CN115337901A - 一种具有重金属离子吸附功能的可降解材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有重金属离子吸附功能的可降解材料及其制备方法和应用，可降解材料按重量份数计包括，聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯60～90份，改性多孔吸附剂10～40份，相容剂1～10份，扩链剂0.1～1份，开口剂0.1～10份；其中，所述改性多孔吸附剂为负载磁铁矿的多孔材料。本发明赋予可降解生物地膜重金属离子吸附的功能，即通地膜覆盖的同时使土壤中重金属离子发生迁移，达到改善土壤结构，提高农作物产量的效果。

Description

一种具有重金属离子吸附功能的可降解材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于可生物降解材料技术领域，具体涉及到一种具有重金属离子吸附功能的可降解材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着工业进步和社会发展，土壤污染问题越来越严重。重金属污染物稳定且难降解，一旦进入土壤环境，则难以消除，积累到一定限度就会对生态系统产生巨大的威胁。土壤中的重金属可以通过直接接触或食物链危害动物及人类健康。铅离子在人体内的蓄积可对大脑造成一定的损害，导致学习和记忆力下降，并且很容易影响骨代谢，导致基因突变。因此重金属污染已成为当今农业、生态和环境科学领域研究的重要内容。吸附法因其原料易得、操作简单，被称为处理重金属污染的一种经济有效的方法，开发制备过程简单和成本低廉的多孔材料用于环保领域是今后努力的方向之一。当前众多多孔材料应用于重金属吸附的研究，效果不甚理想。
叶腊石是一种层状硅铝酸盐，是我国丰富的非金属矿产资源之一，因其具有天然无毒，机械强度大，耐高温等优势，被当做一种重要的结构和功能材料。由硅酸盐矿物制备的各种高比表面积的材料和多孔材料对一些重金属和危害性较大的有毒离子有一定的吸附能力。为了将自然资源利用最大化，提升资源利用价值，同时赋予可降解农膜更多功能，针对特殊区域土地重金属超标的难题，采用改性多孔吸附材料作为填充物，能够起到吸附重金属和钝化重金属的功效，保证作物的绿色环保和食品安全。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
本发明的其中一个目的是提供一种具有重金属离子吸附功能的可降解材料，赋予可降解生物地膜重金属离子吸附的功能，即通地膜覆盖的同时使土壤中重金属离子发生迁移，达到改善土壤结构，提高农作物产量的效果。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种具有重金属离子吸附功能的可降解材料，按重量份数计，包括，聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯60～90份，改性多孔吸附剂10～40份，相容剂1～10份，扩链剂0.1～1份，开口剂0.1～10份；
其中，所述改性多孔吸附剂为负载磁铁矿的多孔材料。
作为本发明具有重金属离子吸附功能的可降解材料的一种优选方案，其中：所述多孔材料为比表面积大于20m2﹒g-1的氧化铝基多孔材料；所述磁铁矿包括四氧化三铁、三氧化二铁、氧化亚铁中的一种或多种。
作为本发明具有重金属离子吸附功能的可降解材料的一种优选方案，其中：所述相容剂包括马来酸酐、双马来酰亚胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯基硅烷和马来酸酐-丙烯酸共聚物中的一种或多种。
作为本发明具有重金属离子吸附功能的可降解材料的一种优选方案，其中：所述扩链剂包括ADR-4468、ADR-4368、ADR-4300和ADR 4370F中的一种或多种。
作为本发明具有重金属离子吸附功能的可降解材料的一种优选方案，其中：所述开口剂选自有机开口剂或无机开口剂，所述无机开口剂包括碳酸钙、滑石粉、氧化钙、氧化钛中的一种或多种；所述有机开口剂包括芥酸酰胺、油酸酰胺中的一种或多种。
本发明的另一个目的是提供如上述所述的具有重金属离子吸附功能的可降解材料的制备方法，包括，
提供改性多孔吸附剂；
按照上述所述的重量份数准备原料；
将各组分干燥后物理共混，放入双螺杆挤出机中挤出造粒，所得粒料放入吹膜机中吹塑成型，得到具有重金属离子吸附功能的可降解材料。
作为本发明具有重金属离子吸附功能的可降解材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述将各组分干燥后物理共混，在60～90℃干燥8～24h，冷却后物理共混0.5～2h。
作为本发明具有重金属离子吸附功能的可降解材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述放入双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机温度120～180℃，螺杆转速180～220rpm。
作为本发明具有重金属离子吸附功能的可降解材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述粒料放入吹膜机中吹塑成型，螺杆转速400～1300rpm，螺杆长径比大于28:1、不超过35:1，吹塑温度120～170℃。
作为本发明具有重金属离子吸附功能的可降解材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述提供改性多孔吸附剂，包括，
将叶腊石原粉进行热活化；
将热活化后所得叶腊石粉悬浮于碱溶液中，在高压釜中浸出，将浸出样品离心，用蒸馏水洗涤后烘干，得到多孔叶腊石；
将氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁中的一种或多种组合加入蒸馏水中加热、搅拌，得到混合溶液；
将多孔叶腊石粉末加入到混合溶液中搅拌，滴加碱溶液，形成固相，调整pH，所得固相室温老化，用蒸馏水和乙醇反复清洗、干燥，得到改性多孔吸附剂。
作为本发明具有重金属离子吸附功能的可降解材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述热活化温度为700～1200℃。
作为本发明具有重金属离子吸附功能的可降解材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述碱溶液是氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中的一种或多种；所述碱溶液的浓度为80～140g/L。
作为本发明具有重金属离子吸附功能的可降解材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述将热活化后所得叶腊石粉悬浮于碱溶液中，所述碱溶液与叶腊石粉的液固比为8:1～16:1。
作为本发明具有重金属离子吸附功能的可降解材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述在高压釜中浸出，在高压釜中120℃浸出10～150min。
作为本发明具有重金属离子吸附功能的可降解材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述硫酸铁为Fe2(SO4)3﹒nH2O，其中，n为6～9中任一种。
作为本发明具有重金属离子吸附功能的可降解材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述硫酸亚铁为FeSO4﹒nH2O，其中，n为6～9中任一种。
作为本发明具有重金属离子吸附功能的可降解材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述将氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁中的一种或多种组合加入蒸馏水中加热、搅拌，将10～20g FeCl3、10～20g Fe2(SO4)3﹒nH2O、10～20g FeSO4﹒nH2O中的一种或多种的组合加入1300ml蒸馏水中加热60～100℃，搅拌15min。
作为本发明具有重金属离子吸附功能的可降解材料的制备方法的一种优选方案，其中：所述调整pH，所得固相室温老化，调整pH为10～11，搅拌60min，所得固相室温老化24h。
本发明的另一个目的是提供如上述任一项所述的具有重金属离子吸附功能的可降解材料在农用地膜中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明涉及一种可降解功能材料，所述可降解功能材料的组分包括可降解聚合物和改性多孔吸附剂，改性多孔吸附剂具有随机分布的孔径、高比表面积以及磁性吸附等功能。将本发明提供的可降解功能材料应用于农用地膜中，除了具备普通地膜的增温保墒、抑制杂草功能外，还可以缓解由部分重金属离子污染影响的土壤功能退化的问题。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
如无特别说明，实施例中所采用的原料均为商业购买。
实施例1
按照如下质量份数准备原料：聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯90份，改性多孔吸附剂10份，马来酸酐5份，ADR-4468 0.1份，芥酸酰胺1份。将各组分分别在70℃干燥24h，冷却后物理共混1h，放入双螺杆挤出机中挤出，挤出机温度170℃，螺杆转速200rpm，挤出后造粒，所得粒料放入吹膜机中，螺杆转速450rpm，在吹塑温度160℃下吹塑。
其中改性多孔吸附剂制备方法包括以下步骤：
(1)将叶腊石原粉放入马弗炉热活化15min，温度1150℃。
(2)称取20g步骤(1)所得叶腊石粉悬浮于氢氧化钠溶液，液固比12:1，在高压釜中加热至120℃浸出10min，将浸出样品离心，用蒸馏水洗涤后，105℃烘干12h，得到多孔叶腊石。
(3)将18g氯化铁FeCl3、15.5g硫酸亚铁FeSO4﹒7H2O加入1000ml蒸馏水中加热70℃，搅拌15min，冷却。
(4)将步骤(2)所得粉末加入到步骤(3)混合液中，搅拌30min，滴加氢氧化钠溶液，形成固相，调整PH＝10～11，搅拌60min，所得固相室温老化24h，用蒸馏水和乙醇反复清洗，50℃干燥24h，得到改性多孔吸附剂。
实施例2
按照如下质量份数准备原料：聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯80份，改性多孔吸附剂20份，甲基丙烯酸缩水甘油酯5份，ADR-4368 0.1份，芥酸酰胺1份。将各组分分别在70℃干燥24h，冷却后物理共混1h，放入双螺杆挤出机中挤出，挤出机温度170℃，螺杆转速200rpm，挤出后造粒，所得粒料放入吹膜机中，螺杆转速450rpm，在吹塑温度160℃下吹塑。
其中改性多孔吸附剂制备方法包括以下步骤：
(1)将叶腊石原粉放入马弗炉热活化15min，温度1150℃。
(2)称取20g步骤(1)所得叶腊石粉悬浮于氢氧化钠溶液，液固比12:1，在高压釜中加热至120℃浸出10min，将浸出样品离心，用蒸馏水洗涤后，105℃烘干12h，得到多孔叶腊石。
(3)将硫酸铁15gFe2(SO4)3﹒7H2O、15.5g硫酸亚铁FeSO4﹒7H2O加入1000ml蒸馏水中加热70℃，搅拌15min，冷却。
(4)将步骤(2)所得粉末加入到步骤(3)混合液中，搅拌30min，滴加氢氧化钠溶液，形成固相，调整PH＝10～11，搅拌60min，所得固相室温老化24h，用蒸馏水和乙醇反复清洗，50℃干燥24h，得到改性多孔吸附剂。
实施例3
按照如下质量份数准备原料：聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯70份，改性多孔吸附剂30份，马来酸酐5份，ADR 4370F 0.1份，芥酸酰胺1份。将各组分分别在70℃干燥24h，冷却后物理共混1h，放入双螺杆挤出机中挤出，挤出机温度170℃，螺杆转速200rpm，挤出后造粒，所得粒料放入吹膜机中，螺杆转速450rpm，在吹塑温度160℃下吹塑。
其中改性多孔吸附剂制备方法包括以下步骤：
(1)将叶腊石原粉放入马弗炉热活化15min，温度1150℃。
(2)称取20g步骤(1)所得叶腊石粉悬浮于氢氧化钠溶液，液固比12:1，在高压釜中加热至120℃浸出10min，将浸出样品离心，用蒸馏水洗涤后，105℃烘干12h，得到多孔叶腊石。
(3)将15g氯化铁FeCl3、18g硫酸亚铁FeSO4﹒9H2O加入1000ml蒸馏水中加热70℃，搅拌15min，冷却。
(4)将步骤(2)所得粉末加入到步骤(3)混合液中，搅拌30min，滴加氢氧化钠溶液，形成固相，调整PH＝10～11，搅拌60min，所得固相室温老化24h，用蒸馏水和乙醇反复清洗，50℃干燥24h，得到改性多孔吸附剂。
实施例4
按照如下质量份数准备原料：聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯80份，改性多孔吸附剂20份，马来酸酐5份，ADR-4368 0.1份，芥酸酰胺1份。将各组分分别在70℃干燥24h，冷却后物理共混1h，放入双螺杆挤出机中挤出，挤出机温度170℃，螺杆转速200rpm，挤出后造粒，所得粒料放入吹膜机中，螺杆转速450rpm，在吹塑温度160℃下吹塑。
其中改性多孔吸附剂制备方法包括以下步骤：
(1)将叶腊石原粉放入马弗炉热活化15min，温度1250℃。
(2)称取20g步骤(1)所得叶腊石粉悬浮于氢氧化钠溶液，液固比12:1，在高压釜中加热至120℃浸出10min，将浸出样品离心，用蒸馏水洗涤后，105℃烘干12h，得到多孔叶腊石。
(3)将18g氯化铁FeCl3、15.5g硫酸亚铁FeSO4﹒7H2O加入1000ml蒸馏水中加热70℃，搅拌15min，冷却。
(4)将步骤(2)所得粉末加入到步骤(3)混合液中，搅拌30min，滴加氢氧化钠溶液，形成固相，调整PH＝10～11，搅拌60min，所得固相室温老化24h，用蒸馏水和乙醇反复清洗，50℃干燥24h，得到改性多孔吸附剂。
实施例5
按照如下质量份数准备原料：聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯80份，改性多孔吸附剂20份，马来酸酐5份，ADR-4368 0.1份，芥酸酰胺1份。将各组分分别在70℃干燥24h，冷却后物理共混1h，放入双螺杆挤出机中挤出，挤出机温度170℃，螺杆转速200rpm，挤出后造粒，所得粒料放入吹膜机中，螺杆转速450rpm，在吹塑温度160℃下吹塑。
其中改性多孔吸附剂制备方法包括以下步骤：
(1)将叶腊石原粉放入马弗炉热活化15min，温度1150℃。
(2)称取20g步骤(1)所得叶腊石粉悬浮于氢氧化钠溶液，液固比10:1，在高压釜中加热至120℃浸出10min，将浸出样品离心，用蒸馏水洗涤后，105℃烘干12h，得到多孔叶腊石。
(3)将18g氯化铁FeCl3、15.5g硫酸亚铁FeSO4﹒7H2O加入1000ml蒸馏水中加热70℃，搅拌15min，冷却。
(4)将步骤(2)所得粉末加入到步骤(3)混合液中，搅拌30min，滴加氢氧化钠溶液，形成固相，调整PH＝10～11，搅拌60min，所得固相室温老化24h，用蒸馏水和乙醇反复清洗，50℃干燥24h，得到改性多孔吸附剂。
对比例1
按照如下质量份数准备原料：聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯100份在70℃干燥24h，冷却后物理共混1h，放入双螺杆挤出机中挤出，挤出机温度170℃，螺杆转速200rpm，挤出后造粒，所得粒料放入吹膜机中，螺杆转速450rpm，在吹塑温度160℃下吹塑。
对比例2
按照如下质量份数准备原料：聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯70份，碳酸钙30份，马来酸酐5份，ADR-4368 0.1份，芥酸酰胺1份。将各组分分别在70℃干燥24h，冷却后物理共混1h，放入双螺杆挤出机中挤出，挤出机温度170℃，螺杆转速200rpm，挤出后造粒，所得粒料放入吹膜机中，螺杆转速450rpm，在吹塑温度160℃下吹塑。
对比例3
按照如下质量份数准备原料：聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯90份，多孔吸附剂10份，马来酸酐5份，ADR-4468 0.1份，芥酸酰胺1份。将各组分分别在70℃干燥24h，冷却后物理共混1h，放入双螺杆挤出机中挤出，挤出机温度170℃，螺杆转速200rpm，挤出后造粒，所得粒料放入吹膜机中，螺杆转速450rpm，在吹塑温度160℃下吹塑。
其中多孔吸附剂制备方法包括以下步骤：
(1)将叶腊石原粉放入马弗炉热活化15min，温度1150℃。
(2)称取20g步骤(1)所得叶腊石粉悬浮于氢氧化钠溶液，液固比12:1，在高压釜中加热至120℃浸出10min，将浸出样品离心，用蒸馏水洗涤后，105℃烘干12h，得到多孔叶腊石。
配置铅离子溶液，将实施例1～5以及对比例1～3得到的可降解材料进行铅离子吸附强度测试，测试方法是：首先用硝酸铅和蒸馏水配置含铅离子溶液(400mg/L)，称取200mg的可降解材料置于离心管中，后加入30ml重金属溶液，置于恒温摇床中进行吸附，震荡一定时间，取10ml溶液进行ICP测试，进行残存量分析，计算铅离子去除率。控制铅离子初始浓度保持一致，进行可降解材料取出放回试验，循环3次。测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0003859648050000081
Figure BDA0003859648050000091
由表1中数据可以看出，纯PBAT(对比例1)的可降解材料不具有铅离子去除功能，即使添加碳酸钙(对比例2)得到的可降解材料依然不具有铅离子去除功能。而添加多孔叶腊石后，铅离子去除性能显著提高。相比于对比例1和对比例2，本发明实施例1～5具有显著的铅离子去除性能；其中，实施例2和3的Pb2+去除率高于对比例3，从循环3次的Pb2+去除率来看，实施例2的铅离子去除性能最佳。
实施例6
本实施例6与实施例1基本相同，区别在于将改性多孔吸附剂的添加量调整为0、10、20、30份，得到的薄膜样品分别命名为纯PBAT、PBAT-10％、PBAT-20％、PBAT-30％。
对得到的各可降解材料进行力学性能测试以及铅离子吸附强度测试；另外，将实施例6和对比例3得到的各可降解材料进行模拟地膜堆肥降解试验，并对降解后的吸附剂进行回收。
模拟降解的试验方法是：利用生物降解率测试仪模拟地膜堆肥降解试验，考察吸附剂回收率情况。按照装罐要求分别将纯PBAT、PBAT-10％、PBAT-20％、PBAT-30％制样装罐，75天后降解率均达到99％以上。
吸附剂回收方法是：将堆肥降解后罐中剩余物质在70℃烘箱中干燥48h，采用电磁铁对堆肥残留物中多孔吸附剂进行聚集回收。
吸附剂回收率计算方法：
回收率＝(M/M0)×100％
式中，M为回收的吸附剂的质量，M0为吸附剂的原始添加量。
测试结果如表2所示。
表2
Figure BDA0003859648050000092
Figure BDA0003859648050000101
由表2中数据可以看出，相比于纯PBAT可降解材料，添加改性多孔吸附剂后能够提高可降解材料的拉伸强度；其中，随着改性多孔吸附剂添加量的增加，力学性能呈现先增加后降低的趋势。
随着改性多孔吸附剂添加量的增加，吸附剂回收率逐渐提高，而对比例3由于没有负载磁铁矿，无法实现回收；通过Pb2+去除率可以看出，随着改性多孔吸附剂添加量的增加，Pb2+去除率却是呈先增加后降低的趋势，在改性多孔吸附剂的添加量为20份时，Pb2+去除率达到最高的98.88％。
实施例7
本实施例7与实施例1基本相同，区别在于将改性多孔吸附剂制备方法中步骤(1)中的热活化温度调整为1050、1150、1250℃。
对得到的改性多孔吸附剂的平均孔径和比表面积进行测试，测试结果如表3所示。对最终得到的可降解材料进行铅离子吸附强度测试，用X荧光光谱仪对碱溶前后的叶腊石进行氧化硅溶出率测试，计算方法为：
α＝(m-m1)×100％
式中，α为氧化硅溶出率；m为碱溶前叶腊石中氧化硅含量；m1为碱溶后叶腊石中氧化硅含量，测试结果如表3所示。
表3
Figure BDA0003859648050000102
由表3中数据可以看出，随着热活化温度的增加，氧化硅溶出率先增加后降低，在热活化温度为1150℃时，氧化硅溶出率最高达到96％，此时改性多孔吸附剂的平均孔径和比表面积均最大，这与Pb2+去除率的结果一致。
实施例8
本实施例8与实施例2基本相同，区别在于将改性多孔吸附剂制备方法中步骤(2)中的固液比调整为10:1、12:1、14:1。
对得到的改性多孔吸附剂的平均孔径和比表面积进行测试，测试结果如表3所示。对最终得到的可降解材料进行铅离子吸附强度测试，测试结果如表3所示。
表4
Figure BDA0003859648050000111
由表4中数据可以看出，随着液固比的增加，氧化硅溶出率先增加后降低，在液固比为12:1时，氧化硅溶出率最高达到93％，此时改性多孔吸附剂的平均孔径和比表面积均最大，这与Pb2+去除率的结果一致。
本发明中，叶腊石理论成分主要是氧化铝和氧化硅，通过热活化，叶腊石会经过脱水、脱羟基等过程，晶体结构发生变化，超过1000℃，矿物会生成无定型氧化硅，无定型氧化硅大大提高了氧化硅溶于碱液的能力，因此可以通过加热碱浸，溶出氧化硅，制得较高比表面积的铝基多孔材料，氧化硅溶出率越大，则多孔氧化铝的比表面积越大，吸附剂吸附能力越强。后通过碱性共沉淀技术成功将磁铁矿负载在多孔材料上，制得磁性功能化多孔吸附剂。该吸附剂可通过共沉淀、离子交换以及静电相互作用达到高效吸附重金属离子的目的，同时具有易于回收的特点。
本专利利用天然的层状硅铝酸盐矿物为原料制备的多孔材料为吸附剂，既可以降低生产材料的成本，使资源的利用价值得到提升，又增加了经济效益和社会效益。但无机材料吸附容量相对较小，再生能力较弱，本发明通过磁性改性提高多孔材料的吸附能力，将复合吸附剂与可降解高聚物混熔吹塑，用于重金属离子污染土壤的高效治理，既可以抑制重金属离子通过生物链进入人体，同时也可实现土壤中重金属离子的回富集和回收利用，增强资源的循环利用。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种具有重金属离子吸附功能的可降解材料，其特征在于：按重量份数计，包括，聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯60～90份，改性多孔吸附剂10～40份，相容剂1～10份，扩链剂0.1～1份，开口剂0.1～10份；
其中，所述改性多孔吸附剂为负载磁铁矿的多孔材料。
2.如权利要求1所述的具有重金属离子吸附功能的可降解材料，其特征在于：所述多孔材料为比表面积大于20m2﹒g-1的氧化铝基多孔材料；所述磁铁矿包括四氧化三铁、三氧化二铁、氧化亚铁中的一种或多种。
3.如权利要求1或2所述的具有重金属离子吸附功能的可降解材料，其特征在于：所述相容剂包括马来酸酐、双马来酰亚胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯基硅烷和马来酸酐-丙烯酸共聚物中的一种或多种。
4.如权利要求3所述的具有重金属离子吸附功能的可降解材料，其特征在于：所述扩链剂包括ADR-4468、ADR-4368、ADR-4300和ADR 4370F中的一种或多种。
5.如权利要求1、2、4中任一项所述的具有重金属离子吸附功能的可降解材料，其特征在于：所述开口剂选自有机开口剂或无机开口剂，所述无机开口剂包括碳酸钙、滑石粉、氧化钙、氧化钛中的一种或多种；所述有机开口剂包括芥酸酰胺、油酸酰胺中的一种或多种。
6.如权利要求1～5中任一项所述的具有重金属离子吸附功能的可降解材料的制备方法，其特征在于：包括，
提供改性多孔吸附剂；
按照权利要求1所述的重量份数准备原料；
将各组分干燥后物理共混，放入双螺杆挤出机中挤出造粒，所得粒料放入吹膜机中吹塑成型，得到具有重金属离子吸附功能的可降解材料。
7.如权利要求6所述的具有重金属离子吸附功能的可降解材料的制备方法，其特征在于：所述提供改性多孔吸附剂，包括，
将叶腊石原粉在700～1200℃下进行热活化；
将热活化后所得叶腊石粉悬浮于碱溶液中，在高压釜中浸出，将浸出样品离心，用蒸馏水洗涤后烘干，得到多孔叶腊石；
将氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁中的一种或多种组合加入蒸馏水中加热、搅拌，得到混合溶液；
将多孔叶腊石粉末加入到混合溶液中搅拌，滴加碱溶液，形成固相，调整pH，所得固相室温老化，用蒸馏水和乙醇反复清洗、干燥，得到改性多孔吸附剂。
8.如权利要求7所述的具有重金属离子吸附功能的可降解材料的制备方法，其特征在于：所述碱溶液是氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中的一种或多种；所述碱溶液的浓度为80～140g/L。
9.如权利要求7或8所述的具有重金属离子吸附功能的可降解材料的制备方法，其特征在于：所述将热活化后所得叶腊石粉悬浮于碱溶液中，所述碱溶液与叶腊石粉的液固比为8:1～16:1。
10.如权利要求1～5中任一项所述的具有重金属离子吸附功能的可降解材料在农用地膜中的应用。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116284912A (zh) * 2023-04-20 2023-06-23 南京工程学院 一种降低重金属有效态的地膜及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004131625A (ja) * 2002-10-11 2004-04-30 Yokohama Rubber Co Ltd:The 二液型硬化性組成物
US20120114518A1 (en) * 2009-06-05 2012-05-10 Sumitomo Chemical Company, Limited Method for Producing Inorganic Particle Composite Body
CN109529792A (zh) * 2019-01-24 2019-03-29 华北水利水电大学 一种用于含重金属污水处理中的吸附剂及其制备方法
JP2020192737A (ja) * 2019-05-28 2020-12-03 王子ホールディングス株式会社 防湿性積層体および紙容器
CN113105726A (zh) * 2021-04-06 2021-07-13 贵州省材料产业技术研究院 一种生物可降解性生物炭修复膜材料的制备方法
CN113337087A (zh) * 2021-06-17 2021-09-03 贵州省材料产业技术研究院 一种高性能聚酯合金材料及其制备方法
US20220033158A1 (en) * 2020-07-30 2022-02-03 The Procter & Gamble Company Biodegradable paper barrier laminate

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004131625A (ja) * 2002-10-11 2004-04-30 Yokohama Rubber Co Ltd:The 二液型硬化性組成物
US20120114518A1 (en) * 2009-06-05 2012-05-10 Sumitomo Chemical Company, Limited Method for Producing Inorganic Particle Composite Body
CN109529792A (zh) * 2019-01-24 2019-03-29 华北水利水电大学 一种用于含重金属污水处理中的吸附剂及其制备方法
JP2020192737A (ja) * 2019-05-28 2020-12-03 王子ホールディングス株式会社 防湿性積層体および紙容器
US20220033158A1 (en) * 2020-07-30 2022-02-03 The Procter & Gamble Company Biodegradable paper barrier laminate
CN113105726A (zh) * 2021-04-06 2021-07-13 贵州省材料产业技术研究院 一种生物可降解性生物炭修复膜材料的制备方法
CN113337087A (zh) * 2021-06-17 2021-09-03 贵州省材料产业技术研究院 一种高性能聚酯合金材料及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KIRK G. SCHECKEL ET AL: ""Dissolution Kinetics of Nickel Surface Precipitates on Clay Mineral and Oxide Surfaces"", 《 SOIL SCIENCE SOCIETY OF AMERICA JOURNAL》, vol. 65, no. 3, pages 685 - 694 *
李娟: ""覆膜棉田病虫草的发生和防治"", 《中国棉花》, pages 1 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116284912A (zh) * 2023-04-20 2023-06-23 南京工程学院 一种降低重金属有效态的地膜及其制备方法

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