[发明专利]一种微孔污泥保水营养聚合体及其制备方法

权利要求书

1.一种微孔污泥保水营养聚合体，其特征在于：由内层高效保水腐殖质营养基液和外层微孔污泥固化块两部分组成，所述的内层高效保水腐殖质营养基液是通过腐殖酸钠和羧甲基纤维素钠在水溶液中进行接枝共聚反应生成，所述外层微孔污泥固化块长120mm，宽120mm，高120mm，其中心区域预留有长70mm，宽70mm，高70mm的空间，将内层高效保水腐殖质营养基液位于外层微孔污泥固化块的中心区域内。

2.根据权利要求1所述的微孔污泥保水营养聚合体，其特征在于：所述的外层微孔污泥固化块上分布着直径1.0-3.0mm的气泡孔洞，在靠近内层高效保水腐殖质营养基液的区域以直径1.0-1.5mm的孔洞为主，在远离内层高效保水腐殖质营养基液的区域以直径2.0-3.0mm的孔洞为主。

3.权利要求1-2中任意一项所述的一种微孔污泥保水营养聚合体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)提取木材加工剩余物中的纤维素，并将提取的纤维素改性处理为羧甲基纤维素钠，具体步骤如下：

①预处理木材加工剩余物

将木材加工剩余物进行粉碎处理，过60-80目筛，制成木材混合粉末，按照质量比为1:5-1:8的比例取木材混合粉末和质量分数为10-12％的NaOH溶液于容器中，在60℃下加热搅拌蒸煮0.5h-1h，进行抽滤，用自来水洗涤滤渣至滤液呈中性，得到滤渣；

②提取纤维素

将滤渣加入带冷凝回流装置的容器中，加入浓硝酸-乙醇混合液，沸水浴加热蒸煮0.5-1.5h，进行抽滤，先用浓硝酸-乙醇混合液洗涤残渣，再用自来水洗涤滤渣至滤液呈中性，再用无水乙醇洗涤2-3次，抽滤完毕后进行干燥，即得纤维素；

③羧甲基化改性处理纤维素

按照质量体积比为1:10g/mL的比例取纤维素与质量百分数为20％的NaOH溶液于容器中，在30-50℃条件下加热搅拌0.5-2h，得到碱性纤维素，将得到的碱性纤维素在超声波作用下进一步分散处理，超声功率为300W，超声时间为8-15min，然后依次加入无水乙醇和质量百分数为20％的NaOH溶液，搅拌混合均匀，再向混合液中缓慢加入氯乙酸乙醇溶液，在80-100℃条件下加热搅拌0.5-1.5h，反应完毕后，进行抽滤，先用无水乙醇洗涤，再滴加稀盐酸至溶液无色，再用无水乙醇洗涤后抽滤，干燥，即得到羧甲基纤维素钠，其中无水乙醇、NaOH溶液的体积与碱性纤维素的质量比为：2:8:1，氯乙酸乙醇溶液与碱性纤维素的质量比为1:1，氯乙酸乙醇溶液中氯乙酸与乙醇的质量比为1:1；

(2)提取风化煤中腐殖酸并进行改性处理，具体步骤如下：

①煤样预处理

按照质量体积比为1:1g/mL的比例取十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠加入到带有搅拌装置的电加热反应釜中，再加入十二烷基硫酸钠质量20倍体积的水，升温至60-80℃，开动搅拌，同时，加入粉碎过60-80目筛的风化煤，风化煤的加入量为十二烷基硫酸钠质量的50倍，搅拌10-20min；

②腐殖酸的提取和改性处理

按照质量体积比为1:10g/mL的比例取预处理后的煤样至碱性溶液中，在60-100℃条件下加热搅拌1-3h，形成混合反应物，向混合反应物中加入质量分数为8％的过氧化氢溶液，在60℃和0.4MPa下反应30min，使混合物中的腐殖酸盐氧化，反应结束后静置沉降4-8h，然后过滤溶液，连续过滤3次，把不溶于碱的固体残渣除去，将滤液浓缩干燥，粉碎至80-100目，其中所述的碱性溶液为体积比为1:1的0.1mol/L的Na₄P₂O₇溶液和0.1mol/L的NaOH溶液的混合溶液，其中过氧化氢溶液与碱性溶液的体积比为1:5；

(3)高效保水腐殖质基液制备

开启集热式恒温加热磁力搅拌器，将水温设置为30℃，将反应容器置于磁力搅拌器的恒温水浴中，待搅拌器内水温恒定后，先向反应容器中加入一定量的水，待反应容器内水温恒定后，再按照水与腐殖酸钠和羧甲基纤维素钠混合物的质量比为10：1的比例向反应容器中加入腐殖酸钠和羧甲基纤维素钠混合物，其中腐殖酸钠和羧甲基纤维素钠混合物中腐殖酸钠和羧甲基纤维素钠的质量比为2:1，加热搅拌使其溶解，在搅拌的同时将其升温至70℃，恒温持续搅拌15-30min，使固体充分溶解，制成混合溶液，另外，按照体积比为10:2-3的比例取丙烯酸于容器和质量百分数为20％的NaOH溶液于冷水浴中混合均匀，制成中和液，按照腐殖酸钠与羧甲基纤维素钠的质量之和与K₂S₂O₈质量之比为25:1的比例向混合溶液中加入K₂S₂O₈水溶液，恒温搅拌反应5-10min，再向混合溶液中加入中和液，中和液的加入量是按照腐殖酸钠和羧甲基纤维素的总质量与丙烯酸的体积比为1:5-10取，搅拌混合均匀后加入0.05mol/L的N，N’-亚甲基双丙烯酰胺水溶液，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺水溶液的加入量按照丙烯酸与N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液体积比为10:1加入，恒温搅拌1-1.5h，制得高效保水腐殖质基液；

(4)高效保水腐殖质营养基液制备

按质量比为1:1:1的比例将步骤(3)中制备的高效保水腐殖质基液、腐殖酸钠和脱水污泥在慢速搅拌机中以60-80r/min的转速实施搅拌5-10min，使其混合均匀，再在30-40℃下恒温搅拌15-45min后，即得高效保水腐殖质营养基液；

(5)外层微孔污泥固化块制备

①按照质量比为1:3:1:1:2:1的比例取高效保水腐殖质基液、脱水污泥、腐殖酸钠、凹凸棒黏土、粉煤灰和硫铝酸盐水泥干粉在慢速搅拌机中以60-80r/min的转速实施搅拌5-10min，使其混合均匀，制成微孔污泥物料；

②称取十二烷基硫酸钠粉末，加入温度为20-25℃的水溶解，配成质量百分数为0.2％-0.5％的十二烷基硫酸钠溶液，采用高速搅拌机在转速为180r/min的条件下对十二烷基硫酸钠溶液进行搅拌，搅拌时间为30s，制备充足的泡沫，使其均匀，稳定；

③微孔污泥物料中加入体积为其18-25倍的泡沫，以30r/min的转速实施慢速搅拌30s，直至泡沫与微孔污泥物料混合均匀，制成混合物料；

④混合物料倒入模具，2天后脱模，用塑料布覆盖，在室内密封条件下喷水养护15天，得到外层微孔污泥固化块；

(6)将制备的高效保水腐殖质营养基液倒入已经养护好的微孔污泥固化块中，即得微孔污泥保水营养聚合体。