本发明属于有机固体废弃物资源化利用技术领域，涉及一种利用菜场尾菜制备土壤保水剂的方法。
背景技术：
土壤保水剂是一种具有超强吸水、保水性能的高分子材料，具有吸水-释水-干燥-再吸水的特性，被广泛应用于农业、园林等领域，对抑制土壤中水分的流失具有显著的效果，能够很好地缓解因降水偏少对农业生产造成的不利影响。
目前，土壤保水剂主要分为三类：淀粉类、纤维素类、合成聚合物类。淀粉类土壤保水剂具有吸水倍数高、成本低等优点，但其缺点是操作复杂，不易控制，产品耐热性差，不宜长期储存。合成聚合物类土壤保水剂大部分是以丙烯酸、丙烯酰胺等为单体，通过聚合反应制得，是现有高吸水树脂应用较广的产品，优点是吸水率高，缺点是生产成本较高，生物降解率低，易造成环境污染。纤维素具有多种亲水性基团，且由于其为纤维状物质，有很多毛细管，表面积大，因此具有很强的吸水性，虽然纤维素类土壤保水剂的吸水率略低于淀粉类，但其耐盐性好，并可以直接制得纤维状高吸水材料，且纤维素是世界上总量最大、价格最低廉的天然高分子材料。因此，纤维素类土壤保水剂已经成为近年来吸水材料发展的一个热点。
尾菜是新鲜蔬菜必须去掉的残叶，俗称为烂菜叶子。成熟的新鲜蔬菜在采割时多多少少都会去掉一些不可食用的部分，如白菜的根或是外层不完整的叶子；运输过程也会造成一些蔬菜的损伤，这时又要去掉残损的叶子；在上架前还要进行一些简单的处理，在整个过程中都会产生一些废弃的残枝烂叶，从而形成蔬菜垃圾。菜场尾菜是一种连牲畜也不会多吃，作为沼气材料也行不通的蔬菜垃圾，对城市的市容市貌影响很大，如不及时处理，会滋生细菌，造成严重的环境污染。目前尚无有效的菜场尾菜资源化利用手段。
申请公布号为CN 104448160 A的中国发明专利公开了一种以废弃纸屑为原材料的农用保水剂的制备方法，采用废弃纸屑为原料，经预处理后，在引发剂和交联剂的作用下，使废弃纸屑中的纤维素大分子产生游离基，进而与单体反应，形成接枝共聚物，再经后处理即得到农用保水剂。上述专利公布的技术方案实现了废弃纸屑的再利用，减少了对环境的污染，同时富含纤维素的纸屑又是可以被生物降解的原材料，预防了其对土壤的进一步污染。但该技术方案中，废弃纸屑中纤维素的活化接枝处理需要经硝酸浸泡、微波加热等程序，工艺流程复杂，且生产成本高。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够实现菜场尾菜资源化利用且工艺流程简单的利用菜场尾菜制备土壤保水剂的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种利用菜场尾菜制备土壤保水剂的方法，该方法具体包括以下步骤：
(1)对菜场尾菜进行预处理；
(2)将预处理后的菜场尾菜加水浆化，得到浆化液体；
(3)将浆化液体置于反应器中，升温至60-80℃，并通入氮气以排出浆化液体及反应器内的空气；
(4)加入丙烯酸，搅拌均匀后加入引发剂及交联剂，进行接枝共聚反应和交联反应；
(5)待出现粘稠状物质后，停止搅拌，并继续反应50-70min，之后降温至30-35℃，即得到所述的土壤保水剂。
步骤(1)所述的预处理过程为：对菜场尾菜进行压榨并除去菜汁，之后依次经水洗、冷冻干燥、粉碎、过筛即可。预处理过程中，水洗能够充分去除菜场尾菜中的土质、灰渣等无机杂质；冷冻干燥能够保留菜场尾菜中纤维素类成分的原始结构；粉粹、过筛使其成小颗粒，达到匀质化，以便充分进行聚合交联反应。
所述的冷冻干燥过程中，冷冻温度为-75℃至-65℃，干燥室真空度<10Pa；过筛后，所述的菜场尾菜的粒径为100-150目。
步骤(2)所述的加水浆化过程为：将预处理后的菜场尾菜与水混合后，加入NaOH水溶液，之后升温至35-40℃，并匀速搅拌至浆化状，得到浆化液体。加水浆化便于后续交联反应在水相中进行，NaOH的加入，一方面能够使菜场尾菜的浆化更加均匀，另一方面也保证了后续丙烯酸的中和度。
每1mL水中加入0.02-0.04g所述的菜场尾菜，所述的NaOH水溶液中NaOH的质量分数为35-45％，所述的水与NaOH水溶液的体积比为20-30:1；所述的搅拌过程中，搅拌速率为250-300r/min，搅拌时间为30-40min。
步骤(3)中，所述的反应器采用水浴升温，所述的氮气的通入时间为20-30min。所述的反应器优选为三口烧瓶反应器，该三口烧瓶反应器的容积优选为250mL。
步骤(4)中，所述的引发剂为过硫酸钾，所述的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。过硫酸钾的纯度优选为99.99％。过硫酸钾引发剂首先在菜场尾菜基体上引发形成自由基SO4-·，然后自由基与丙烯酸单体反应生成接枝共聚物。N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，能够在线型分子间起架桥作用，从而使多个线型分子相互键合交联成网状结构物质。
步骤(4)中，所述的浆化液体与丙烯酸的体积比为10-17:1；每1mL浆化液体中，分别加入0.0005-0.0022g所述的引发剂以及0.002-0.01g所述的交联剂。
将土壤保水剂依次经水洗、干燥、粉碎后，得到土壤保水剂颗粒。土壤保水剂颗粒便于储存、运输以及使用。
所述的干燥为真空干燥，该真空干燥的温度为50-70℃。粉碎过程在高速粉碎机中进行。低温真空干燥能够对土壤保水剂进行快速干燥，同时保证土壤保水剂在干燥过程中不会发生氧化而使其内部结构产生变化。
菜场尾菜中含有丰富的纤维素资源，本发明将垃圾中转站或菜市场中的菜场尾菜依次经预处理、加水浆化、进行接枝共聚反应和交联反应后，制备出土壤保水剂，可应用于土壤保水改良等方面，实现菜场尾菜的资源化利用。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)针对城市大型菜场中的尾菜垃圾带来的环境污染和资源浪费等问题，采用高分子聚合、交联方法对菜场尾菜进行资源化利用，制备出高吸水性土壤保水剂，以应用于土壤的保水改良等方面，为菜场尾菜提供了一种新的资源化利用途径，减少了菜场垃圾的不合理处置对环境造成的污染，该方法成本低廉，工艺流程简单易行，安全环保，具有较高的经济效益与社会环境效益；
2)以菜场尾菜作为原料，经预处理后，加入丙烯酸单体，并在引发剂和交联剂共同作用下，聚合交联制备出土壤保水剂，该方法利用菜场尾菜中存在的丰富纤维素和半纤维素，作为接枝骨架，与现有纤维素基吸水剂的制备工艺相比，具有节约资源、成本低、操作简单、环保等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
一种利用菜场尾菜制备土壤保水剂的方法，其步骤为：
(1)菜场尾菜垃圾预处理
菜场尾菜经水洗、冷冻干燥后粉碎、过筛，待用。
(2)加水浆化
取干燥粉碎后的粉末1.0g，加入50mL去离子水，再加入2mL NaOH水溶液(40wt％)，升温至35℃，匀速搅拌40min，搅拌速率为250r/min，至呈浆化状。
(3)空气排出
取浆化液体50mL，置于250mL三口烧瓶反应器中，水浴升温至70℃，通入氮气20min，排尽溶液及反应器内的空气。
(4)聚合交联
(4-1)丙烯酸的加入量为3mL，搅拌速度为200r/min；
(4-2)引发剂为K2S2O8(分析纯，纯度为99.99％)，加入量为0.0271g；
(4-3)交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，加入量为0.1g；
(4-4)待出现粘稠状物质后，停止搅拌，继续反应60min，降温至30℃取出所得物质。
(5)土壤保水剂颗粒
将所得物质真空干燥，干燥温度为60℃，干燥后的产品用高速粉碎机进行粉碎、过筛，得到绿色固体颗粒，即为土壤保水剂颗粒。
实施例2：
一种利用菜场尾菜制备土壤保水剂的方法，其步骤为：
(1)菜场尾菜垃圾预处理
菜场尾菜经水洗、冷冻干燥后粉碎、过筛，待用。
(2)加水浆化
取干燥粉碎后的粉末1.5g，加入50mL去离子水，再加入2mL NaOH水溶液(40wt％)，升温至40℃，匀速搅拌30min，搅拌速率为300r/min，至呈浆化状。
(3)空气排出
取浆化液体50mL，置于250mL三口烧瓶反应器中，水浴升温至70℃，通入氮气30min，排尽溶液及反应器内的空气。
(4)聚合交联
(4-1)丙烯酸的加入量为5mL，搅拌速度为250r/min；
(4-2)引发剂为K2S2O8(分析纯，纯度为99.99％)，加入量为0.0541g；
(4-3)交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，加入量为0.15g；
(4-4)待出现粘稠状物质后，停止搅拌，继续反应60min，降温至35℃取出所得物质。
(5)土壤保水剂颗粒
将所得物质真空干燥，干燥温度为60℃，干燥后的产品用高速粉碎机进行粉碎、过筛，得到绿色固体颗粒，即为土壤保水剂颗粒。
实施例3：
一种利用菜场尾菜制备土壤保水剂的方法，其步骤为：
(1)菜场尾菜垃圾预处理
菜场尾菜经水洗、冷冻干燥后粉碎、过筛，待用。
(2)加水浆化
取干燥粉碎后的粉末2.0g，加入50mL去离子水，再加入2mL NaOH水溶液(40wt％)，升温至37℃，匀速搅拌35min，搅拌速率为270r/min，至呈浆化状。
(3)空气排出
取浆化液体50mL，置于250mL三口烧瓶反应器中，水浴升温至70℃，通入氮气25min，排尽溶液及反应器内的空气。
(4)聚合交联
(4-1)丙烯酸的加入量为5mL，搅拌速度为220r/min；
(4-2)引发剂为K2S2O8(分析纯，纯度为99.99％)，加入量为0.1082g；
(4-3)交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，加入量为0.2g；
(4-4)待出现粘稠状物质后，停止搅拌，继续反应60min，降温至32℃取出所得物质。
(5)土壤保水剂颗粒
将所得物质真空干燥，干燥温度为60℃，干燥后的产品用高速粉碎机进行粉碎、过筛，得到绿色固体颗粒，即为土壤保水剂颗粒。
实施例4：
一种利用菜场尾菜制备土壤保水剂的方法，该方法具体包括以下步骤：
(1)对菜场尾菜进行预处理，预处理过程为：对菜场尾菜进行压榨并除去菜汁，之后依次经水洗、冷冻干燥、粉碎、过筛即可，其中，冷冻干燥过程中，冷冻温度为-75℃，干燥室真空度为5Pa；过筛后，菜场尾菜的粒径为100-120目；
(2)将预处理后的菜场尾菜加水浆化，即：将预处理后的菜场尾菜与水混合后，加入NaOH水溶液，之后升温至37℃，并匀速搅拌至浆化状，得到浆化液体，其中，每1mL水中加入0.03g菜场尾菜，NaOH水溶液中NaOH的质量分数为40％，水与NaOH水溶液的体积比为25:1；搅拌过程中，搅拌速率为270r/min，搅拌时间为35min；
(3)将浆化液体置于反应器中，采用水浴升温至60℃，并通入氮气30min以排出浆化液体及反应器内的空气；
(4)加入丙烯酸，搅拌均匀后加入引发剂过硫酸钾及交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，进行接枝共聚反应和交联反应，其中，浆化液体与丙烯酸的体积比为14:1；每1mL浆化液体中，分别加入0.0013g引发剂以及0.006g交联剂；
(5)待出现粘稠状物质后，停止搅拌，并继续反应50min，之后降温至35℃，即得到土壤保水剂。
将土壤保水剂依次经水洗、干燥、粉碎后，得到土壤保水剂颗粒，其中，干燥为真空干燥，该真空干燥的温度为60℃。
实施例5：
一种利用菜场尾菜制备土壤保水剂的方法，该方法具体包括以下步骤：
(1)对菜场尾菜进行预处理，预处理过程为：对菜场尾菜进行压榨并除去菜汁，之后依次经水洗、冷冻干燥、粉碎、过筛即可，其中，冷冻干燥过程中，冷冻温度为-65℃，干燥室真空度为7Pa；过筛后，菜场尾菜的粒径为120-150目；
(2)将预处理后的菜场尾菜加水浆化，即：将预处理后的菜场尾菜与水混合后，加入NaOH水溶液，之后升温至40℃，并匀速搅拌至浆化状，得到浆化液体，其中，每1mL水中加入0.02g菜场尾菜，NaOH水溶液中NaOH的质量分数为45％，水与NaOH水溶液的体积比为20:1；搅拌过程中，搅拌速率为300r/min，搅拌时间为30min；
(3)将浆化液体置于反应器中，采用水浴升温至80℃，并通入氮气20min以排出浆化液体及反应器内的空气；
(4)加入丙烯酸，搅拌均匀后加入引发剂过硫酸钾及交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，进行接枝共聚反应和交联反应，其中，浆化液体与丙烯酸的体积比为10:1；每1mL浆化液体中，分别加入0.0022g引发剂以及0.002g交联剂；
(5)待出现粘稠状物质后，停止搅拌，并继续反应70min，之后降温至30℃，即得到土壤保水剂。
将土壤保水剂依次经水洗、干燥、粉碎后，得到土壤保水剂颗粒，其中，干燥为真空干燥，该真空干燥的温度为70℃。
实施例6：
一种利用菜场尾菜制备土壤保水剂的方法，该方法具体包括以下步骤：
(1)对菜场尾菜进行预处理，预处理过程为：对菜场尾菜进行压榨并除去菜汁，之后依次经水洗、冷冻干燥、粉碎、过筛即可，其中，冷冻干燥过程中，冷冻温度为-70℃，干燥室真空度为9Pa；过筛后，菜场尾菜的粒径为100-150目；
(2)将预处理后的菜场尾菜加水浆化，即：将预处理后的菜场尾菜与水混合后，加入NaOH水溶液，之后升温至35℃，并匀速搅拌至浆化状，得到浆化液体，其中，每1mL水中加入0.04g菜场尾菜，NaOH水溶液中NaOH的质量分数为35％，水与NaOH水溶液的体积比为30:1；搅拌过程中，搅拌速率为250r/min，搅拌时间为40min；
(3)将浆化液体置于反应器中，采用水浴升温至70℃，并通入氮气25min以排出浆化液体及反应器内的空气；
(4)加入丙烯酸，搅拌均匀后加入引发剂过硫酸钾及交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，进行接枝共聚反应和交联反应，其中，浆化液体与丙烯酸的体积比为17:1；每1mL浆化液体中，分别加入0.0005g引发剂以及0.01g交联剂；
(5)待出现粘稠状物质后，停止搅拌，并继续反应60min，之后降温至32℃，即得到土壤保水剂。
将土壤保水剂依次经水洗、干燥、粉碎后，得到土壤保水剂颗粒，其中，干燥为真空干燥，该真空干燥的温度为50℃。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。