Page 91 - 《精细化工》2022年第7期

第 7 期 卢健康，等: 膨润土/羧甲基纤维素钠水凝胶的制备及其应用 ·1377·

Key words: CMC; bentonite; hydrogels; adsorption; slow-release fertilizers; functional materials

磷元素作为生命体中不可或缺的营养元素，已 性等，因而具有潜在的环境风险和释放不稳定性 [11] 。
被用于食品添加剂、洗涤剂、肥料、抛光剂和生物 鉴于上述问题，本研究尝试以 HNO 3 处理后的 BT
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生长营养物质等领域 。然而，这些含磷资源的过 （NBT）、CMC 为原料，通过简单的化学交联来制
度开发利用产生了大量的富磷废水，不仅造成诸多 备 BT-g-CMC 水凝胶，将其用作吸附剂去除废水中
[2]
环境风险，而且对人类健康构成了严重威胁 。因 的 H 2PO 4 。考察 BT-g-CMC 水凝胶对 H 2PO 4 的吸附
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[3]
此，有必要在排放前去除水体中过量的磷酸盐 。 行为。随后，将含磷的 BT-g-CMC1.0（NBT/CMC
吸附法具有高效、操作简单、成本低廉、避免 的质量比为 1.00∶1）用作 SRFs〔命名为 SRFs（BT-g-
产生化学污泥等优点，被认为是去除废水中含磷污 CMC1.0）〕，并对 SRFs（BT-g-CMC1.0）的保水和
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染物最有效的方法之一 。常用的吸附剂〔如活性 释放性能进行研究，旨在提供一种新的 SRFs，用于
炭、金属（氢）氧化物、氧化石墨烯、碳纳米管和 农业和园艺领域，以提高作物的生产力。
树脂等〕存在分离困难、吸附量低和对环境不友好
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的问题 。羧甲基纤维素钠（CMC）基水凝胶作为 1 实验部分
吸附剂由于可生物降解性、成本低廉、制备简单而
1.1 试剂与仪器
越来越受到人们的关注。但 CMC 水凝胶的机械强
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度较低，在作为农业养分保持剂应用时受到限制 。 CMC、无水氯化铁（FeCl 3 ）、六亚甲基二异氰
酸酯（HMDI）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、BT，
掺入无机材料，如氧化石墨烯、层状双氢氧化物纳
[7]
米片、SiO 2 纳米粒子，可以有效提高其机械强度 。 国药集团化学试剂有限公司；HNO 3 ，麦克林（上海）
然而，这些无机材料由于高成本和复杂的制备工艺 生化科技有限公司。实验用水均为纯净水，所有试
限制了其应用。膨润土（BT）是最常用的黏土矿物 剂均为 AR。
之一，因优异的化学和机械稳定性、大的比表面积和 Avatar 360 傅里叶变换红外光谱仪，美国 Nicolet
[8]
高的离子交换容量而被广泛用作吸附剂 。缓释肥料 公司；XRD-7000 X 射线衍射仪、UV-2550 紫外-可
（SRFs）是一种可提高肥料有效利用率和肥效周期 见分光光度计，日本 Shimadzu 公司；TG/DTA7300
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的新型肥料，为吸附剂的再利用提供了一种途径 。 同步热分析仪，日本 Hitachi High-Tech 公司；S4800
水凝胶基 SRFs 不仅能够保持水分来满足植物的需 扫描电子显微镜，日本 Hitachi 公司；Autosorb-iQ
要，而且表现出良好的缓释性能，可提高肥料的有 全 自动比表 面积和孔 径分布分 析仪，美 国
效利用率、减少过度施肥造成的经济损失和环境污 Quantachrome 公司。
染 [10] 。然而，大规模应用于农业的 SRFs 仍然面临 1.2 BT-g-CMC 水凝胶的制备
着许多挑战，如包膜工艺复杂、包膜材料不可降解 BT-g-CMC 水凝胶的制备示意图如下所示。

将 10.0 g BT 与 500 mL 体积分数为 10%的 HNO 3 将 1.00 g NBT 超声分散在装有 5 mL DMF 的三
溶液在 1 L 烧杯中混合，并在室温下以 150 r/min 搅 口烧瓶中，然后加入 1.00 g CMC 和 40 mL DMF，
拌 3 h。将 HNO 3 处理后的 BT 离心分离，用水洗涤 再逐滴滴加 1 mL HMDI，接着在 N 2 保护下于 70 ℃
残液至 pH 接近 7.0，80 ℃真空干燥 4 h，得到的样 反应 7 h，最后使用纯净水洗涤除去 DMF，得到白
品记为 NBT。 色黏性糊状 BT-g-CMC 中间体。用注射器将该中间