng)用的是粉末形態(tài)的吸附劑，但在應(yīng)用中易隨水流失，且在撒施時(shí)產(chǎn)生大量灰塵，導(dǎo)致修復(fù)劑大量損失；另一方面，由于粉末形態(tài)的修復(fù)劑無法從復(fù)雜的土壤環(huán)境中取出，重金屬雖然固定在材料表面，但仍在土壤中，隨著雨水的淋溶，存在重金屬?gòu)牟牧现性俅挝龀龅娘L(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，而提供一種聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠的制備方法及應(yīng)用。

2、一種聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠的制備方法，按以下步驟進(jìn)行：

3、步驟s1：提取纖維素；

4、將秸稈粉加入到氫氧化鈉溶液中，在65～85℃的溫度條件下攪拌1.5～2h；攪拌結(jié)束后，用蒸餾水清洗至中性，然后烘干，再加入鹽酸溶液，在65～85℃的溫度條件下繼續(xù)攪拌1.5～2h；攪拌結(jié)束后，漂洗3～5次，置于冷凍干燥機(jī)內(nèi)干燥，得到纖維素粉；

5、步驟s2：制備聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠；

6、將纖維素粉和fe3o4置于離心管中，得到樣品a；將聚乙烯亞胺置于另一個(gè)離心管中，得到樣品b；兩個(gè)離心管均加入naoh溶液，冷凍12～14h后取出，融化后將樣品a和樣品b混合，反應(yīng)2～5min；反應(yīng)結(jié)束后加入環(huán)氧氯丙烷，超聲20～30min，然后在-5～0℃下振蕩反應(yīng)1～1.5h后，先置于烘箱內(nèi)烘干，再轉(zhuǎn)移至冷凍干燥機(jī)中完全干燥，得到聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠；所述的纖維素粉、fe3o4與聚乙烯亞胺的質(zhì)量比為4：1：5。

7、一種聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠的應(yīng)用，所述的聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠用于吸附水體和土壤中的污染物鎘。

8、本發(fā)明的有益效果：

9、本發(fā)明通過制備聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠，對(duì)cd污染水體和土壤進(jìn)行修復(fù)，具有合成簡(jiǎn)便、修復(fù)效果好、有效回收等優(yōu)點(diǎn)，主要作用機(jī)制包括：(1)mcapei表面富含氨基、羥基官能團(tuán)可以與cd發(fā)生配位螯合，降低cd的有效性；(2)mcapei還有一定的孔隙結(jié)構(gòu)，cd可通過擴(kuò)散作用進(jìn)入到孔隙中，隨后通過孔隙填充沉積到修復(fù)劑表面；(3)mcapei中的fe3o4能夠與cd形成沉淀，對(duì)cd進(jìn)行固定。由于mcapei具有磁性，在外部磁場(chǎng)的作用下，將已經(jīng)固定cd于表面的材料進(jìn)行回收，實(shí)現(xiàn)水體及土壤中cd的有效去除，促進(jìn)了土壤中重金屬修復(fù)劑的開發(fā)與應(yīng)用。

10、本發(fā)明將纖維素制備成具有可再生性、易于表面改性及三維結(jié)構(gòu)形態(tài)的氣凝膠，同時(shí)引入具有磁性的氧化鐵(fe3o4)，可以通過外部磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)分散在土壤或溶液中cd的有效去除以及材料的高效回收，大大提高了修復(fù)劑的重復(fù)使用率，還減少了操作時(shí)間和成本。綜上，本發(fā)明不僅響應(yīng)了當(dāng)前環(huán)境治理的緊迫需求，提供了一種經(jīng)濟(jì)可行、環(huán)境友好的水體和土壤凈化方案，而且還體現(xiàn)了在現(xiàn)代環(huán)境策略下，通過材料創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展。

11、本發(fā)明可獲得一種聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠的制備方法及應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠的制備方法，其特征在于該制備方法按以下步驟進(jìn)行：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠的制備方法，其特征在于步驟s1中所述的秸稈粉的質(zhì)量與氫氧化鈉溶液的體積的比為(10～15)g：(250～375)ml，氫氧化鈉溶液的濃度為1.5～2mol/l。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠的制備方法，其特征在于步驟s1中所述的鹽酸溶液的濃度為1～1.5mol/l。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠的制備方法，其特征在于步驟s1中使用0.3～0.5mol/l的次氯酸鈉溶液進(jìn)行漂洗。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠的制備方法，其特征在于步驟s2中纖維素粉和fe3o4的總質(zhì)量與naoh溶液的體積的比為(0.5～1)g：(10～20)ml。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠的制備方法，其特征在于步驟s2中聚乙烯亞胺的質(zhì)量與naoh溶液的體積的比為(0.5～1)g：(10～20)ml，所述的naoh溶液中氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5～9％。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠的制備方法，其特征在于步驟s1和步驟s2中冷凍干燥機(jī)的參數(shù)設(shè)定均為：溫度為-60℃～-40℃，真空度為20pa～100pa，凍結(jié)時(shí)間為18～24h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠的制備方法，其特征在于步驟s2中纖維素粉、fe3o4和聚乙烯亞胺的總質(zhì)量與環(huán)氧氯丙烷的體積的比為(1～2)g：(1～2)ml。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠的制備方法，其特征在于步驟s2中振蕩反應(yīng)過程中的轉(zhuǎn)速為200～250rpm。

10.如權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的方法制備的一種聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠的應(yīng)用，其特征在于所述的聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠用于吸附水體和土壤中的污染物鎘。

技術(shù)總結(jié)
一種聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠的制備方法及應(yīng)用，涉及水體及土壤修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將纖維素制備成具有可再生性、易于表面改性及三維結(jié)構(gòu)形態(tài)的氣凝膠，同時(shí)引入具有磁性的氧化鐵，通過外部磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)分散在土壤或溶液中Cd的有效去除以及材料的高效回收，大大提高了修復(fù)劑的重復(fù)使用率，還減少了操作時(shí)間和成本。本發(fā)明可獲得一種聚乙烯亞胺功能化磁性纖維素氣凝膠的制備方法及應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：張穎,曲建華,畢馥漩,董宗昊,劉曉陽(yáng),李惠瑤,王夢(mèng)寧,王蕾,王磊,王一帆
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/12