风化煤、褐煤基腐植酸绿色生产工艺及新材料开发

我国的矿源腐植酸资源主要为风化煤、褐煤，属于不可再生资源。利用催化氧化工艺，将褐煤和低品位风化煤转化为高抗硬水性的黄腐酸，作为一种在农业领域有着广泛用途的材料，它可以作为农药增效剂、滴灌水溶肥和植物调节剂，从而提高作物的产量和质量，减少农药的用量和对环境的影响。低品位风化煤被转化为腐植酸树脂、荧光材料和黄腐植酸。其中，黄腐植酸还可以进一步开发为高分子成核剂，改善和提高聚合物的性能。另外，黄腐酸还可以制备成具有杀菌和除藻功能的季铵盐，为环保领域提供新型材料。这种材料可以广泛应用于水处理、农业和园艺等领域，有助于维护水体的生态平衡和水质的安全。这一绿色生产工艺和新材料的开发不仅促进了风化煤和褐煤基腐植酸资源的合理利用和降低了生产成本，也为推动可持续发展提供了新的思路和技术支持。

一、风化煤、褐煤绿色转化工艺及新材料制备技术

制备技术路线图

本课题组开发了一种催化氧化的绿色生产工艺，用于制备新型腐植酸材料。该工艺具有制备过程简单、成本低廉、环境友好等优点，同时所得的新材料也具有优异的性能表现和广泛的应用前景。目前，该技术已经形成了一套完整的系统，并主要应用于杀菌剂、成核剂、农药和农肥等领域。这种技术不仅为企业带来了较大的经济效益，也为环境和资源保护作出了贡献，并为制造业的可持续发展提供了新的思路和方法。

二、风化煤基腐植酸制备高附加值石墨烯量子点

石墨烯量子点制备示意图及微观形貌

石墨烯量子点是一种具有优异光电性能的纳米材料，广泛应用于生物医学、能源、环境等领域。然而，通常制备石墨烯量子点的方法需要高温、高压、高能耗的条件，以及强酸强碱等有害的溶剂，不仅实验过程存在安全风险，而且对环境和资源具有不利影响。本课题组利用新疆地产风化煤等低阶煤中提取出的腐植酸为原料，开发了一种绿色、低成本的制备碳量子点荧光材料的方法。该方法利用腐植酸的丰富官能团和碳骨架，通过温和的反应，就可以制备出高纯度、高稳定性、高荧光性能的碳量子点。该碳量子点不仅具有良好的荧光性能，还具有优异的电磁屏蔽性能，可以提高吸收屏蔽性能，从而在电磁屏蔽领域有着重要的应用价值。该方法不仅实现了低阶煤的高值化利用，还为制备绿色环保的碳量子点提供了一种新的途径，有助于推动科技创新和可持续发展。

三、黄腐酸制备聚乳酸专用结晶成核剂

PLA/QFA-saponite制备方案

通过催化氧化工艺，从低阶煤中提取腐植酸并与生物可降解高分子材料复合，制备出具有高性能和广泛应用的高分子复合材料。该复合材料不仅可以改善和提高高分子材料的力学性能、耐热性能和抗老化性能，还可以增加其耐候性和生物相容性，从而拓宽了材料的应用场景，如包装、农业、医疗等领域。这种复合材料还提供了一种绿色的应用方案，有助于推动可持续发展，实现低碳循环经济。该复合材料为低阶煤的高值化利用开辟了新的道路，促进了资源的有效利用和环境的保护，在水处理、能源、环境等领域，具有广阔的应用前景和市场潜力。

四、科研项目及成果

1.主持科研项目

（1）国家自然科学基金地区基金项目，基于新疆天山北坡经济带自然环境的聚乳酸地膜的老化规律、服役寿命预测及其对大田覆膜的指导策略，52163014，2022.01-2025.12，35万元，主持

（2）国家自然科学基金地区基金项目，基于功能化黄腐植酸的聚乳酸结晶调控及聚乳酸材料的高性能化，51663022，2017.01-2020.12，42万元，主持

（3）新疆高校科研计划重点项目，聚乳酸基农膜加工、耐候性及构效关系，XJEDU2018I003，2019/01-2020/12，15万元，主持

（4）新疆自治区重点实验室开放基金项目，基于反应性挤出工艺的聚乳酸合成及其增强增韧研究，2016D03010，2016/06-2018/12，20万元，主持

（5）企业委托课题，腐植酸基土壤改良剂研发及应用, 2023.07-2026.07, 20万元，主持

（6）企业委托课题，环境修复材料性能及应用研究，2015/06-2018/06，20万元，主持

（7）企业委托课题，腐植酸树脂开发及应用研究，2018/01-2021/01，10万元，主持

2.科研奖励

2020年聊城市专利奖一等奖

3.代表性论文

(1)Wang C Y, Wang Z, Li C, Zhen* W J, Wang S G, Huang S B. Effects of modified palygorskite on performance, crystallization and rheology of polyphenylene sulfide[J]. Applied Clay Science, 2023, 240: 106967.

(2)Wang C Y, Li C, Zhen* W J, Zhao L, Wang S G, Huang S B. Preparation, crystallization behavior, simultaneous spectroscopic and rheological characterization of polyphenylene sulfide/graphene quantum dots nanocomposites[J]. Macromolecular Chemistry and Physics, 2022, 223(15): 2200149.

(3)Zhang H, Luo D W, Zhen* W J. Preparation, crystallization and thermo-oxygen degradation kinetics of poly (lactic acid)/fulvic acid-g-poly (isoprene) grafting polymer composites[J]. Polymer Bulletin, 2022,79: 3155-3174.

(4)Zhang H, Zhen* W J. Performance, rheological behavior and enzymatic degradation of poly (lactic acid)/modified fulvic acid composites[J]. International journal of biological macromolecules, 2019, 139: 181-190.

(5)Zheng L, Geng Z X, Zhen* W J. Preparation, characterization, and reaction kinetics of poly (lactic acid)/amidated graphene oxide nanocomposites based on reactive extrusion process[J]. Journal of Polymer Research, 2019, 26: 78.

(6)Liu P Y, Zhen* W J, Bian S Z, Wang X F. Preparation and performance of poly (lactic acid)/fulvic acid benzhydrazide composites[J]. Advances in Polymer Technology, 2018, 37(8): 2788-2798.

(7)Liu P Y, Zhen* W J. Structure-property relationship, rheological behavior, and thermal degradability of poly (lactic acid)/fulvic acid amide composites[J]. Polymers for Advanced Technologies, 2018, 29(8): 2192-2203.

(8)Zhen W J, Wang W T. Structure, properties and rheological behavior of thermoplastic poly (lactic acid)/quaternary fulvic acid-intercalated saponite nanocomposites[J]. Polymer Bulletin, 2016, 73: 1015-1035.

4.授权发明专利

（1）甄卫军，王春要，李晨，赵玲. 石墨烯量子点、聚苯硫醚/石墨烯量子点复合材料的制备方法和应用，ZL202111339640.1，2023-10-10授权

（2）甄卫军，刘攀余, 徐晓康. 改性黄腐植酸、改性黄腐植酸复合材料及制备方法和应用, ZL201810638047.9，2020.4.14授权

（3）甄卫军, 徐晓康, 刘攀余. 基于腐植酸的聚乳酸结晶成核剂和材料的制备方法和应用, ZL 201810638046.4，2020.10.9授权

（4）甄卫军, 朱昇美, 孙明广, 王文涛. 聚乙烯醇/黄腐植酸季铵盐改性皂石复合材料及其制备方法和制品及其应用, ZL201410240968.1, 2016.9.7授权

（5）甄卫军, 朱昇美, 孙明广, 王文涛. 改性皂石、聚乳酸-黄腐植酸季铵盐改性皂石复合材料及其制备方法和制品, ZL201410069847.5, 2015.6.24授权