本發(fā)明屬于有機(jī)固體廢棄物資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用菜場尾菜制備土壤保水劑的方法。
背景技術(shù)：
土壤保水劑是一種具有超強(qiáng)吸水、保水性能的高分子材料，具有吸水-釋水-干燥-再吸水的特性，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、園林等領(lǐng)域，對抑制土壤中水分的流失具有顯著的效果，能夠很好地緩解因降水偏少對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的不利影響。
目前，土壤保水劑主要分為三類：淀粉類、纖維素類、合成聚合物類。淀粉類土壤保水劑具有吸水倍數(shù)高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是操作復(fù)雜，不易控制，產(chǎn)品耐熱性差，不宜長期儲存。合成聚合物類土壤保水劑大部分是以丙烯酸、丙烯酰胺等為單體，通過聚合反應(yīng)制得，是現(xiàn)有高吸水樹脂應(yīng)用較廣的產(chǎn)品，優(yōu)點(diǎn)是吸水率高，缺點(diǎn)是生產(chǎn)成本較高，生物降解率低，易造成環(huán)境污染。纖維素具有多種親水性基團(tuán)，且由于其為纖維狀物質(zhì)，有很多毛細(xì)管，表面積大，因此具有很強(qiáng)的吸水性，雖然纖維素類土壤保水劑的吸水率略低于淀粉類，但其耐鹽性好，并可以直接制得纖維狀高吸水材料，且纖維素是世界上總量最大、價(jià)格最低廉的天然高分子材料。因此，纖維素類土壤保水劑已經(jīng)成為近年來吸水材料發(fā)展的一個熱點(diǎn)。
尾菜是新鮮蔬菜必須去掉的殘葉，俗稱為爛菜葉子。成熟的新鮮蔬菜在采割時(shí)多多少少都會去掉一些不可食用的部分，如白菜的根或是外層不完整的葉子；運(yùn)輸過程也會造成一些蔬菜的損傷，這時(shí)又要去掉殘損的葉子；在上架前還要進(jìn)行一些簡單的處理，在整個過程中都會產(chǎn)生一些廢棄的殘枝爛葉，從而形成蔬菜垃圾。菜場尾菜是一種連牲畜也不會多吃，作為沼氣材料也行不通的蔬菜垃圾，對城市的市容市貌影響很大，如不及時(shí)處理，會滋生細(xì)菌，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。目前尚無有效的菜場尾菜資源化利用手段。
申請公布號為CN 104448160 A的中國發(fā)明專利公開了一種以廢棄紙屑為原材料的農(nóng)用保水劑的制備方法，采用廢棄紙屑為原料，經(jīng)預(yù)處理后，在引發(fā)劑和交聯(lián)劑的作用下，使廢棄紙屑中的纖維素大分子產(chǎn)生游離基，進(jìn)而與單體反應(yīng)，形成接枝共聚物，再經(jīng)后處理即得到農(nóng)用保水劑。上述專利公布的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了廢棄紙屑的再利用，減少了對環(huán)境的污染，同時(shí)富含纖維素的紙屑又是可以被生物降解的原材料，預(yù)防了其對土壤的進(jìn)一步污染。但該技術(shù)方案中，廢棄紙屑中纖維素的活化接枝處理需要經(jīng)硝酸浸泡、微波加熱等程序，工藝流程復(fù)雜，且生產(chǎn)成本高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)菜場尾菜資源化利用且工藝流程簡單的利用菜場尾菜制備土壤保水劑的方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
一種利用菜場尾菜制備土壤保水劑的方法，該方法具體包括以下步驟：
(1)對菜場尾菜進(jìn)行預(yù)處理；
(2)將預(yù)處理后的菜場尾菜加水漿化，得到漿化液體；
(3)將漿化液體置于反應(yīng)器中，升溫至60-80℃，并通入氮?dú)庖耘懦鰸{化液體及反應(yīng)器內(nèi)的空氣；
(4)加入丙烯酸，攪拌均勻后加入引發(fā)劑及交聯(lián)劑，進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng)；
(5)待出現(xiàn)粘稠狀物質(zhì)后，停止攪拌，并繼續(xù)反應(yīng)50-70min，之后降溫至30-35℃，即得到所述的土壤保水劑。
步驟(1)所述的預(yù)處理過程為：對菜場尾菜進(jìn)行壓榨并除去菜汁，之后依次經(jīng)水洗、冷凍干燥、粉碎、過篩即可。預(yù)處理過程中，水洗能夠充分去除菜場尾菜中的土質(zhì)、灰渣等無機(jī)雜質(zhì)；冷凍干燥能夠保留菜場尾菜中纖維素類成分的原始結(jié)構(gòu)；粉粹、過篩使其成小顆粒，達(dá)到勻質(zhì)化，以便充分進(jìn)行聚合交聯(lián)反應(yīng)。
所述的冷凍干燥過程中，冷凍溫度為-75℃至-65℃，干燥室真空度<10Pa；過篩后，所述的菜場尾菜的粒徑為100-150目。
步驟(2)所述的加水漿化過程為：將預(yù)處理后的菜場尾菜與水混合后，加入NaOH水溶液，之后升溫至35-40℃，并勻速攪拌至漿化狀，得到漿化液體。加水漿化便于后續(xù)交聯(lián)反應(yīng)在水相中進(jìn)行，NaOH的加入，一方面能夠使菜場尾菜的漿化更加均勻，另一方面也保證了后續(xù)丙烯酸的中和度。
每1mL水中加入0.02-0.04g所述的菜場尾菜，所述的NaOH水溶液中NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35-45％，所述的水與NaOH水溶液的體積比為20-30:1；所述的攪拌過程中，攪拌速率為250-300r/min，攪拌時(shí)間為30-40min。
步驟(3)中，所述的反應(yīng)器采用水浴升溫，所述的氮?dú)獾耐ㄈ霑r(shí)間為20-30min。所述的反應(yīng)器優(yōu)選為三口燒瓶反應(yīng)器，該三口燒瓶反應(yīng)器的容積優(yōu)選為250mL。
步驟(4)中，所述的引發(fā)劑為過硫酸鉀，所述的交聯(lián)劑為N,N-亞甲基雙丙烯酰胺。過硫酸鉀的純度優(yōu)選為99.99％。過硫酸鉀引發(fā)劑首先在菜場尾菜基體上引發(fā)形成自由基SO4-·，然后自由基與丙烯酸單體反應(yīng)生成接枝共聚物。N,N-亞甲基雙丙烯酰胺作為交聯(lián)劑，能夠在線型分子間起架橋作用，從而使多個線型分子相互鍵合交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物質(zhì)。
步驟(4)中，所述的漿化液體與丙烯酸的體積比為10-17:1；每1mL漿化液體中，分別加入0.0005-0.0022g所述的引發(fā)劑以及0.002-0.01g所述的交聯(lián)劑。
將土壤保水劑依次經(jīng)水洗、干燥、粉碎后，得到土壤保水劑顆粒。土壤保水劑顆粒便于儲存、運(yùn)輸以及使用。
所述的干燥為真空干燥，該真空干燥的溫度為50-70℃。粉碎過程在高速粉碎機(jī)中進(jìn)行。低溫真空干燥能夠?qū)ν寥辣Ｋ畡┻M(jìn)行快速干燥，同時(shí)保證土壤保水劑在干燥過程中不會發(fā)生氧化而使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化。
菜場尾菜中含有豐富的纖維素資源，本發(fā)明將垃圾中轉(zhuǎn)站或菜市場中的菜場尾菜依次經(jīng)預(yù)處理、加水漿化、進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng)后，制備出土壤保水劑，可應(yīng)用于土壤保水改良等方面，實(shí)現(xiàn)菜場尾菜的資源化利用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：
1)針對城市大型菜場中的尾菜垃圾帶來的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)等問題，采用高分子聚合、交聯(lián)方法對菜場尾菜進(jìn)行資源化利用，制備出高吸水性土壤保水劑，以應(yīng)用于土壤的保水改良等方面，為菜場尾菜提供了一種新的資源化利用途徑，減少了菜場垃圾的不合理處置對環(huán)境造成的污染，該方法成本低廉，工藝流程簡單易行，安全環(huán)保，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益與社會環(huán)境效益；
2)以菜場尾菜作為原料，經(jīng)預(yù)處理后，加入丙烯酸單體，并在引發(fā)劑和交聯(lián)劑共同作用下，聚合交聯(lián)制備出土壤保水劑，該方法利用菜場尾菜中存在的豐富纖維素和半纖維素，作為接枝骨架，與現(xiàn)有纖維素基吸水劑的制備工藝相比，具有節(jié)約資源、成本低、操作簡單、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1：
一種利用菜場尾菜制備土壤保水劑的方法，其步驟為：
(1)菜場尾菜垃圾預(yù)處理
菜場尾菜經(jīng)水洗、冷凍干燥后粉碎、過篩，待用。
(2)加水漿化
取干燥粉碎后的粉末1.0g，加入50mL去離子水，再加入2mL NaOH水溶液(40wt％)，升溫至35℃，勻速攪拌40min，攪拌速率為250r/min，至呈漿化狀。
(3)空氣排出
取漿化液體50mL，置于250mL三口燒瓶反應(yīng)器中，水浴升溫至70℃，通入氮?dú)?0min，排盡溶液及反應(yīng)器內(nèi)的空氣。
(4)聚合交聯(lián)
(4-1)丙烯酸的加入量為3mL，攪拌速度為200r/min；
(4-2)引發(fā)劑為K2S2O8(分析純，純度為99.99％)，加入量為0.0271g；
(4-3)交聯(lián)劑為N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，加入量為0.1g；
(4-4)待出現(xiàn)粘稠狀物質(zhì)后，停止攪拌，繼續(xù)反應(yīng)60min，降溫至30℃取出所得物質(zhì)。
(5)土壤保水劑顆粒
將所得物質(zhì)真空干燥，干燥溫度為60℃，干燥后的產(chǎn)品用高速粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎、過篩，得到綠色固體顆粒，即為土壤保水劑顆粒。
實(shí)施例2：
一種利用菜場尾菜制備土壤保水劑的方法，其步驟為：
(1)菜場尾菜垃圾預(yù)處理
菜場尾菜經(jīng)水洗、冷凍干燥后粉碎、過篩，待用。
(2)加水漿化
取干燥粉碎后的粉末1.5g，加入50mL去離子水，再加入2mL NaOH水溶液(40wt％)，升溫至40℃，勻速攪拌30min，攪拌速率為300r/min，至呈漿化狀。
(3)空氣排出
取漿化液體50mL，置于250mL三口燒瓶反應(yīng)器中，水浴升溫至70℃，通入氮?dú)?0min，排盡溶液及反應(yīng)器內(nèi)的空氣。
(4)聚合交聯(lián)
(4-1)丙烯酸的加入量為5mL，攪拌速度為250r/min；
(4-2)引發(fā)劑為K2S2O8(分析純，純度為99.99％)，加入量為0.0541g；
(4-3)交聯(lián)劑為N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，加入量為0.15g；
(4-4)待出現(xiàn)粘稠狀物質(zhì)后，停止攪拌，繼續(xù)反應(yīng)60min，降溫至35℃取出所得物質(zhì)。
(5)土壤保水劑顆粒
將所得物質(zhì)真空干燥，干燥溫度為60℃，干燥后的產(chǎn)品用高速粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎、過篩，得到綠色固體顆粒，即為土壤保水劑顆粒。
實(shí)施例3：
一種利用菜場尾菜制備土壤保水劑的方法，其步驟為：
(1)菜場尾菜垃圾預(yù)處理
菜場尾菜經(jīng)水洗、冷凍干燥后粉碎、過篩，待用。
(2)加水漿化
取干燥粉碎后的粉末2.0g，加入50mL去離子水，再加入2mL NaOH水溶液(40wt％)，升溫至37℃，勻速攪拌35min，攪拌速率為270r/min，至呈漿化狀。
(3)空氣排出
取漿化液體50mL，置于250mL三口燒瓶反應(yīng)器中，水浴升溫至70℃，通入氮?dú)?5min，排盡溶液及反應(yīng)器內(nèi)的空氣。
(4)聚合交聯(lián)
(4-1)丙烯酸的加入量為5mL，攪拌速度為220r/min；
(4-2)引發(fā)劑為K2S2O8(分析純，純度為99.99％)，加入量為0.1082g；
(4-3)交聯(lián)劑為N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，加入量為0.2g；
(4-4)待出現(xiàn)粘稠狀物質(zhì)后，停止攪拌，繼續(xù)反應(yīng)60min，降溫至32℃取出所得物質(zhì)。
(5)土壤保水劑顆粒
將所得物質(zhì)真空干燥，干燥溫度為60℃，干燥后的產(chǎn)品用高速粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎、過篩，得到綠色固體顆粒，即為土壤保水劑顆粒。
實(shí)施例4：
一種利用菜場尾菜制備土壤保水劑的方法，該方法具體包括以下步驟：
(1)對菜場尾菜進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理過程為：對菜場尾菜進(jìn)行壓榨并除去菜汁，之后依次經(jīng)水洗、冷凍干燥、粉碎、過篩即可，其中，冷凍干燥過程中，冷凍溫度為-75℃，干燥室真空度為5Pa；過篩后，菜場尾菜的粒徑為100-120目；
(2)將預(yù)處理后的菜場尾菜加水漿化，即：將預(yù)處理后的菜場尾菜與水混合后，加入NaOH水溶液，之后升溫至37℃，并勻速攪拌至漿化狀，得到漿化液體，其中，每1mL水中加入0.03g菜場尾菜，NaOH水溶液中NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％，水與NaOH水溶液的體積比為25:1；攪拌過程中，攪拌速率為270r/min，攪拌時(shí)間為35min；
(3)將漿化液體置于反應(yīng)器中，采用水浴升溫至60℃，并通入氮?dú)?0min以排出漿化液體及反應(yīng)器內(nèi)的空氣；
(4)加入丙烯酸，攪拌均勻后加入引發(fā)劑過硫酸鉀及交聯(lián)劑N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng)，其中，漿化液體與丙烯酸的體積比為14:1；每1mL漿化液體中，分別加入0.0013g引發(fā)劑以及0.006g交聯(lián)劑；
(5)待出現(xiàn)粘稠狀物質(zhì)后，停止攪拌，并繼續(xù)反應(yīng)50min，之后降溫至35℃，即得到土壤保水劑。
將土壤保水劑依次經(jīng)水洗、干燥、粉碎后，得到土壤保水劑顆粒，其中，干燥為真空干燥，該真空干燥的溫度為60℃。
實(shí)施例5：
一種利用菜場尾菜制備土壤保水劑的方法，該方法具體包括以下步驟：
(1)對菜場尾菜進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理過程為：對菜場尾菜進(jìn)行壓榨并除去菜汁，之后依次經(jīng)水洗、冷凍干燥、粉碎、過篩即可，其中，冷凍干燥過程中，冷凍溫度為-65℃，干燥室真空度為7Pa；過篩后，菜場尾菜的粒徑為120-150目；
(2)將預(yù)處理后的菜場尾菜加水漿化，即：將預(yù)處理后的菜場尾菜與水混合后，加入NaOH水溶液，之后升溫至40℃，并勻速攪拌至漿化狀，得到漿化液體，其中，每1mL水中加入0.02g菜場尾菜，NaOH水溶液中NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45％，水與NaOH水溶液的體積比為20:1；攪拌過程中，攪拌速率為300r/min，攪拌時(shí)間為30min；
(3)將漿化液體置于反應(yīng)器中，采用水浴升溫至80℃，并通入氮?dú)?0min以排出漿化液體及反應(yīng)器內(nèi)的空氣；
(4)加入丙烯酸，攪拌均勻后加入引發(fā)劑過硫酸鉀及交聯(lián)劑N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng)，其中，漿化液體與丙烯酸的體積比為10:1；每1mL漿化液體中，分別加入0.0022g引發(fā)劑以及0.002g交聯(lián)劑；
(5)待出現(xiàn)粘稠狀物質(zhì)后，停止攪拌，并繼續(xù)反應(yīng)70min，之后降溫至30℃，即得到土壤保水劑。
將土壤保水劑依次經(jīng)水洗、干燥、粉碎后，得到土壤保水劑顆粒，其中，干燥為真空干燥，該真空干燥的溫度為70℃。
實(shí)施例6：
一種利用菜場尾菜制備土壤保水劑的方法，該方法具體包括以下步驟：
(1)對菜場尾菜進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理過程為：對菜場尾菜進(jìn)行壓榨并除去菜汁，之后依次經(jīng)水洗、冷凍干燥、粉碎、過篩即可，其中，冷凍干燥過程中，冷凍溫度為-70℃，干燥室真空度為9Pa；過篩后，菜場尾菜的粒徑為100-150目；
(2)將預(yù)處理后的菜場尾菜加水漿化，即：將預(yù)處理后的菜場尾菜與水混合后，加入NaOH水溶液，之后升溫至35℃，并勻速攪拌至漿化狀，得到漿化液體，其中，每1mL水中加入0.04g菜場尾菜，NaOH水溶液中NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35％，水與NaOH水溶液的體積比為30:1；攪拌過程中，攪拌速率為250r/min，攪拌時(shí)間為40min；
(3)將漿化液體置于反應(yīng)器中，采用水浴升溫至70℃，并通入氮?dú)?5min以排出漿化液體及反應(yīng)器內(nèi)的空氣；
(4)加入丙烯酸，攪拌均勻后加入引發(fā)劑過硫酸鉀及交聯(lián)劑N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng)，其中，漿化液體與丙烯酸的體積比為17:1；每1mL漿化液體中，分別加入0.0005g引發(fā)劑以及0.01g交聯(lián)劑；
(5)待出現(xiàn)粘稠狀物質(zhì)后，停止攪拌，并繼續(xù)反應(yīng)60min，之后降溫至32℃，即得到土壤保水劑。
將土壤保水劑依次經(jīng)水洗、干燥、粉碎后，得到土壤保水劑顆粒，其中，干燥為真空干燥，該真空干燥的溫度為50℃。
上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。