CN105218748A - 一种富含植物营养元素高吸水树脂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种富含植物营养元素的高吸水树脂的制备方法，属于树脂制造领域。本发明先用马铃薯进行预处理，之后加入磷酸二氢钾和尿素加入其中制成粉末，再用2-亚甲基丁二酸和交联剂制成均相单体混合溶液，将制成的粉末溶解在蒸馏水中，在微波加热下糊化，糊化后向其中缓慢滴加混合溶液，最后将过硫酸铵水溶液滴加反应体系中进行聚合反应，最后粉碎成颗粒，即得一种富含植物营养元素的高吸水树脂。本发明制成的高吸水树脂与不同树脂相比不仅具有良好的吸水和保水性能，而且树脂中富含氮、磷、钾植物营养元素，可以广泛应用在农业、林业方面，绿色环保，而且生产工艺简单，成本低。

Description

一种富含植物营养元素高吸水树脂的制备方法

技术领域

本发明公开了一种富含植物营养元素的高吸水树脂的制备方法，属于树脂制造领域。

背景技术

高吸水树脂是一种含有羧基、羟基等亲水性基团并具有一定交联度的聚合物。它不溶于水，也不溶于有机溶剂，具有吸水率高、保水性强、吸水速度快、凝胶强度大等特点。因而，在日常用品、农业、工业、建筑以及医疗卫生等领域，人们对高吸水树脂的实际应用变得越来越广泛。高吸水树脂不仅可以让水分进入，还可以让一些肥料分子、离子以及微粒扩散进入，进入到高吸水树脂内部的分子、离子及微粒会被溶胀的高吸水树脂凝胶网络包裹起来。这样，对植物生长有益的农药、肥料、生根剂甚至冷热量都能储存在保水剂分子网格中而缓慢地释放出来。因此，高吸水树脂的使用可以大大提高雨水和灌溉水的利用率，减少肥料和农药流失，减轻环境污染。高吸水树脂对磷有活化作用，加上其对生根剂的缓释作用，这两种功能都可促进根部生长发育。因此在土壤中施用高吸水树脂后，植物的根系尤其是根须会变得特别发达。高吸水树脂吸收大量水分后能将这些水分存储在其内部，这样可以使土壤环境温度的变化减小；它还具一定的保温功能，在夏季可以降低土壤温度，在冬季可以保持土壤温度。由于高吸水树脂具有反复的吸胀与收缩性，这种特性使得土壤孔隙数量大量增加，土壤的透气性和透水性增强，这样既改善了植物根系周围的土壤环境，又增强了根系周围微生物的活动；微生物活动加强使得根系周围有机矿物质的分解速率加快，有利于根系对矿物质的吸收利用，因而高吸水树脂能促进植物生长发育，改良土壤。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：为了在向土壤施肥过程中保持土壤的肥效和吸水性能，常常要加入一种高吸水树脂，但目前加入的高吸水树脂存在功能单一，大多数只有吸水、保水的功能，而且耐盐性差、吸水速率慢的问题，提供了一种富含植物营养元素的高吸水树脂的制备方法，本发明先用马铃薯进行预处理，之后加入磷酸二氢钾和尿素加入其中制成粉末，再用2-亚甲基丁二酸和交联剂制成均相单体混合溶液，将制成的粉末溶解在蒸馏水中，在微波加热下糊化，糊化后向其中缓慢滴加混合溶液，最后将过硫酸铵水溶液滴加反应体系中进行聚合反应，用乙醇沉淀、洗涤、烘干后加入丙酮抽提分离并干燥，最后粉碎成颗粒，即得一种富含植物营养元素的高吸水树脂。本发明制成的高吸水树脂与不同树脂相比不仅具有良好的吸水和保水性能，而且树脂中富含氮、磷、钾植物营养元素，可以广泛应用在农业、林业方面，绿色环保，而且生产工艺简单，成本低。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）取2～3kg新鲜马铃薯用去离子水洗涤干净，之后进行切片烘干，烘干后放入粉碎机中粉碎，筛取出100～200目粉末，取100～150g的粉末加到500mL的三口烧瓶中，以固液质量比1:1向瓶中加入N,N-二亚甲基甲酰胺反应介质，搅拌均匀后置于超声波清洗槽中在40kHz、300W下进行超声预处理20～30min；

（2）超声处理后将30～35g磷酸二氢钾和20～30g尿素加入到上述三口烧瓶中，将其放入水浴中并升温至50～90℃，在搅拌条件下反应2～4h，反应结束后将瓶中产物冷却至室温，再过滤后置于50℃烘箱中干燥，烘干后筛取100～200目粉末，留取备用；

（3）称量40～60g2-亚甲基丁二酸加入在500mL烧杯中，再向杯中加入200mL去离子水，搅拌均匀即配成20～30%的2-亚甲基丁二酸水溶液，然后向烧杯中缓慢滴加60～70mL质量浓度为20%的NaOH溶液，得到2-亚甲基丁二酸钠溶液，再向其中加入5～7gN-乙烯基吡咯烷酮和8～10gN,N-亚甲基双丙烯酰胺，用磁力搅拌器搅拌直固体完全溶解，即形成均相单体混合溶液；

（4）取100～150g上述步骤（2）中的粉末放入500mL的三口烧瓶中，向其中加入120～150mL的蒸馏水中，开动磁力搅拌器，在搅拌的作用下再用功率为300～400W微波加热至80℃，并保持温度不变，持续搅拌25～30min得糊化液，将糊化液降温至60℃，再一边搅拌一边向其中2～3滴/s缓慢滴加上述制得均相单体混合溶液，在30～35min内完成滴加；

（5）最后将5～7mL质量浓度为20%过硫酸铵水溶液引发剂滴加到上述反应体系中，在80～90℃下进行聚合反应1～2h，反应后将其自然冷却至室温，最后将聚合物凝胶倒出，用无水乙醇洗涤2～3次后，得沉淀物，放入40～60℃下烘箱内干燥5～6h，干燥后将其加入固液比1:1的丙酮，在索氏抽提器中抽提分离8～16小时，分离后放入50～60℃烘箱中干燥，经粉碎、造粒，得80～100目颗粒，即可。

本发明制得的树脂颗粒颜色为白色半透明状，密度为2.5～3Mg/m-3，所含至植物营养元素主要有氮、磷、钾，其比例为氮：磷：钾=1.6:1.1:1.3

本发明的应用方法：将本发明制得的高吸水树脂混入土壤基质中，混入的量为土壤重量的0.2～0.4%，进行搅拌混合均匀后在土地表面上进行撒施，这样可使地表形成一层覆盖保水层，经过2～3个月后，保水率仍能保持在60%以上，在高盐碱地土壤，使用高吸水树脂，可以保持5～6个月的肥效和吸水性。

本发明的有益效果是：

（1）本发明制成的高吸水树脂与普通树脂相比不仅具有良好的吸水和保水性能，而且树脂中富含氮、磷、钾植物营养元素；

（2）本发明制成的高吸水树脂可以广泛应用在农业、林业方面，绿色环保，而且生产工艺简单，成本低。

具体实施方式

首先取2～3kg新鲜马铃薯用去离子水洗涤干净，之后进行切片烘干，烘干后放入粉碎机中粉碎，筛取出100～200目粉末，取100～150g的粉末加到500mL的三口烧瓶中，以固液质量比1:1向瓶中加入N,N-二亚甲基甲酰胺反应介质，搅拌均匀后置于超声波清洗槽中在40kHz、300W下进行超声预处理20～30min；超声处理后将30～35g磷酸二氢钾和20～30g尿素加入到上述三口烧瓶中，将其放入水浴中并升温至50～90℃，在搅拌条件下反应2～4h，反应结束后将瓶中产物冷却至室温，再过滤后置于50℃烘箱中干燥，烘干后筛取100～200目粉末，留取备用；称量40～60g2-亚甲基丁二酸加入在500mL烧杯中，再向杯中加入200mL去离子水，搅拌均匀即配成20～30%的2-亚甲基丁二酸水溶液，然后向烧杯中缓慢滴加60～70mL质量浓度为20%的NaOH溶液，得到2-亚甲基丁二酸钠溶液，再向其中加入5～7gN-乙烯基吡咯烷酮和8～10gN,N-亚甲基双丙烯酰胺，用磁力搅拌器搅拌直固体完全溶解，即形成均相单体混合溶液；取100～150g上述粉末放入500mL的三口烧瓶中，向其中加入120～150mL的蒸馏水中，开动磁力搅拌器，在搅拌的作用下再用功率为300～400W微波加热至80℃，并保持温度不变，持续搅拌25～30min得糊化液，将糊化液降温至60℃，再一边搅拌一边向其中2～3滴/s缓慢滴加上述制得均相单体混合溶液，在30～35min内完成滴加；最后将5～7mL质量浓度为20%过硫酸铵水溶液引发剂滴加到反应体系中，在80～90℃下进行聚合反应1～2h，反应后将其自然冷却至室温，最后将聚合物凝胶倒出，用无水乙醇洗涤2～3次后，得沉淀物，放入40～60℃下烘箱内干燥5～6h，干燥后将其加入固液比1:1的丙酮，在索氏抽提器中抽提分离8～16小时，分离后放入50～60℃烘箱中干燥，经粉碎、造粒，得80～100目颗粒，即可。

实例1

首先取2kg新鲜马铃薯用去离子水洗涤干净，之后进行切片烘干，烘干后放入粉碎机中粉碎，筛取出100目粉末，取100g的粉末加到500mL的三口烧瓶中，以固液质量比1:1向瓶中加入N,N-二亚甲基甲酰胺反应介质，搅拌均匀后置于超声波清洗槽中在40kHz、300W下进行超声预处理20min；超声处理后将30g磷酸二氢钾和20g尿素加入到上述三口烧瓶中，将其放入水浴中并升温至50℃，在搅拌条件下反应2h，反应结束后将瓶中产物冷却至室温，再过滤后置于50℃烘箱中干燥，烘干后筛取100目粉末，留取备用；称量40g2-亚甲基丁二酸加入在500mL烧杯中，再向杯中加入200mL去离子水，搅拌均匀即配成20%的2-亚甲基丁二酸水溶液，然后向烧杯中缓慢滴加60mL质量浓度为20%的NaOH溶液，得到2-亚甲基丁二酸钠溶液，再向其中加入5gN-乙烯基吡咯烷酮和8gN,N-亚甲基双丙烯酰胺，用磁力搅拌器搅拌直固体完全溶解，即形成均相单体混合溶液；取100g上述粉末放入500mL的三口烧瓶中，向其中加入120mL的蒸馏水中，开动磁力搅拌器，在搅拌的作用下再用功率为300W微波加热至80℃，并保持温度不变，持续搅拌25min得糊化液，将糊化液降温至60℃，再一边搅拌一边向其中2滴/s缓慢滴加上述制得均相单体混合溶液，在30min内完成滴加；最后将5mL质量浓度为20%过硫酸铵水溶液引发剂滴加到反应体系中，在80℃下进行聚合反应1h，反应后将其自然冷却至室温，最后将聚合物凝胶倒出，用无水乙醇洗涤2次后，得沉淀物，放入40℃下烘箱内干燥5h，干燥后将其加入固液比1:1的丙酮，在索氏抽提器中抽提分离8小时，分离后放入50℃烘箱中干燥，经粉碎、造粒，得80目颗粒，即可。

本发明的应用方法：将本发明制得的高吸水树脂混入土壤基质中，混入的量为土壤重量的0.2%，进行搅拌混合均匀后在土地表面上进行撒施，这样可使地表形成一层覆盖保水层，经过2个月后，保水率仍能保持在65%，在高盐碱地土壤，使用高吸水树脂，可以保持5个月的肥效和吸水性。

实例2

首先取2.5kg新鲜马铃薯用去离子水洗涤干净，之后进行切片烘干，烘干后放入粉碎机中粉碎，筛取出150目粉末，取125g的粉末加到500mL的三口烧瓶中，以固液质量比1:1向瓶中加入N,N-二亚甲基甲酰胺反应介质，搅拌均匀后置于超声波清洗槽中在40kHz、300W下进行超声预处理25min；超声处理后将33g磷酸二氢钾和25g尿素加入到上述三口烧瓶中，将其放入水浴中并升温至70℃，在搅拌条件下反应3h，反应结束后将瓶中产物冷却至室温，再过滤后置于50℃烘箱中干燥，烘干后筛取150目粉末，留取备用；称量50g2-亚甲基丁二酸加入在500mL烧杯中，再向杯中加入200mL去离子水，搅拌均匀即配成25%的2-亚甲基丁二酸水溶液，然后向烧杯中缓慢滴加65mL质量浓度为20%的NaOH溶液，得到2-亚甲基丁二酸钠溶液，再向其中加入6gN-乙烯基吡咯烷酮和9gN,N-亚甲基双丙烯酰胺，用磁力搅拌器搅拌直固体完全溶解，即形成均相单体混合溶液；取125g上述粉末放入500mL的三口烧瓶中，向其中加入135mL的蒸馏水中，开动磁力搅拌器，在搅拌的作用下再用功率为350W微波加热至80℃，并保持温度不变，持续搅拌27min得糊化液，将糊化液降温至60℃，再一边搅拌一边向其中2滴/s缓慢滴加上述制得均相单体混合溶液，在33min内完成滴加；最后将6mL质量浓度为20%过硫酸铵水溶液引发剂滴加到反应体系中，在85℃下进行聚合反应1.5h，反应后将其自然冷却至室温，最后将聚合物凝胶倒出，用无水乙醇洗涤2次后，得沉淀物，放入50℃下烘箱内干燥5.5h，干燥后将其加入固液比1:1的丙酮，在索氏抽提器中抽提分离12小时，分离后放入55℃烘箱中干燥，经粉碎、造粒，得90目颗粒，即可。

本发明的应用方法：将本发明制得的高吸水树脂混入土壤基质中，混入的量为土壤重量的0.3%，进行搅拌混合均匀后在土地表面上进行撒施，这样可使地表形成一层覆盖保水层，经过2个半月后，保水率仍能保持在68%，在高盐碱地土壤，使用高吸水树脂，可以保持5个半月的肥效和吸水性。

实例3

首先取3kg新鲜马铃薯用去离子水洗涤干净，之后进行切片烘干，烘干后放入粉碎机中粉碎，筛取出200目粉末，取150g的粉末加到500mL的三口烧瓶中，以固液质量比1:1向瓶中加入N,N-二亚甲基甲酰胺反应介质，搅拌均匀后置于超声波清洗槽中在40kHz、300W下进行超声预处理30min；超声处理后将35g磷酸二氢钾和30g尿素加入到上述三口烧瓶中，将其放入水浴中并升温至90℃，在搅拌条件下反应4h，反应结束后将瓶中产物冷却至室温，再过滤后置于50℃烘箱中干燥，烘干后筛取200目粉末，留取备用；称量60g2-亚甲基丁二酸加入在500mL烧杯中，再向杯中加入200mL去离子水，搅拌均匀即配成30%的2-亚甲基丁二酸水溶液，然后向烧杯中缓慢滴加70mL质量浓度为20%的NaOH溶液，得到2-亚甲基丁二酸钠溶液，再向其中加入7gN-乙烯基吡咯烷酮和10gN,N-亚甲基双丙烯酰胺，用磁力搅拌器搅拌直固体完全溶解，即形成均相单体混合溶液；取150g上述粉末放入500mL的三口烧瓶中，向其中加入150mL的蒸馏水中，开动磁力搅拌器，在搅拌的作用下再用功率为400W微波加热至80℃，并保持温度不变，持续搅拌30min得糊化液，将糊化液降温至60℃，再一边搅拌一边向其中3滴/s缓慢滴加上述制得均相单体混合溶液，在35min内完成滴加；最后将7mL质量浓度为20%过硫酸铵水溶液引发剂滴加到反应体系中，在90℃下进行聚合反应2h，反应后将其自然冷却至室温，最后将聚合物凝胶倒出，用无水乙醇洗涤3次后，得沉淀物，放入60℃下烘箱内干燥6h，干燥后将其加入固液比1:1的丙酮，在索氏抽提器中抽提分离16小时，分离后放入60℃烘箱中干燥，经粉碎、造粒，得100目颗粒，即可。

本发明的应用方法：将本发明制得的高吸水树脂混入土壤基质中，混入的量为土壤重量的0.4%，进行搅拌混合均匀后在土地表面上进行撒施，这样可使地表形成一层覆盖保水层，经过3个月后，保水率仍能保持在70%，在高盐碱地土壤，使用高吸水树脂，可以保持6个月的肥效和吸水性。

Claims (1)

1.一种富含植物营养元素的高吸水树脂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）取2～3kg新鲜马铃薯用去离子水洗涤干净，之后进行切片烘干，烘干后放入粉碎机中粉碎，筛取出100～200目粉末，取100～150g的粉末加到500mL的三口烧瓶中，以固液质量比1:1向瓶中加入N,N-二亚甲基甲酰胺反应介质，搅拌均匀后置于超声波清洗槽中在40kHz、300W下进行超声预处理20～30min；

（2）超声处理后将30～35g磷酸二氢钾和20～30g尿素加入到上述三口烧瓶中，将其放入水浴中并升温至50～90℃，在搅拌条件下反应2～4h，反应结束后将瓶中产物冷却至室温，再过滤后置于50℃烘箱中干燥，烘干后筛取100～200目粉末，留取备用；

（3）称量40～60g2-亚甲基丁二酸加入在500mL烧杯中，再向杯中加入200mL去离子水，搅拌均匀即配成20～30%的2-亚甲基丁二酸水溶液，然后向烧杯中缓慢滴加60～70mL质量浓度为20%的NaOH溶液，得到2-亚甲基丁二酸钠溶液，再向其中加入5～7gN-乙烯基吡咯烷酮和8～10gN,N-亚甲基双丙烯酰胺，用磁力搅拌器搅拌直固体完全溶解，即形成均相单体混合溶液；

（4）取100～150g上述步骤（2）中的粉末放入500mL的三口烧瓶中，向其中加入120～150mL的蒸馏水中，开动磁力搅拌器，在搅拌的作用下再用功率为300～400W微波加热至80℃，并保持温度不变，持续搅拌25～30min得糊化液，将糊化液降温至60℃，再一边搅拌一边向其中2～3滴/s缓慢滴加上述制得均相单体混合溶液，在30～35min内完成滴加；

（5）最后将5～7mL质量浓度为20%过硫酸铵水溶液引发剂滴加到上述反应体系中，在80～90℃下进行聚合反应1～2h，反应后将其自然冷却至室温，最后将聚合物凝胶倒出，用无水乙醇洗涤2～3次后，得沉淀物，放入40～60℃下烘箱内干燥5～6h，干燥后将其加入固液比1:1的丙酮，在索氏抽提器中抽提分离8～16小时，分离后放入50～60℃烘箱中干燥，经粉碎、造粒，得80～100目颗粒，即可。