麦麸纤维素与腐植酸复合保水剂的制备及性能

[目的]研究利用麦麸提取的纤维素与腐植酸共聚制备复合保水剂的方法及其性能,以解决现有保水剂生物难降解,成本高,污染大,再生性能差等问题。[方法]采用碱法从麦麸中提取纤维素,首次与腐植酸、丙烯酸水溶液聚合制备了复合保水剂。用扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TG)分别对树脂的表面形貌、热稳定性进行了表征,考查了NaOH、引发剂、交联剂、麦麸、腐植酸用量对复合保水剂吸水率的影响,并对温度、不同交联剂、再生性能进行了探讨。[结果]麦麸质量0.15g,丙烯酸20ml,交联剂(N,N-亚甲基双丙烯酰胺)的质量是丙烯酸质量的0.03%,引发剂的质量是丙烯酸质量的0.8%,腐植酸0.1g,NaOH浓度80%,温度80℃时,吸水倍率最高,蒸馏水达到了989g/g,对地下水的吸水倍率达到了120.34g/g。对盐水的吸水倍率达到了62.76g/g。[结论]实验方法制备的保水剂再生性能、热稳定性良好,较文献报道的保水剂吸水效果优异,可以在实际生产和生活中推广应用。     

多指标综合分析法在保水剂合成与评价中的应用

为合成更贴近生产实际的超吸水树脂保水剂,及提高其使用效果,该研究以淀粉、丙烯酸、丙烯酰胺为主要原料,采用过硫酸铵为引发剂,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂在一定温度和中和度下制备了高吸水性复合材料。合成过程中选取五因素四水平正交试验设计,重复3次。采用Z分综合评价法和综合平衡法对其作为保水剂时的去离子水吸水倍率、土壤中吸水倍率、失水速率及种子发芽率等4个指标进行综合评价。研究得出影响保水剂性能的因素重要程度为温度>中和度>丙烯酰胺>过硫酸铵>MBA。优化筛选出了最佳合成配方及反应条件。即:1g淀粉加入15mL水熟化后,加入5mL丙烯酸,2.0g丙烯酰胺,N,N-甲基双丙烯酰胺1mg,采用KOH溶液使体系中和度为90%,在85℃下反应40min。该研究所采用的试验方法和评价体系简便易行,可用于超吸水树脂保水剂或其他新型材料的合成与评价。     

复合高吸水树脂的制备及性能研究

以过硫酸铵为引发剂,以丙烯酸和丙烯酰胺为单体,以高岭土为无机填料,采用反相悬浮法制备高岭土复合淀粉接枝丙烯酰胺—丙烯酸高吸水树脂。探讨了单体质量比、高岭土添加量等因素对产品性能的影响,研究了产品的保水能力,并对产品的结构进行了分析和表征。研究结果表明,该高吸水性树脂具有一定的凝胶强度、流变性,且成本相对较低,可以将其应用到建筑混凝土等材料中,通过树脂的吸水及保水能力从而提高混凝土的保水性,在水土保持边坡防护方面具有很好的应用前景。     

保水剂在造林绿化中的应用

保水剂共分两大类 ,丙烯酰胺 -丙烯酸盐共聚交联物类的特点是使用周期和寿命长 ,但其吸水能力会逐年降低 ;淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物类的特点是吸水倍率高 ,吸水速度快 ,但使用寿命短。造林绿化适宜采用 2～ 4mm粒径的大颗粒保水剂产品。合理的使用量以占施入范围内 (植树穴 )干土重的 0 1%为最佳 ,每公顷成本从 60 0元到 12 0 0元不等。配合其他技术措施 ,使用保水剂后植苗造林的成活率可达到 90 %以上 ,并且造林后 3～ 4年间植树带内的土壤含水量可比对照提高 2 0 %～ 3 0 %。     

SA-IP-SPS型保水剂及其对土壤物理性能的影响

以未经预处理的工业级丙烯酸、聚乙烯醇为原料，首先通过氯磺酸磺化法在聚乙烯醇分子中引入强亲水性离子基团，然后采用静态水溶液聚合法合成了吸盐水率较高、凝胶机械强度较高的的聚丙烯酸钠-聚乙烯醇硫酸钠互穿网络(SA-IP-SPS）型保水剂。研究了SA-IP-SPS型保水剂含量、颗粒大小对南方赤红壤的水分抑蒸发性能和团粒结构的影响，比较研究结果表明，SA-IP-SPS型保水剂对赤红壤的水分抑蒸发性能和团粒结构改良性能与丙烯酸-丙烯酰胺交联共聚型保水剂效果相当，但明显优于传统的交联聚丙烯酸钠保水剂。     

保水剂对土壤持水性能影响的模拟研究

通过室内模拟试验，利用正交回归设计研究了丙烯酸盐类保水剂对土壤持水性能的影响，并推导出土壤有效水含量与土壤质地、保水剂粒径及其使用剂量关系的数学模型。结果表明：土壤质地、保水剂用量对土壤有效水含量的影响达到极显著水平，而保水剂粒径对土壤有效水含量的影响不显著。保水剂颗粒与土壤质地、与保水剂用量成负效应，保水剂用量与土壤质地成正效应。这一数学模型可以用于指导该类保水剂在生产的使用。     

P(AA-AM)/SiO2复合保水材料的制备及其在保水缓释肥中应用

开发具有保水缓释双重功能的新型肥料,对于提高水肥利用效率和保障农业可持续发展具有重要意义。该研究探索了纳米二氧化硅(SiO_2)对提升保水材料吸水率及改善保水缓释肥性能的效果,采用丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)为原料,首先通过水溶液原位聚合法制备了P(AA-AM)/SiO2复合保水材料,然后采用双层包膜工艺制备了保水缓释肥,在合成保水材料时,丙烯酸和丙烯酰胺的质量比为3.5∶1,引发剂(过硫酸钾和亚硫酸钠)、交联剂(N,N-亚甲基双丙烯酰胺)、增塑剂(丙三醇)和纳米SiO_2分别为单体质量的1%、0.04%、15%和2%。保水缓释肥采用转鼓包膜工艺制备,内包膜层为聚氨酯,占肥料核芯的3%,外包膜层为P(AA-AM)/SiO2复合保水材料,占肥料核芯的24%。保水材料的形貌结构和热稳定性用傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、扫描电镜(Scanning electron microscopy,SEM)和热重(Thermogravimetry,TG)表征,保水材料的吸水率用过滤法测定;采用土壤培养研究保水缓释肥的保水和持水性能,保水缓释肥的缓释性能用水浸泡法研究。结果发现:纳米SiO2能较好地分散于基体P(AA-AM)保水材料中,与P(AA-AM)保水材料相比,添加纳米SiO_2的复合保水材料在去离子水和0.9%Na Cl水溶液中的吸水率分别提高152%和87%,而且热稳定性显著提高;SEM和FTIR结果表明,纳米SiO_2能较好地分散于P(AA-AM)保水材料中,SiO_2表面含有的硅羟基增加了保水材料的交联密度。相比没有保水层的缓释肥,复合保水缓释肥的土壤持水率和保水率(培养25 d后)分别提高了25.5%和47.2%,肥料释放期由60 d增加到72 d。综上所述,纳米SiO_2显著提高了保水材料的吸水率,以此制备的复合保水缓释肥具有优异的保水和缓释能力,该研究为研发高效肥料、提高水肥利用效率提供了新思路。     

土壤保水扩蓄剂的制备及其性能研究

研究了淀粉与丙烯酰胺接枝共聚反应制备土壤保水剂的工艺,并对其吸水、保水性能进行了考察。最佳合成条件是:在淀粉与丙烯酰胺的质量比为3∶1、氢氧化钠为丙烯酰胺质量的75%、硝酸铈铵的浓度为5mmol/L、交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺与丙烯酰胺的质量比为0.2%、反应温度控制在(60±2)℃的条件下,制得的保水扩蓄剂吸水率可以达到750g水/g。进一步试验表明,该聚合物具有提高土壤持水性和蓄水性、有效抑制土壤蒸发的功能。     

一种含氮磷钾新型保水剂的制备及性能研究

采用磷酸酯双淀粉(DSP)为原料,添加适量的KOH和NH3·H2O中和的丙烯酸单体、热引发剂、光引发剂以及交联剂后,在紫外引发条件下引发制备出含有氮磷钾的P(AA/DSP)复合保水剂。采用单因素试验确定了合成保水剂的最优条件。在最优合成条件下,复合保水剂的最大吸水倍率在蒸馏水中为1185.4g/g,在0.9%NaCl溶液中为110.2g/g,并采用红外光谱、热重分析和能谱分析等对产物进行表征。红外光谱分析表明磷酸酯双淀粉与聚丙烯酸实现了共聚反应;热重分析表明P(AA/DSP)复合保水剂具有良好的热稳定性能;能谱分析进一步表明合成保水剂中含有氮磷钾;溶胀动力学研究表明复合保水剂在蒸馏水和生理盐水中的溶胀动力学符合二阶动力学模型。经过360min,保水剂水凝胶在60,80,100℃的保水率分别为67.1%,60.1%,48.1%。同时对复合保水剂施入土壤后的保水性能进行了研究。     

PAAM-atta复合保水剂对土壤持水性及其物理性能的影响

以丙烯酸、丙烯酰胺和凹凸棒土为原料,合成了有机无机复合保水剂(PAAM—atta)．与丙烯酸和丙烯酰胺聚合保水剂(PAAM)作对比,在室外考察了复合保水剂与纯有机保水剂对土壤物理性质的影响。结果表明．在土壤含水量、pH值、电导率、团粒结构、土壤容重和土壤孔隙度等土壤物理化学性能方面,PAAM—atta复合保水剂的改善效果较纯有机类保水剂明显。     

利用小麦秸秆制备的保水剂性能研究

[目的]以小麦秸秆纤维素接枝丙烯酸制备保水剂,并检测各因素对保水剂吸水性能的影响,探索制备保水剂的最佳反应条件,以期制备出成本低,降解性好,保水性高的新型保水剂。[方法]采用水溶液聚合法制备保水剂,并通过单因素试验和正交试验来确定最佳反应条件,对合成产物的吸液倍率、保水性能和表观形态进行测定与表征。[结果]温度为70℃,去离子水用量为160ml,2.0%N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)用量为9ml,引发剂(过硫酸钾:硫代硫酸钠=3∶1)与丙烯酸单体比为2.0%,丙烯酸中和度为70%,反应时间为1h,合成的保水剂具有较高的吸水或盐水倍率,1g保水剂吸0.9%NaCl溶液41.2g/g,吸去离子水430.9g/g。红外光谱分析和电镜扫描结果表明,保水剂胶体接枝聚合成功,胶体具有良好的表面形态。[结论]制备的保水剂吸液速率快、重复吸水效果较好。保水剂在氯化铁溶液中吸水倍率最高,达到113g/g。复合离子溶液中,在离子浓度为1g/L时吸水倍率最高达57g/g。     

~(60)Co γ射线辐照淀粉接枝丙烯酸制备高吸水树脂

利用60Coγ射线辐照引发淀粉接枝丙烯酸合成高吸水树脂,探讨糊化温度、丙烯酸中和度、辐照剂量、丙烯酸用量和交联剂用量等因素对吸水树脂吸水率的影响。正交试验结果表明,制备树脂较好的工艺条件为:淀粉3g,初始加入蒸馏水21ml,90℃下糊化15min,丙烯酸中和度80%,丙烯酸与淀粉的比例(V/W)为3:1,0.9%的N,N,-亚甲基双丙烯酰胺0.5ml,辐照处理3kGy,真空干燥温度60℃。在上述条件下制备的树脂可吸蒸馏水766ml/g,吸自来水278ml/g,吸0.9%NaCl水溶液64ml/g。     

4种剂型保水剂吸水和保水特性研究

对旱宝贝保水剂（B）、植物体保水剂（D）、营养型保水剂（N）、生态功能型保水剂（L）等4种剂型保水剂的吸水与保水特性,粒径与吸水倍率关系以及冷冻对吸水和保水性的影响进行了研究。结果表明,不同剂型保水剂均具有较好的吸水性,但剂型不同,吸水特性不同。吸水过程中,L型保水剂具有明显的吸水高峰;B3和N型保水剂吸水曲线平缓,达到吸水饱和所需时间较长;吸水初期,D型保水剂的吸水速率大于B3和N型保水剂,之后则变小。同种溶液中,保水剂的吸水倍率表现为L型保水剂最大,B3和N型保水剂次之,D型保水剂最小;不同溶液中,保水剂吸水倍率表现为：蒸馏水〉井水〉土壤提取液。剂型不同,保水性不同;充分吸水情况下,保水剂吸水倍率越大,完全失水所需时间越长;相同吸水量下,4种保水剂间保水性差异可分为差异显著期和差异不明显期。成份相同的保水剂,小颗粒吸水较快,大颗粒吸水较慢。水溶液中的离子对保水剂影响较大,能显著降低其吸水倍率。经冷冻处理后,保水剂的吸水倍率和保水性变化不大。     

水肥调控技术及其功能性肥料研究进展

综述水肥调控的有关技术,以及以高吸水性树脂 (super absorbent polymer,SAP) 为保水、缓/控释材料制备保水型缓/控释肥料的研究进展,为今后此类肥料的开发、应用提供依据。水分和养分是限制我国旱地农业可持续发展的主要因子,以肥调水,以水促肥,充分发挥水肥的协同效应是提高水肥利用率的关键。目前,水肥调控 (耦合) 技术的实施主要通过农艺措施和施肥灌溉技术来完成。近年来,随着SAP性能的不断改善和使用的普及,人们对SAP在吸水保水的同时,对土壤肥料养分的保持和缓释作用开始给予了重视,以SAP为保水、缓释材料的保水型缓/控释肥料的研究成为水肥调控研究的热点。SAP与一般聚合物不同之处是它具有高度亲水性,聚合物的骨架是一个适度交联的网状结构,进入树脂分子内的养分离子或分子可以以各种结合形式被暂时固定而延缓了养分的释放。土壤中可溶性盐对SAP吸水性能有重要影响,但尿素分子影响甚小。保水型缓/控释肥料可通过养分负载、复混或包膜等工艺制备。保水型缓/控释肥料是水肥调控 (耦合) 技术、化学制剂保水节水技术和肥料缓/控释技术的综合运用和物化的载体,兼具吸水、保水和养分缓/控释功能,实现水肥在同一时空条件下的一体化调控,同时提高水分和肥料的利用效率,在农业、林业、环境修复、生态工程等领域具有广阔的应用前景。未来工作是进一步寻求合适的SAP制造原料和工艺,降低成本;应用分子设计,改善SAP的结构,提高生物降解性,控制盐分的不利影响,提高肥料的吸水、保水和对养分的缓释性能;加强养分释放机理和不同于普通缓/控释肥料评价方法的研究。     

云母粉聚丙稀酸交联物的保水特征及其对土壤供钾状况的影响

选用云母粉和丙烯酸单体为原料,通过交联合成方式,合成了一种新型的保(吸)水材料,在探讨了其保水特征的基础上,采用室内培养试验,进一步分析了其对土壤供钾状况的影响.结果表明,云母粉聚丙烯酸交联物具有很好的保(吸)水特性,尤其具有很好的吸含盐溶液的能力;将其施入土壤后在低剂量时就可以明显提高土壤的供钾强度,并在高剂量时提高土壤钾素的缓冲容量.     

Utilization of wheat straw for the preparation of coated controlled-release fertilizer with the function of water retention

With the aim of improving fertilizer use efficiency and minimizing the negative impact on the environment, a new coated controlled-release fertilizer with the function of water retention was prepared. A novel low water solubility macromolecular fertilizer, poly(dimethylourea phosphate) (PDUP), was "designed" and formulated from N,N'-dimethylolurea (DMU) and potassium dihydrogen phosphate. Simultaneously, an eco-friendly superabsorbent composite based on wheat straw (WS), acrylic acid (AA), 2-acryloylamino-2-methyl-1-propanesulfonic acid (AMPS), and N-hydroxymethyl acrylamide (NHMAAm) was synthesized and used as the coating to control the release of nutrient. The nitrogen release profile and water retention capacity of the product were also investigated. The degradation of the coating material in soil solution was studied. Meanwhile, the impact of the content of N-hydroxymethyl acrylamide on the degradation extent was examined. The experimental data showed that the product with good water retention and controlled-release capacities, being economical and eco-friendly, could be promising for applications in agriculture and horticulture.     

不同模压成型条件下聚丙烯木塑复合材料性能

为利用农林废弃物和环境保护,以稻秸秆粉、稻壳粉、木粉、竹粉及稻秸秆与木粉的混合粉为填充材料,以PP膜为基体材料,采用层铺模压和混炼模压2种成型方法制备不同填料PP木塑复合材料,对木塑复合材料力学性能和吸湿吸水性能进行测试和分析,用体视显微镜对复合材料拉伸断面进行观察。结果表明,混炼模压成型木塑复合材料力学性能和抗吸湿吸水性能均优于层铺模压木塑复合材料,且混炼模压PP木塑复合材料填充材料与基体之间混合均匀,两相界面之间结合良好,层铺模压PP木塑复合材料有植物纤维粉和PP基体堆积现象。稻秸秆粉制备的PP木塑复合材料综合力学性能较好,竹粉PP木塑复合材料力学性能较差,模压前混炼对PP木塑复合材料吸湿、吸水性有较大的改善作用。该研究可为利用废旧塑料膜作基体制备木塑复合材料的研究与生产提供参考。     

含多种天然组分保水剂的制备及其对KH2PO4的缓释效果研究

以天然产物腐植酸(HA)、羧甲基纤维素钠(CMC)、蒙脱土(MMT)为复合组分,丙烯酸为聚合单体,使用水溶液聚合法制备了一种含有多种天然组分的环境友好型保水剂,用红外光谱、扫描电镜和热重/差示扫描量热分析对保水剂的结构和热性能进行了表征。分析了聚合工艺条件如HA、MMT、CMC和交联剂用量对保水剂吸水倍数的影响规律。保水剂在蒸馏水和0.9%NaCl溶液中的吸水倍数分别为801倍和87倍。探索了保水剂对磷酸二氢钾(KH2PO4)的负载和缓释性能,结果表明,MMT的加入以及适度的交联可显著提高保水剂对KH2PO4的负载率,并有效减慢其对KH2PO4的释放率,HA可明显提高保水剂的吸水性能,但对KH2PO4的负载和释放影响不大。