CN101157845B

CN101157845B - 一种环保型保水剂及其制备方法

Info

Publication number: CN101157845B
Application number: CN2007100171310A
Authority: CN
Inventors: 张英鹏; 孙明; 李彦; 刘建军; 崔荣宗; 陈建友
Original assignee: Soil and Fertilizer Institute of Shandong Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Soil and Fertilizer Institute of Shandong Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2027-09-04
Also published as: CN101157845A

Abstract

本发明涉及一种以沸石为主要原料的高效环保型保水剂及其制备方法。原料组分重量份为：沸石粉60-80份，复合添加剂15-35份，高吸水性树脂2-10份。该保水剂具有较强的吸水释水功能，保水剂吸水后的凝胶好，该保水剂不仅保水性能良好，而且制备工艺简单，成本低，环保无污染，利于产业化生产。

Description

一种环保型保水剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种保水剂及其制备方法，尤其涉及一种以天然矿物沸石为主要原料的低成本高效环保型保水剂及其制备方法。

背景技术：

我国是一个水资源非常缺乏的国家，人均占水量仅为世界平均水平的1/4。进入21世纪后，随着干旱缺水的不断加剧，人口增长、城镇化和社会经济快速发展，我国用水矛盾日益尖锐。农业是我国节水潜力最大的行业，发展现代节水农业是确保我国粮食安全、水安全和生态安全的重大战略举措已经成为共识。目前对农业节水技术措施的研究主要集中在渠道防渗与低压管道输水等工程措施，以及喷灌、滴灌等先进的节水灌溉技术方面，这些措施与技术虽能提高灌溉效率，但需要的投资多，造价高；而保水剂因为使用方便，成本较低等优点也成为节水增产的新途径和新方法。

保水剂是一种吸水性很强的新型高分子聚合物。它由长链高分子化合物通过新型交联剂或高能辐射聚合而成。我国的保水剂开发与应用开始于80年代初期，但发展速度较快，近年来也开始把保水剂应用到农林园艺，并进行研究。目前已有的保水剂种类很多，有淀粉系列、纤维素类、合成聚合物类、蛋白质系列、其它系列包括果胶、壳聚糖等，以及混合系列即不同类别的保水剂的混合物。这些保水剂存在的问题是工艺都比较复杂、成本高、适宜范围窄等。中国专利文件CN1765852(申请号200510011017.8)公开了一种以硅藻土60-70％为主要原料的保水剂，但由于选用的硅藻土为主料，其价格要远高于沸石，另外还增加了尿素3％，磷酸胺2％，硫酸钾1％，虽然起到了一定的保水保肥效果，其生产成本明显增加；并且它仅适用于干旱、半干旱地区树苗的移栽，应用范围过窄。因此在研究新型保水剂时，不仅要考虑其保水、增产效果，而且必须考虑保水剂生产和使用的经济成本，而且要考虑适用于大多数作物，尤其要适用于大田作物。

发明内容

针对上述现有保水剂技术存在的不足，本发明提供一种新型高效环保型保水剂及其制备方法。

本发明的环保型保水剂，原料组分如下，均为重量份：

沸石粉60-80份，复合添加剂15-35份，高吸水性树脂2-10份。

其中，复合添加剂是膨润土与凹凸棒土按重量比1～3∶1的混合；

上述沸石粉是膨润土生产厂的副产物，可购自膨润土生产厂或市场；高吸水性树脂可在市场购得，产品型号：高吸水性树脂SAP。

本发明以价格便宜的沸石粉为主要原料，增加发明适量的复合添加剂，为提高吸水保水性能，再添加少量的高吸水性树脂，通过挤压造粒工艺即可生产出商品性很好的保水剂产品。该发明工艺极其简单，成本低，环保无污染，解决了现有技术中保水剂存在的问题，适用于大田作物，而不仅局限于大田经济作物。

本发明环保型保水剂的制备方法，包括原料粉碎、混合、挤压造粒、破碎筛分，具体步骤如下：

(1)将原料分别粉碎过80目筛，按份称量混合，加入少量水，使混合原料的含水量在10-20％，经螺旋形送料器加入轧片机的两根压辊之间，挤压成条状保水剂。

(2)将上述条状保水剂再进行破碎整粒，筛分出直径为3-4mm、长为9-10mm的细条状产品。将筛下粉重新送回振动料斗中循环利用。

最后将符合规格的保水剂产品称重包装出厂。

优选的，上述的步骤(1)中的轧片机两只压辊表面均匀分布形状相同的半扁圆形弧槽或菱形槽。当两只压辊等速、反向旋转时，将螺旋送料器输送至槽口的沸石、复合添加剂、高吸水性树脂等混合原料咬入槽内并瞬间强制压缩，混合的原料经压缩成形后由于承受的压力逐渐减小，在弹力及重力作用下，从槽内脱落，形成致密坚硬的条状保水剂。

本发明与已有技术相比，具有以下优点：

1.该保水剂能显著提高土壤的蓄水保水能力。以沸石粉、复合添加剂以及少量吸水树脂为主要原料制成的保水剂经实验室试验证明，能够吸收50-400倍于自身重量的普通水，对0.2％的盐水的吸附能力也在10-100倍范围内。因此，在大田作物生产上适量施用，能够明显改善土壤的蓄保水能力。

2.该保水剂环保，无污染，使用寿命长。该保水剂是以天然的沸石粉为主要原料，只采用了少量的高分子吸水树脂，在生产过程中无其它污染物产生；保水剂大量施用也不会对土壤理化性质造成负面影响。同时，沸石在土壤中还可以吸附土壤中的氮，减少硝态氮的淋失，减少对地下水的污染；另外还能提高土壤孔隙度，改善土壤物理性质；保水剂一次施用土壤后在3-5年内仍具有比较明显的保水保肥功能。

3.保水剂的生产设备简单，投资少，生产成本低，施用方法简单，易于生产和大田推广。

4.保水剂制备过程中不用烘干，节省能源。保水剂的生产采用挤压造粒法，生产过程中仅需耗用少量电，能耗低，符合目前国家节能降耗的产业政策。

5.适用于不同土壤和农作物。该保水剂性质稳定，易于运输，施用方法简单，生产成本低，可广泛应用于普通大田作物，在干旱、半干旱以及半湿润地区使用均有很好的保水效果。

保水剂的效果试验

一、保水剂在大田玉米上的试验效果

1材料与方法

1.1供试材料

试验地点是山东省招远市张星镇大郝家村，供试土壤为棕壤，土壤的基本农化性状列入表1。供试作物是玉米，品种为郑单958。供试的保水剂组份：沸石粉70份、复合添加剂15份，高吸水树脂5份，其中复合添加剂由膨润土和凹凸棒土按1.5∶1的重量比混合而成。

表1供试土壤的理化性状

土壤类型	pH	有机质(g/kg)	碱解氮(mg/kg)	速效磷(mg/kg)	速效钾(mg/kg)
						棕壤	6.5	8.05	82.0	52.8	165

1.2试验设计

试验设3个处理，3次重复，小区顺序排列，小区面积3.3m×9m＝29.7m²。试验处理如下：

处理1.CK(不施肥)

处理2.习惯施肥(常规施肥管理)

处理3.习惯施肥+保水剂(常规施肥管理+保水剂)

除CK不施肥外，其它处理的氮磷钾施用量分别为N 240kg/ha，P₂O₅ 100kg/ha，K₂O 150kg/ha。氮肥一半基施，一半追施，磷钾肥用作基肥，其它管理方式相同。处理3施用保水剂为2.7千克/小区，在玉米的不同生育期内取土测定土壤含水量，观察施用保水剂后对玉米根区土壤含水量的影响，以确定保水剂的保水效果。试验时间是2006年6月至2006年10月。

1.3测定项目与方法

土壤含水量的测定选取《土壤农业化学常规分析方法》(李酉开主编)的方法测定。

2结果与讨论

施用保水剂后对玉米田土壤含水量的影响

表2玉米田根区土壤含水量及方差分析(％)

处理

取样次数

第1次

第2次

第3次

第4次

第5次

第6次

CK

16.1a

17.2a

16.5b

16.9b

15.0bc

14.5b

习惯施肥

7.90c

16.4ab

16.4b

16.7b

15.8b

15.0b

习惯施肥+保水剂

15.4ab

17.2a

18.4a

18.9a

17.5a

17.0a

注：表中每列不同字母表示采用邓肯氏新复极差法比较差异达到5％显著水平

各处理土壤含水量的结果见表2。从试验结果可以看出，在试验初期，施用保水剂并未体现出明显的保水效果，第1次取样时含水量最高的是CK处理；第2次至第6次取样时，施用保水剂的处理土壤含水量有了明显提高，尤其在较为干旱时的第5和6次取样，施用保水剂处理的玉米根区土壤含水量具有明显的保水效果。经方差分析，在第3至第6次取样时，保水剂处理较其它处理含水量显著提高，均达5％的显著水平，说明施用保水剂后能够明显提高土壤的保水能力，促进玉米生长。

结论：在大田条件下种植玉米的情况下，在常规管理措施下，施用本发明的保水剂与习惯管理和CK相比都有明显的提高根区土壤含水量，具有较好的保水的作用。

二、保水剂的发芽试验

1、材料与方法

1.1供试材料

试验地点是山东省农业科学院土壤肥料研究所温室，供试土壤为褐土，土壤的基本农化性状列入表3。供试作物是玉米和西瓜。

表3供试土壤的理化性状

土壤类型	pH	有机质(g/kg)	碱解氮(mg/kg)	速效磷(mg/kg)	速效钾(mg/kg)
						褐土	6.89	22.70	77.06	34.2	216.5

1.2试验设计

试验设4个处理，CK+玉米、保水剂+玉米、CK+西瓜和保水剂+西瓜，各3次重复，采用盆栽试验，每盆装土5kg。玉米和西瓜每盆均播种20颗，保水剂用量为5g/pot，与表层土混匀施用。保水剂的原料组分为：沸石粉65份、复合添加剂15份，高吸水树脂8份，其中复合添加剂由膨润土和凹凸棒土按2∶1的重量比混合而成。玉米和西瓜播种后，每盆浇水800ml，分时间观察玉米和西瓜的出苗情况。试验时间是2007年5月至2007年6月。

1.3测试项目

每天分上午和下午记录玉米和西瓜的出苗情况，然后统计不同处理的玉米和西瓜出苗情况。

2、结果与分析

表4玉米的发芽数及出芽率情况

处理	播种后不同天数的玉米发芽数						出芽率(％)
								10d	11d	12d	13d	14d	15d
	CK	0	6	11	11	15								15	75
保水剂							5	11	16	18	18	18	90

由表4可知，施用保水剂后可提前1天促进玉米发芽，另外，还可以提高玉米的出芽率，由对照的75％提高到90％。因此，播种时施用保水剂可促进作物提前发芽，提高出芽率。

表5西瓜籽的发芽数及出芽率情况

处理	播种后不同天数的西瓜发芽数								出芽率(％)
										2d上午	2d下午	3d上午	3d下午	4d上午	4d下午	5d上午	5d下午
	CK	0	1	5	6	10	12	16										16	80
保水剂									2	2	8	10	17	17	19	19	95

由表5可知，施用保水剂的处理西瓜发芽时间提前，播种后的第2d上午就有2颗发芽。另外，西瓜的发芽率也得到了明显的提高，由对照的80％提高到95％，增加了15个百分点。

结论：在土培的发芽试验中，施用保水剂能够明显提高玉米和西瓜的发芽率，并且能够提前其发芽时间，对实际农业生产有利。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。实施例中所用原料厂家及型号如下：

沸石粉：潍坊市坊子区富兴膨润土厂生产的“富兴”牌80目沸石粉。

高吸水树脂：常州市新亚环保材料有限公司生产的高分子吸水树脂SAP。

膨润土：潍坊市坊子区富兴膨润土厂生产的“富兴”牌膨润土。

凹凸棒土：南京团结白土厂生产的80目凹凸棒土。

实施例1.适用大田作物的环保型保水剂及其制备方法

保水剂的原料组分为：沸石粉70份、复合添加剂15份，高吸水树脂5份，其中复合添加剂由膨润土和凹凸棒土按1.5∶1的重量比混合而成。

将原料分别粉碎，过80目筛，按重量份取沸石粉、复合添加剂、高吸水树脂混匀，加水使混合原料的含水量为10％，经螺旋送料器传送进入轧片机中表面均匀分布半扁圆形弧槽的两压辊之间压缩，脱落后即可形成条状的保水剂，然后进行破碎整粒，筛分出直径为3-4mm、长为9-10mm的细条状产品，进行称重包装。筛下粉重新返回振动料斗中循环利用。该产品成本比较低廉，保水性能优良，尤其适用于玉米、小麦等大田作物。

实施例2.适用于经济价值较高作物的保水剂及其制备方法

保水剂的原料组分为：沸石粉65份、复合添加剂15份，高吸水树脂8份，其中复合添加剂由膨润土和凹凸棒土按2∶1的重量比混合而成。

将原料分别粉碎，过80目筛，按重量份取沸石粉、复合添加剂、高吸水树脂混匀，加水使混合原料的含水量为12％，经螺旋送料器传送进入轧片机中表面均匀分布菱形槽的两压辊之间压缩，脱落后即可形成条状的保水剂，然后进行破碎整粒，筛分出直径为3-4mm、长为9-10mm的细条状产品，进行称重包装。筛下粉重新返回振动料斗中循环利用。

实施例3.适用林木种植的保水剂及其制备方法

保水剂的原料组分为：沸石粉60份，复合添加剂20份，高吸水树脂10份，其中复合添加剂由膨润土和凹凸棒土按1∶1的比例混合而成。制备方法同实施例1。

Claims

1.一种环保型保水剂，其特征在于原料组分如下，均为重量份：

沸石粉60-80份，复合添加剂15-35份，高吸水性树脂2-10份；

其中，复合添加剂是膨润土与凹凸棒土按重量比1～3∶1的混合。

2.一种权利要求1所述的环保型保水剂的制备方法，包括原料粉碎、混合、挤压造粒、破碎筛分，具体步骤如下：

(1)将原料分别粉碎过80目筛，按份称量混合，加水，使混合原料的含水量在10-20％，经螺旋形送料器加入轧片机的两根压辊之间，挤压成条状保水剂；

(2)将上述条状保水剂再进行破碎整粒，筛分出直径为3-4mm、长为9-10mm的细条状产品；将筛下粉重新送回振动料斗中循环利用。

3.如权利要求2所述的环保型保水剂的制备方法，其特征在于步骤(1)中的轧片机两只压辊表面均匀分布形状相同的半扁圆形弧槽或菱形槽。