CN101186677A - 一种农作物秸秆制备纤维素多糖类可降解高吸水剂的方法 - Google Patents

Abstract

一种农作物秸秆制备纤维素多糖类可降解高吸水剂的方法，属于农副产品综合利用和农用化学品技术领域。本发明涉及一种利用农作物秸秆为主要原料制备纤维素多糖类的高吸水剂的方法，包括从农作物秸秆中精制出纤维素基体、吸水剂合成。以玉米秸秆为例通过对其中纤维素的精制和功能改性，从而得到高吸水性能的功能材料。本发明的高吸水剂保持了吸水材料原有的吸收特性，生产工艺简单，属于生物可降解性产品；高吸水剂由于具备良好的吸水、保水性能，在抗旱保肥、沙漠绿化、植树造林、食品加工、医疗卫生等领域显示出巨大的应用前景，有效的开发了廉价资源。

Description

一种农作物秸秆制备纤维素多糖类可降解高吸水剂的方法

技术领域

一种农作物秸杆制备纤维素多糖类可降解高吸水剂的方法，属于农副产品综合利用和农用化学品技术领域。本发明涉及的是利用农作物秸杆为主要原料制备一种纤维素多糖类的高吸水剂，同时具备良好的生物可降解性质。

背景技术

高吸水剂(super absorbent polymer简称SAP)，由于它具有良好的吸水、保水性能，在抗旱保肥、沙漠绿化、植树造林、食品加工、化妆品等领域显示出巨大的应用前景，成为继化肥、农药、薄膜之后第四大类农用化学品。

美国在20世纪80年代将SAP用于农、林业的土壤保水、苗木培育、育种等。法国采用SAP制出吸水率为200倍的“水合土”用于治理沙漠。日本最先将SAP用于生理卫生领域，制备卫生巾、尿布、毛巾、棉球、止血栓等，刺激和推动了世界范围内SAP产量猛增。此外，SAP还被用作油水分离剂、金属离子吸附剂、室内芳香水凝剂、建材的缓释剂、塑料阻燃剂、灭火剂、药品片剂的崩解剂、温度调节剂、人工肾过滤材料、固化酶载体，蔬菜、食品的储存与保护等。

近年来，随着我国农业的不断向前发展，粮、棉等农作物产量逐年提高，玉米、小麦、棉花等粮食及农产品副产物的深加工成为农业发展的新的经济增长点。目前，我国每年有7亿吨以上农作物秸杆作为副产物未能得到利用。这不仅导致资源浪费，而且有时又严重污染环境。其实，秸秆作为农业的副产品，是一种有用的资源，利用现代生物，化工技术将秸杆中的纤维素材料转化为饲料、酒精、功能材料等产品，不仅可以作为新资源、新能源为人类造福，同时也可以缓解或解决农作物资源对环境污染的问题，因而成为世界各国竞相开展的研究课题，具有重大的战略意义。本发明以农作物秸杆像玉米秆、棉花秆及地瓜蔓等富含纤维素的原料制备高吸水剂，为农作物秸秆的深加工与应用开辟了一条途径。

目前，合成高吸水剂的方法有液相均相体系合成法，非均相体系合成法，固相法和其他特殊方法。在现有合成SAP的方法中，尚存在着一些不足：有些需耗费有机溶剂，有些需在无氧的条件下进行而使用氮气，有些产品在使用后不易降解而污染环境。本发明采用以水为分散相的悬浮合成法，体系黏度低，在有氧条件下进行合成，不需氮气保护，操作控制简单；原料来自农业副产物，成本低，产品质量均匀稳定，且获得了较高的吸水性和一定的生物可降解性。

发明内容

本发明的目的是提供一种农作物秸杆制备纤维素多糖类可降解高吸水剂的方法，原料来自农业副产物，成本低，产品质量均匀稳定，且获得了较高的吸水性和一定的生物可降解性。

本发明的技术方案：一种农作物秸杆制备纤维素多糖类可降解高吸水剂的方法，以农作物秸杆为原料，通过秸杆中纤维素基体的精制和高吸水剂的合成两步骤制备纤维素多糖类可降解高吸水剂；

(1)农作物秸杆纤维素的提取与精制：原料秸杆经过切割预处理后在5％～7％浓度的稀硝酸中于60～80℃搅拌浸泡2h后，抽滤清洗，再在5％～8％浓度的碱液中于80～100℃煮制2～3小时，并不停搅拌，水洗打纤后，进行漂白，50℃干燥得到白色的纤维素基材。

(2)悬浮合成法制备纤维素多糖类高吸水剂：将一定量的秸杆纤维素基材投入聚合釜中，投料以秸杆重量计，投入到15-20倍量的1％-5％的氢氧化钠溶液中搅拌加热至60℃，使纤维素糊化溶胀至胶状，30min后冷却至室温25～30℃，称取3-5倍量的丙烯酸单体和1-2倍量的聚乙二醇于聚合釜并缓慢加入氢氧化钠溶液调节pH 7～8，搅拌均匀后依次添加秸杆、丙烯酸单体和聚乙二醇总重量0.5％～1％的过硫酸钾和0.02％～0.1％亚硫酸氢钠作引发剂、0.8％～1.5％甘油作交联剂、和0.1％～0.2％表面活性剂吐温-60，得到的悬浮液在搅拌条件下，于60℃引发接枝共聚反应2-4h后升温至80-90℃，直至生成白色的乳状凝胶，反复洗涤，烘箱中60℃干燥脱水，粉碎，制得纤维素多糖类可降解高吸水剂。

吸水保水性质测试：以蒸馏水和生理盐水分别测试高吸水剂吸液倍率，评价高吸水剂的吸附性能。采用微生物降解法，以酱油曲霉为降解菌，进行生物可降解性能的试验，使高吸水剂的降解状况便于观察和测试。

本发明制备的纤维素多糖类高吸水剂性状及用途：外观为白色粉末，呈中性，吸蒸馏水200～220倍，吸生理盐水70～90倍，微生物降解性为15天降解率35％。用于农业：土壤改良剂、水土保湿剂、植物沾根、提高发芽率；工业方面用作干燥剂、蔬菜水果保鲜剂、卫生材料吸液剂。

本发明的有益效果：本发明以农作物秸杆为原料，通过对其中纤维素的精制和功能改性，从而得到高吸水性能的功能材料。本发明的高吸水剂保持了吸水材料原有的吸收特性，生产工艺简单，属于生物可降解性产品；高吸水剂由于具备良好的吸水、保水性能，在抗旱保肥、沙漠绿化、植树造林、食品加工、医疗卫生等领域显示出巨大的应用前景，有效的开发了廉价资源。本发明采用以水为分散相的悬浮合成法，体系黏度低，在有氧条件下进行合成，不需氮气保护，操作控制简单；原料来自农业副产物，成本低，产品质量均匀稳定，且获得了较高的吸水性和一定的生物可降解性。

具体实施方式

实施例1：玉米秸杆纤维素的精制

将玉米秸杆粉末20kg投入到400L、5％硝酸溶液中，80℃下搅拌2h，抽滤清洗，然后加入300L、5％氢氧化钠溶液在90℃下搅拌3h，抽滤清洗，反复搅打柔化纤维素10min，清洗杂质，在有效氯浓度为5.8％的次氯酸钠溶液50L中进行漂白处理2h，50℃干燥，即得到白色的秸杆纤维素6.0kg。

实施例2：悬浮法制备纤维素多糖类可降解吸水剂

将6.0kg的秸杆纤维素投入聚合釜中，在100L、5％的氢氧化钠溶液中搅拌加热至60℃，使纤维素糊化溶胀至胶状，30min后冷却至室温25～30℃，将25kg丙烯酸单体和8kg聚乙二醇、去离子水100kg投于聚合釜并缓慢加入5％氢氧化钠溶液调节悬浮液的pH＝7～8。搅拌均匀后依次添加0.2kg的引发剂过硫酸钾、0.01kg的亚硫酸氢钠、0.5kg的交联剂甘油、0.08kg的表面活性剂吐温-60，悬浮液在搅拌条件下，于60℃引发接枝共聚反应2h后升温至90℃，直至生成白色的乳状凝胶，反复洗涤，烘箱中60℃干燥脱水，粉碎，即得产品吸水剂30Kg。

吸水剂性状：外观为白色粉末，呈中性，吸蒸馏水200g/g，吸生理盐水70g/g，微生物(酱油曲霉)降解为15天降解率35％。

吸水保水性质测试：以蒸馏水和生理盐水分别测试高吸水剂吸液倍率，评价高吸水剂的吸附性能。采用微生物降解法，以酱油曲霉为降解菌，进行生物可降解性能的试验，使高吸水剂的降解状况便于观察和测试。

用途：用于农业：土壤改良剂、水土保湿剂、植物沾根，提高发芽率；工业方面用作干燥剂、蔬菜水果保鲜剂、卫生材料吸液剂。

Claims (1)

1.一种农作物秸杆制备纤维素多糖类可降解高吸水剂的方法，其特征是以农作物秸杆为原料，通过秸杆中纤维素基体的精制和高吸水剂的合成两步骤制备纤维素多糖类可降解高吸水剂；

(1)农作物秸杆纤维素的提取与精制：原料秸杆经过切割预处理后在5％～7％浓度的稀硝酸中于60～80℃搅拌浸泡2h后，抽滤清洗，再在5％～8％浓度的碱液中于80～100℃煮制2～3小时，并不停搅拌，水洗打纤后，进行漂白，50℃干燥得到白色的纤维素基材。

(2)悬浮合成法制备纤维素多糖类高吸水剂：将一定量的秸杆纤维素基材投入聚合釜中，投料以秸杆重量计，投入到15-20倍量的1％-5％的氢氧化钠溶液中搅拌加热至60℃，使纤维素糊化溶胀至胶状，30min后冷却至室温25～30℃，称取3-5倍量的丙烯酸单体和1-2倍量的聚乙二醇于聚合釜并缓慢加入氢氧化钠溶液调节pH 7～8，搅拌均匀后依次添加秸杆、丙烯酸单体和聚乙二醇总重量0.5％～1％的过硫酸钾和0.02％～0.1％亚硫酸氢钠作引发剂、0.8％～1.5％甘油作交联剂、和0.1％～0.2％表面活性剂吐温-60，得到的悬浮液在搅拌条件下，于60℃引发接枝共聚反应2-4h后升温至80-90℃，直至生成白色的乳状凝胶，反复洗涤，烘箱中60℃干燥脱水，粉碎，制得纤维素多糖类可降解高吸水剂。