CN105367723B - 一种利用生物质废弃物制备保水剂的方法 - Google Patents
一种利用生物质废弃物制备保水剂的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105367723B CN105367723B CN201510952379.0A CN201510952379A CN105367723B CN 105367723 B CN105367723 B CN 105367723B CN 201510952379 A CN201510952379 A CN 201510952379A CN 105367723 B CN105367723 B CN 105367723B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- water
- loss reducer
- palygorskite
- corncob
- biomass castoff
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F289/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to macromolecular compounds not provided for in groups C08F251/00 - C08F287/00
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2/00—Processes of polymerisation
- C08F2/44—Polymerisation in the presence of compounding ingredients, e.g. plasticisers, dyestuffs, fillers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2/00—Processes of polymerisation
- C08F2/46—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F220/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
- C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
- C08F220/04—Acids; Metal salts or ammonium salts thereof
- C08F220/06—Acrylic acid; Methacrylic acid; Metal salts or ammonium salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F251/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polysaccharides or derivatives thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/34—Silicon-containing compounds
- C08K3/346—Clay
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K17/00—Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials
- C09K17/14—Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials containing organic compounds only
- C09K17/18—Prepolymers; Macromolecular compounds
- C09K17/32—Prepolymers; Macromolecular compounds of natural origin, e.g. cellulosic materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K2105/00—Erosion prevention
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种利用生物质废弃物制备保水剂的方法,是以玉米芯、马铃薯废渣、坡缕石黏土为主要原料,以部分中和的丙烯酸为有机基体和交联剂,通过辐照交联聚合而得。本发明充分利用玉米芯和坡缕石黏土的结构特征,以及马铃薯废渣含有大量水及胶黏性的特点,制备的复合保水剂具有良好的吸水性能(吸附雨水量:740~850g/g。可反复吸水次数8~10次)和降解性能(两年左右可完全降解);同时通过辐照交联的方法,避免了制备过程中利用碱液处理生物质废弃物的步骤,摒除了交联剂等化学试剂的应用,使得制备工艺更加环保,产品的性价比更高。
Description
技术领域
本发明涉及一种保水剂,尤其涉及一种利用生物质废弃物制备保水剂的方法,属于复合材料技术领域。
背景技术
根据联合国的统计,自从1980年以来,在中国北部地区,沙漠已经吞噬了200万英亩农田、将近600万英亩牧场、和1600万英亩森林。中国几乎四分之一的国土面积已经是沙漠了。中国北方持续的沙漠化已经把世界上发展最快的经济体,一个拥有13亿人口的国家推向了全球淡水危机的前沿。目前,中国荒漠化面积有262.2万平方公里,占国土面积的27.3%,每年还新增2460平方公里。受荒漠化影响,全国40%的耕地在不同程度地退化,其中800万公顷危在旦夕,1.07亿公顷草场也是命若游丝。荒漠化深重地影响着4亿人的现在和未来,每年造成的经济损失有541亿元之巨,相当于西北五省3年的财政收入。
荒漠化环境的治理修复是一个艰巨而复杂的工程,不仅要投入大量的财力,而且需要切合实际的,施之可行的治理措施。在目前大家公认的治理措施中,每年循序渐进的种植固沙植物及一些耐寒旱的经济作物,不但可以为当地的环境治理做贡献,又可以带来一些经济收入。然而,荒漠化地区种植植物是非常困难的,主要原因是降水量不足,植物在种植初期难以成活。普遍采取的措施是施加保水剂。但市场所售保水剂主要是以化学物质为原料的产品,虽然吸水能力较好,但存在成本高昂,不易降解,二次污染环境,容易烂根等问题。因此,制备一种低成本,2-3年可完全降解的绿色保水剂是非常需要的,产品也是非常具有市场前景的。
生物质废弃物由于成本低、可完全降解,以及在制备保水剂中等特点,成为制备低成本保水剂的主要原料。虽然目前文献公开报道了多种生物质废弃物制备的保水剂,如利用玉米秸秆,稻壳,马铃薯废渣,小麦秸秆及其他生物质废弃物,但这些报道普遍存在一些问题,即复合材料的吸水能力不高,凝胶强度低,成本仍然较高的问题。
玉米芯是玉米的副产物,在我国每年的储量达5000万吨左右。其本身不具有毒性且营养丰富,含粗蛋白1.1%、粗脂肪0.6%、粗纤维31.8%、可溶性糖类51.8%、钙0.40%、磷0.25%及镁、硫、铁、钾等多种矿物质元素,但是其粗纤维含量高、适口性差,所以直接喂养动物消化利用率不高,在畜牧业生产中应用较少。扫描电镜照片显示,玉米芯的纵切面上纤维挺硬,各类细胞排列整齐,纤维表面光滑,形态清晰,更重要的是含有微米级孔状结构(江南大学硕士学位论文,蒸汽爆破法处理玉米芯半纤维的研究,许丙磊,2011),这种三维结构高效有机保水剂的三维结构很相似,非常适合水分的吸附与存储,因此,可用于保水剂的制备。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用生物质废弃物制备保水剂的方法。
一、复合保水剂的制备
本发明制备保水剂的方法,是以生物质废弃物玉米芯,马铃薯废渣,坡缕石黏土为主要原料,以丙烯酸为基体和交联剂,通过辐照交联而得。其具体制备工艺如下:
先用胶体粉碎机将鲜马铃薯废渣粉碎至300~800目,将玉米芯、坡缕石黏土粉碎至80~300目;再将鲜马铃薯废渣与玉米芯粉末以1~10 g/mL的料液比分散于水中,在60~75℃下糊化0.5~1h;然后向体系中加入坡缕石黏土和丙烯酸,高速搅拌混匀;最后在氮气保护下,于60Co辐 射场中辐 照至凝胶生成;凝胶造粒后用工业乙醇洗涤,干燥,即得复合保水剂。
鲜马铃薯废渣(以干基计)与玉米芯粉末的质量比为1:1~1:20;坡缕石黏土与玉米芯粉末的质量比为1:10~1:35;丙烯酸的中和度为55~70%;丙烯酸与玉米芯粉末的质量比为1:5~1:15。60Co辐 射场中辐 照的辐照量为1.0kGy~1.8kGy。
二、复合保水剂的表征
1、红外表征
图1 玉米芯、马铃薯废渣、坡缕石黏土及保水剂的红外光谱图。由图a曲线(丙烯酸AA)可见,3064 cm-1,2955 cm-1,960 cm-1,和1704cm-1处的4个峰分别为丙烯酸单体的-OH,C-H的振动吸收峰。由图b曲线(马铃薯WPR)可见,在3411cm-1和2923cm-1处吸收峰为马铃薯废渣中O-H和C-H伸缩振动吸收峰,1155cm-1和1029cm-1处为C-O-C伸缩振动吸收峰。由图c曲线(WS玉米芯)可见,3495cm-1,2922cm-1处的峰为玉米芯的-OH,C-H的振动吸收峰,在1701cm-1,924cm-1处为玉米芯特征吸收峰;由图d曲线(保水剂PAR)可见3489cm-1,1092cm-1为坡缕石粘土特征吸收峰,2959cm-1,1522cm-1,924cm-1,605cm-1处为马铃薯废渣特征吸收峰,1599cm-1处为聚丙烯的振动吸收峰,同时马铃薯废渣,坡缕石羟基峰及丙烯酸的碳碳双键消失或减弱,说明在辐照作用下马铃薯废渣、玉米芯、坡缕石黏土与丙烯酸发生化学反应形成了新的物质。
2、热稳定性表征
图2为保水剂热稳定性曲线。从图2可以看出,保水剂从23℃到352℃失重率为29%,主要是其所含物理状态水的蒸发和马铃薯废渣以及玉米芯的碳化;从352℃到800℃有3次失重变化,失重率分别是17%、25%、16%。主要原因是复合材料在程序升温的过程中丙烯酸分子链段热分解,坡缕石黏土中有机物的碳化及所含物理状态水的蒸发。而由于坡缕石黏土的引入使复合材料形成了理想的三维网状结构,对热的屏蔽效应使高吸水树脂具有较好的热稳定性。
3、扫描电镜表征
图3为保水剂微观形貌扫描电镜照片及表面元素分析。从电镜照片可以得出,高吸水树脂断面有大量大孔结构,表面粗糙,比表面积增大,有利于提高树脂吸液速率和吸液倍率。
4、元素分析
图4为保水剂表面元素分析图。从图4元素分析可以看出,保水剂中有Si元素的存在,可见,坡缕石粘土很好的参与了聚合反应,改善了吸水树脂致密平滑的表面形貌,使其表面粗糙,比表面积增大,有利于提高树脂吸液速率和吸液倍率。
三、复合保水剂的性能
1、吸水量
准确称量m1g干燥的高吸水复合材料,置于盛有1000ml雨水的烧杯中,复合材料达到溶胀平衡后(质量记为m2)测定其吸水量(Qeq),单位为g/g。采用下面公式计算该高吸水复合材料吸水量:
Qeq=( m2- m1)/ m1
测定结果:吸附雨水量:740~850g/g。
2、反复吸水性能
将吸水后的保水剂干燥,循环测试其吸水量,循环次数按照吸水能力减少至行业标准规定的吸水量为止。
测定结果:可反复吸水次数8~10次;
3、降解性能
测定方法:采用土埋法测试降解性能。将户外的土壤盛于烧杯中并放于室内,加相同量的水使土壤潮湿。分别取30个样品,并置于烘箱中烘至恒重,用电子天平称重并用100目筛包装后,埋入上述土壤中,每天加水10ml,每隔一个月取出试样,放入烘箱烘至恒重。然后用电子天平称重并记录。最后,计算各试样的失重率,以此来衡量材料的生物降解程度。
测定结果:两年左右可完全降解。
综上所述,本发明相对现有技术具有以下优点:
1、采用废弃的生物质玉米芯和马铃薯废渣,廉价的坡缕石黏土为原料,大大降低了保水剂的生产成本;
2、充分利用玉米芯的海绵结构、坡缕石黏土的中空结构,以及马铃薯废渣含有大量的水的特点,制备的复合保水剂具有良好的吸水性能、保水性能和降解性能,是一种绿色环保的保水剂;
3、通过辐照交联的方法,避免了制备过程中利用碱液处理生物质废弃物的步骤,摒除了交联剂等化学试剂的应用,使得制备工艺更加环保,产品的性价比更高。
附图说明
图1 玉米芯、马铃薯废渣、坡缕石黏土及保水剂的红外光谱图。
图2 保水剂热稳定性曲线。
图3 保水剂的扫描电镜照片。
图4 保水剂的表面元素分析。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明保水剂的制备和性能做进一步说明。
实施例1
(1)用胶体粉碎机将鲜马铃薯废渣粉碎至300~800目,备用;
(2)将玉米芯、坡缕石黏土粉碎至80~300目,备用;
(3)称取鲜马铃薯废渣(以干基计算)和玉米芯粉末各50g,混合后加入到100mL水中,在75℃下糊化1h;将5g的坡缕石黏土和10g中和度为55%的丙烯酸加入该体系中,高速搅拌混合均匀;然后将反应气氛改为氮气,放入60Co辐 射场中进行辐 照至凝胶生成(辐照量为1.0kGy~1.8kGy);得到的凝胶造粒后用工业乙醇洗涤,烘箱干燥,即得保水剂样品。保水剂吸附雨水量:740 g/g。
实施例2
(1)、(2)同实施例1;
(3))称取鲜马铃薯废渣(以干基计算)和玉米芯粉末各500g,混合后加入到100 mL水中,在60℃下糊化0.5h;将14.29g的坡缕石黏土和33.33 g中和度为70%的丙烯酸加入该体系中,高速搅拌混合均匀;然后将反应气氛改为氮气,放入60Co辐 射场中进行辐 照至凝胶生成(辐照量为1.0kGy~1.8kGy);得到的凝胶造粒后用工业乙醇洗涤,烘箱干燥,即得保水剂样品。保水剂吸附雨水量:820g/g。
实施例3
(1)、(2)同实施例1;
(3))称取鲜马铃薯废渣(以干基计算)10g和玉米芯粉末200g,混合后加入到100mL水中,在70℃下糊化1h;将10g的坡缕石黏土和20g中和度为70%的丙烯酸加入该体系中,高速搅拌混合均匀;然后将反应气氛改为氮气,放入60Co辐 射场中进行辐 照至凝胶生成(辐照量为1.0kGy~1.8kGy);得到的凝胶造粒后用工业乙醇洗涤,烘箱干燥,即得保水剂样品。保水剂吸附雨水量:850g/g。
实施例4
(1)、(2)同实施例1;
(3))称取鲜马铃薯废渣(以干基计算)10g和玉米芯粉末100g,混合后加入到100mL水中,在75℃下糊化0.5h;将4g的坡缕石黏土和12.5g中和度为65%的丙烯酸加入该体系中,高速搅拌混合均匀;然后将反应气氛改为氮气,放入60Co辐 射场中进行辐 照至凝胶生成(辐照量为1.0kGy~1.8kGy);得到的凝胶造粒后用工业乙醇洗涤,烘箱干燥,即得保水剂样品。保水剂吸附雨水量:810g/g。
实施例5
(1)、(2)同实施例1;
(3))称取鲜马铃薯废渣(以干基计算)50g和玉米芯粉末750g,混合后加入到100mL水中,在75℃下糊化1h;将50g的坡缕石黏土和100g中和度为70%的丙烯酸加入该体系中,高速搅拌混合均匀;然后将反应气氛改为氮气,放入60Co辐 射场中进行辐 照至凝胶生成(辐照量为1.0kGy~1.8kGy);得到的凝胶造粒后用工业乙醇洗涤,烘箱干燥,即得保水剂样品。保水剂吸附雨水量:835g/g。
Claims (3)
1.利用生物质废弃物制备保水剂的方法,是先用胶体粉碎机将鲜马铃薯废渣粉碎至300~800目,将玉米芯、坡缕石黏土粉碎至80~300目;再将鲜马铃薯废渣与玉米芯粉末以1~10g/mL的料液比分散于水中,在60~75℃下糊化0.5~1h;然后向体系中加入坡缕石黏土和丙烯酸,高速搅拌混匀;最后在氮气保护下,于60Co辐 射场中辐 照至凝胶生成;凝胶造粒后用工业乙醇洗涤,干燥,即得复合保水剂;鲜马铃薯废渣以与玉米芯粉末的质量比为1:1~1:20;坡缕石黏土与玉米芯粉末的质量比为1:10~1:35。
2.如权利要求1所述利用生物质废弃物制备保水剂的方法,其特征在于:丙烯酸的中和度为55%~70%;丙烯酸与玉米芯粉末的质量比为1:5~1:15。
3.如权利要求1所述利用生物质废弃物制备保水剂的方法,其特征在于:60Co辐 射场中辐 照的辐照量为1.0kGy~1.8kGy。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510952379.0A CN105367723B (zh) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | 一种利用生物质废弃物制备保水剂的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510952379.0A CN105367723B (zh) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | 一种利用生物质废弃物制备保水剂的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105367723A CN105367723A (zh) | 2016-03-02 |
CN105367723B true CN105367723B (zh) | 2018-02-02 |
Family
ID=55370397
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510952379.0A Active CN105367723B (zh) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | 一种利用生物质废弃物制备保水剂的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105367723B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108585632A (zh) * | 2018-06-09 | 2018-09-28 | 西北师范大学 | 一种土基抗皲裂保水复合材料及其制备方法 |
CN113428923A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-09-24 | 河海大学 | 一种太阳能界面蒸发结构及其制备方法 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102617807B (zh) * | 2012-03-23 | 2013-07-10 | 西北师范大学 | 耐盐性复合保水材料的制备方法 |
CN102659987B (zh) * | 2012-05-23 | 2015-07-01 | 西北师范大学 | 马铃薯废渣/坡缕石/丙烯酸复合吸水材料及其制备方法 |
CN103819615B (zh) * | 2014-02-28 | 2015-12-09 | 湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所 | 辐照制备淀粉基高吸水材料的方法 |
-
2015
- 2015-12-17 CN CN201510952379.0A patent/CN105367723B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105367723A (zh) | 2016-03-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mazloom et al. | Lignin-based hydrogel alleviates drought stress in maize | |
CN103601832B (zh) | 一种炭基吸水剂及其制备方法 | |
Ni et al. | Environmentally friendly slow-release nitrogen fertilizer | |
Ni et al. | Multifunctional slow-release organic− inorganic compound fertilizer | |
CN103819277B (zh) | 一种火龙果专用复混肥及配制方法和应用 | |
CN101844949B (zh) | 一种崩解型硅钙镁肥 | |
CN106244151B (zh) | 一种盐碱土壤改良剂及其制备方法 | |
CN111471464B (zh) | 一种用于沙漠戈壁地区的土壤调理剂及其应用方法 | |
Gheda et al. | Improved soil characteristics and wheat germination as influenced by inoculation of Nostoc kihlmani and Anabaena cylindrica | |
CN104845640B (zh) | 具有节水调温固沙功能的黏土基固沙材料 | |
CN103254361A (zh) | 秸秆基保水剂的制备方法 | |
Gao et al. | Preparation of a low-cost and eco-friendly superabsorbent composite based on wheat bran and laterite for potential application in Chinese herbal medicine growth | |
CN107285847A (zh) | 一种污泥-生物炭有机复合肥及其制备方法 | |
CN106187570A (zh) | 一种酸性土壤调理肥料及其制备方法 | |
Skrzypczak et al. | Biodegradable hydrogel materials for water storage in agriculture-review of recent research | |
CN101186542B (zh) | 一种麻疯树菌根菌复合肥及其制备方法 | |
CN105367723B (zh) | 一种利用生物质废弃物制备保水剂的方法 | |
Zhang et al. | Changes in and evaluation of surface soil quality in Populus× xiaohei shelterbelts in midwestern Heilongjiang province, China | |
Wang et al. | A novel multifunctional fertilizer derived from wasted straw: synthesis, characteristics and agriculture applications | |
CN103204747A (zh) | 一种土壤改良营养型复合凝胶材料 | |
Shang et al. | A novel slow-release fertilizer derived from itaconic acid–modified biochar: synthesis, characteristics, and applications in cucumber seedlings | |
CN108516887A (zh) | 一种多功能土壤有机保水剂的制备方法 | |
Lang et al. | Water retention and sustained release of magnesium-based biochar modified hydrogel composite materials | |
CN105906455A (zh) | 一种碱性土壤调理剂及其制备方法 | |
CN113272406B (zh) | 在农作物浇水期间吸水性提高的用作土壤改良剂的聚合物组合物 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |