一种修复喹啉铜污染农田土壤的介孔二氧化硅复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于土壤修复材料技术领域，具体涉及一种修复喹啉铜污染农田土壤的介孔二氧化硅复合材料的制备方法。
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【背景技术】
[0003]随着世界人口的增多，粮食高产和安全问题已经迫在眉睫，中国农业首当其冲。农田污染是粮食高产的重要制约因素，造成农业综合生产能力下降，已经影响到我国农业生产可持续性、农产品质量安全和国家生态环境安全，成为我国社会经济可持续发展的重大障碍，引起了国内外的广泛关注。在农田污染的众多因素中，化肥、农药、污水灌溉和废弃物等是造成农田污染的主要原因。农药进入土壤的途径主要有三种。一是农药由田间施肥直接进入土壤；二是喷洒时附着在作物上的农药，通过作物落叶、雨水淋洗而进入土壤；第三神是随着大气沉降，灌溉水和动植物残体而进入土壤。研究表明，一般农田均受到不同程度的污染，而农药直接施人土壤的地区造成的农药土壤污染更为严重。绝大多数的农药为有机化合物，少数为有机一无机化合物或纯矿物质，个别农药在其组成中含有Hg、As、Cu、Zn等重金属。据此粗略估算约85%的农药流失到环境中，其中约30%扩散到大气中，被农田排水和径流带入地表水20%，土壤中残留30%，随下渗水进入地下水5%。
[0004]棕丝纤维是广泛分布在棕树中的一种厚壁组织。它的细胞细长，两端尖锐，具有较厚的次生壁，壁上常有单纹孔，成熟时一般没有活的原生质体。植物纤维在植物体中主要起机械支持作用。据在植物体中分布位置的不同，大致可分为木质部外纤维与木质部纤维两大类。木纤维类型结构木质部外纤维，包括韧皮纤维，皮层纤维和围绕维管束的纤维。这类纤维一般为长纺锤形，两端尖锐，有的两端成为钝形成分叉。细胞壁较厚，相对细胞腔较小。细胞壁具不同程度木质化或完全没有木质化，初生纤维通常要比次生纤维长。木质部纤维又称木纤维，大都有木质化的次生壁，细胞形状通常也是两端尖锐，但有各种形状与纹孔上的变化。
[0005]本发明的创造性在于:(1)介孔二氧化硅复合材料是一种新型复合材料，有望成为废弃物资源化利用的典范；(2)用氰基丙烯酸乙酯将改性介孔二氧化硅固定至棕丝中，制备介孔二氧化硅复合材料的工艺未见文献报道；(3)无论与介孔二氧化硅相比，还是棕丝相比，复合材料的物理形态、成分结构、催化活性等性能均具备突出的实质性特点和显著的进步。
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【发明内容】
[0007]本发明属于土壤修复材料领域，涉及一种修复喹啉铜污染农田土壤的介孔二氧化硅复合材料的制备方法。本发明提出的制备方法是将改性介孔二氧化硅复合到氨化棕丝的孔道中，具体工艺包括棕丝洗净、氨化、介孔二氧化硅改性以及复合材料制备等。本发明制备的介孔二氧化硅复合材料具有以下优点:(I)用聚丙烯酸酯将介孔二氧化硅固定至棕丝中，既能发挥棕丝密度轻、比表面积大的特性，又能利用了改性介孔二氧化硅对喹啉铜降解催化力强的优点；(2)与介孔二氧化硅粉体相比，复合材料避免了介孔二氧化硅粉体团聚结块、催化力降低的问题，又能避免介孔二氧化硅催化剂难以回收，引发土壤肥力下降的问题；(3)拓展了棕丝的功能，提高了棕丝对喹啉铜中铜离子的吸收力。本发明制备的棕丝材料将土壤中的喹啉铜含量降低90%以上，可用于农药污染农田的修复，市场前景广阔。
[0008]本发明提出的介孔二氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于:
1)清洁棕丝:将棕丝漂洗、烘干；
2)棕丝氨化:将清洁后的棕丝置于氨化溶液中，于50°C放置10分钟，漂洗、烘干；其中氨化溶液的配方是溶剂为去离子水，溶液中各种溶质浓度分别为:氨水浓度5~10g/L，乙二胺浓度5~10g/L，尿素浓度5~10g/L，硝酸钙浓度5~10g/L ;
3)介孔二氧化硅改性:将介孔二氧化硅置于丙烯酸/四丁基溴化铵混合水溶液中，搅拌I小时，过滤，于100°C干燥I小时，冷却，用去离子水洗涤，干燥，得改性的介孔二氧化硅；其中介孔二氧化硅与丙烯酸/四丁基溴化铵混合水溶液的料/液比为1/5~1/10 g/ mL ;其中丙烯酸/四丁基溴化铵混合水溶液中丙烯酸的质量浓度为5~10%，四丁基溴化铵的质量浓度为5~10% ；
4)复合材料制备:将聚丙烯酸酯溶于乙二醇二乙酯中，依次加入氨化棕丝及改性介孔二氧化硅，搅拌2小时，将混合物置于模具中，于50~100°C干燥5小时，得介孔二氧化硅复合材料；其中各种物料的重量比为:氨化棕丝/改性介孔二氧化硅/氰基丙烯酸乙酯/乙二醇二乙酯=3/1/2/4。
[0009]将复合材料与喹啉铜含量为5%的农田土壤混合，添加适量的水，在模拟太阳光下照射6小时，静置，测试土壤中喹啉铜的含量，计算喹啉铜去除率；测试复合材料中的铜含量，计算铜离子吸附量。
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【具体实施方式】
[0011]下面通过实施例进一步描述本发明实施例1
将棕丝用自来水洗净，烘干。
[0012]将氨水、乙二胺、尿素、硝酸钙溶于去离子水中，氨水浓度为5g/L，乙二胺浓度为5g/L，尿素浓度为5g/L，硝酸钙浓度为5g/L，得氨化溶液。
[0013]将50g洗净的棕丝置于500mL氨化溶液中，于50°C放置10分钟，漂洗、烘干，得氨化的棕丝。
[0014]将丙烯酸、四丁基溴化铵溶于去离子水中，丙烯酸的质量浓度为5%，四丁基溴化铵的质量浓度为5%，得丙烯酸/四丁基溴化铵混合水溶液。
[0015]将10g介孔二氧化硅置于500mL丙烯酸/四丁基溴化铵混合水溶液中，搅拌I小时，过滤，于100°c干燥I小时，冷却，用去离子水洗涤，干燥，得改性的介孔二氧化硅。
[0016]将20g聚丙烯酸酯溶于40g乙二醇二乙酯中，依次加入30g氨化棕丝及1g改性介孔二氧化硅，搅拌2小时，将混合物置于模具中，于50°C干燥5小时，得介孔二氧化硅复合材料。
[0017]将5g复合材料与100g喹啉铜含量为5%的污染土壤混合，添加1000 mL水，在模拟太阳光下照射6小时，静置，测试土壤中喹啉铜的含量，计算喹啉铜去除率为96%;测试复合材料中的铜含量，计算铜离子吸附量为34.3mg/go
[0018]
实施例2