CN105777993B - 利用脱胶海藻渣制备农用保水剂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用脱胶海藻渣制备农用保水剂的方法，首先选取一定量的脱胶海藻渣，并向其中加入碱液进行碱化，得海藻提取物一；将海藻提取物一依次经离心、磨浆、过筛、漂白、洗涤后，加入酸调节pH为4～5，得蓬松状的海藻提取物二；然后将丙烯酸与同等质量的氢氧化钠中和后与海藻提取物二混合，并向其中加入过硫酸钾作为催化剂、N,N‑亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，得混合液；将混合液放置在容器内，放入超声反应釜内，设定温度为70℃‑75℃下超声反应一段时间，直至混合液形成凝胶；最后，将凝胶洗涤后造粒、干燥，即得保水剂。本发明制备得到的保水剂吸水、释水缓慢但吸水倍数高，更加利于保水以及营养元素在土壤中的保留。

Description

利用脱胶海藻渣制备农用保水剂的方法

技术领域

本发明涉及保水剂的制备技术领域，具体涉及一种由脱胶海藻渣制取富含海藻提取物的农用保水剂的方法。

背景技术

近年来随着海洋产业的蓬勃发展，从红藻、褐藻等藻类中提取红藻胶、褐藻胶等一系列的海藻产业正在迅猛发展。脱胶后的海藻渣一般都是直接废弃或低值化处理，造成了巨大的浪费，而且各种藻类也没有相对成熟的清洁化后续处理工艺。

目前市场中普遍的保水剂多数由丙烯酸自交联技术生产得到，在它的生产过程中需要高温高压以及氮气保护等多项危险系数高且操作困难的工艺流程，如CN104892824A公开了一种保水剂的制备方法，首先将丙烯酸放入反应釜中加入混合，然后用氢氧化钠中和，降温，接着向降温后的溶液中加入N，N-亚甲基双丙烯酰胺、EDTA二钠、羧甲基纤维素，混合均匀后向其中充入氮气等。该制备方法中氮气的充入难以控制，并且成本投入高。如CN105085828A公开了一种亚麻屑纤维保水剂的制备方法，其将亚麻屑用去离子水冲洗后过滤，之后在常温下自然风干，将风干后的亚麻屑放入烧杯中加入质量浓度为15％的氢氧化钠溶液，移入油浴锅中升温至150～170℃，该工艺过程中温度高，不但生产难度大、成本高，且生产出的保水剂不能长期保水。并且保水剂在应用过程中主要吸收的是盐水而非去离子水，但目前市场销售的保水剂大部分拥有较高的吸收去离子水能力却只能吸收小量的盐水，并不适合应用。

发明内容

针对海藻渣无法持续利用以及保水剂的制备工艺中出现的高温、高压难以控制、保水剂吸盐水效果差等问题，本发明提出了一种利用脱胶海藻渣制备农用保水剂的方法，该方法利用脱胶海藻渣在碱改性预处理后，进行磨浆、漂白等工艺从而得到60-80目的粗制纤维素；之后在超声条件下即温度70℃-75℃，超声反应约5分钟进行接枝、交联从而得到高倍数耐盐吸水树脂，进行后续处理进而得到保水剂。

其技术解决方案包括：

一种农用保水剂的制备方法，依次包括以下步骤：

a选取一定量的脱胶海藻渣，并向其中加入碱液进行碱化，得海藻提取物一；

b所述海藻提取物一依次经离心、磨浆、过筛、漂白、洗涤后，加入酸调节pH为4～5，得蓬松状的海藻提取物二；

c将丙烯酸与同等质量的氢氧化钠中和后与海藻提取物二混合，并向其中加入过硫酸钾作为催化剂、N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，得混合液；

d将所述混合液放置在容器内，放入超声反应釜内内，设定温度为70℃-75℃下超声反应一段时间，直至混合液形成凝胶；

e将所述凝胶洗涤后造粒、干燥，即得保水剂。

上述技术方案中，选取废弃的脱胶海藻渣作为制备保水剂的原料，既重复利用了废弃物，又保证了本保水剂完全由天然海藻提取物为主要原料制作而成，在步骤c、d中，海藻提取物二在催化剂过硫酸钾的作用下，与N,N-亚甲基双丙烯酰胺进行接枝共聚反应，在超声反应釜内的保持了相对较低的温度70℃-75℃，上述方案制备得到的保水剂，由于其中含有的主要成分为海藻渣，因此它使用后还可以降解为二氧化碳、水以及游离氮、钾盐，无任何有害物质残留，不会破坏土壤，既保护了环境又创造了可观的经济利益。

作为本发明的一个优选方案，步骤a中，脱胶海藻渣与碱液的重量比为1:3，碱化温度为90℃，碱化处理时间为4h。

作为本发明的另一个优选方案，步骤b中，磨浆后过40目筛，加入次氯酸钠溶液进行漂白，次氯酸钠溶液的加入量为所述脱胶海藻渣质量的1/5。

优选的，步骤c中，过硫酸钾的加入量为丙烯酸质量的1.25％，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的加入量为所述丙烯酸质量的0.2％-0.3％。

优选的，步骤c中，丙烯酸与氢氧化钠的中和温度为15-45℃。

优选的，所述碱液为氢氧化钠溶液。

优选的，所述氢氧化钠溶液的质量分数为10％-14％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：

(1)简化工艺，降低成本，本发明将混合后的溶液放入超声反应釜中进行反应(现有技术是使用隔绝空气搅拌的方式)，在超声反应釜中不仅可以加快反应速率，而且温度70℃-75℃易于控制，且可以去除高温高压、隔绝空气等反应条件的限制；

(2)本发明方法制备得到的保水剂吸水、释水缓慢但吸水倍数高，更加利于保水以及营养元素在土壤中的保留；

(3)采用脱胶海藻渣作为主要原料制备得到的保水剂，它吸水后为规则的实心固体，更加利于使用(市场中出售的保水剂吸水后大多为网状结构，挤压易出水，而且混合土壤后不易膨胀)，而保水剂应用过程中主要吸收的是盐水而非去离子水，经过试验验证，本发明制备得到的保水剂吸收生理盐水倍数可以达到100-200倍，更加适合农田使用。

综上所述，本发明制备保水剂过程中的反应载体完全用天然海藻提取物代替，在保水剂降解过程中，海藻提取物会缓慢释放自身含有的丰富的木质素、半纤维素、氨基酸、植物激素等大量的营养物质，所以本发明的保水剂又相当于一种能吸水的“海藻肥”。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明保水剂的制备工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

首先，本发明所选用的主要原料脱胶海藻渣，来自于海藻加工工业中的废弃海藻渣：利用海藻经过碱化、漂白、中和等工艺提取海藻酸钠后剩余的残渣经过钙化后得到。

如图1所示，本发明农用保水剂的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一、碱改性，将脱胶海藻渣投入碱处理罐内，加10％-14％质量浓度的氢氧化钠溶液，液料比控制在3:1左右，90℃碱处理4小时，得海藻提取物一；

步骤二、离心、磨浆，将海藻提取物一离心后洗涤，然后通入磨浆机磨浆，使磨浆后的提取物过40目筛，过筛后的提取物离心备用；

步骤三、漂白、洗涤，将磨浆后的提取物按照4:1的液料比加水，并加入10％有效氯的次氯酸钠溶液漂白30分钟，次氯酸钠溶液的加入量为脱胶海藻渣质量的五分之一，之后加入工业盐酸，使漂白罐内的pH达到4-5，酸化30分钟，得到白色蓬松海藻提取物二，洗涤后离心备用；

步骤四、混液，在混液罐内加入脱胶海藻渣质量的五分之二的工业级丙烯酸，用约同等质量的30％浓度的氢氧化钠中和，控制中和温度为15-45℃，中和度在65％-75％之间，加入洗涤离心后的海藻提取物二以及丙烯酸质量1.25％的过硫酸钾、丙烯酸质量0.2％-0.3％的MBA(N，N-亚甲基双丙烯酰胺)，充分混合得混合液。

步骤五、接枝、交联，将混合液通入不锈钢盘内并铺匀一薄层，将不锈钢盘放入超声反应釜内，70℃-75℃下超声反应约5分钟，直至混合液形成凝胶；

步骤六、后处理，将不锈钢盘从反应釜内取出，洗涤后造粒并干燥，得到富含海藻提取物的保水剂。

下面，根据本发明中在实验过程中所选取的工艺条件的不同所对应的保水剂的性能对本发明做详细说明。

实施例1：

在碱处理反应罐内，加入脱胶海藻渣100g，接着加入300g质量分数为10％的氢氧化钠溶液，90℃碱处理4小时，得海藻提取物一；将该海藻提取物一经过离心后洗涤，然后通入磨浆机磨浆，使磨浆后的提取物过40目筛，过筛后的提取物离心备用；向磨浆后的提取物中加入约400g的水，并加入10％有效氯的次氯酸钠溶液20g漂白30分钟，之后加入工业盐酸，使漂白罐内的pH达到4-5之间，酸化30分钟，得到白色蓬松海藻提取物二，洗涤后离心备用；在混液罐内加入40g工业级丙烯酸，用40g的30％浓度的氢氧化钠中和，控制中和温度在45℃以下，中和度为75％，加入0.5g的过硫酸钾、0.08g的MBA(N，N-亚甲基双丙烯酰胺)，控制中和温度在15℃，并充分混合得混合液；将混合液通入不锈钢盘内并铺匀一薄层，将不锈钢盘放入超声反应釜内，70℃下超声反应约5分钟，直至混合液形成凝胶；将不锈钢盘从反应釜内取出，洗涤后造粒并干燥，得到富含海藻提取物的保水剂。

实施例2：

在碱处理反应罐内，加入脱胶海藻渣100g，接着加入300g质量分数为14％的氢氧化钠溶液，90℃碱处理4小时，得海藻提取物一；将该海藻提取物一经过离心后洗涤，然后通入磨浆机磨浆，使磨浆后的提取物过40目筛，过筛后的提取物离心备用；向磨浆后的提取物中加入约400g的水，并加入10％有效氯的次氯酸钠溶液20g漂白30分钟，之后加入工业盐酸，使漂白罐内的pH达到4-5之间，酸化30分钟，得到白色蓬松海藻提取物二，洗涤后离心备用；在混液罐内加入40g工业级丙烯酸，用40g的30％浓度的氢氧化钠中和，控制中和温度在30℃，中和度为65％，加入0.5g的过硫酸钾、0.08g的MBA(N，N-亚甲基双丙烯酰胺)，控制中和温度在45℃以下，并充分混合得混合液；将混合液通入不锈钢盘内并铺匀一薄层，将不锈钢盘放入超声反应釜内，70℃下超声反应约5分钟，直至混合液形成凝胶；将不锈钢盘从反应釜内取出，洗涤后造粒并干燥，得到富含海藻提取物的保水剂。

实施例3：

在碱处理反应罐内，加入脱胶海藻渣100g，接着加入300g质量分数为12％的氢氧化钠溶液，90℃碱处理4小时，得海藻提取物一；将该海藻提取物一经过离心后洗涤，然后通入磨浆机磨浆，使磨浆后的提取物过40目筛，过筛后的提取物离心备用；向磨浆后的提取物中加入约400g的水，并加入10％有效氯的次氯酸钠溶液20g漂白30分钟，之后加入工业盐酸，使漂白罐内的pH达到4-5之间，酸化30分钟，得到白色蓬松海藻提取物二，洗涤后离心备用；在混液罐内加入40g工业级丙烯酸，用40g的30％浓度的氢氧化钠中和，控制中和温度在45℃，中和度在65％-75％之间，加入0.5g的过硫酸钾、0.12g的MBA(N，N-亚甲基双丙烯酰胺)，控制中和温度在45℃以下，并充分混合得混合液；将混合液通入不锈钢盘内并铺匀一薄层，将不锈钢盘放入超声反应釜内，70℃下超声反应约5分钟，直至混合液形成凝胶；将不锈钢盘从反应釜内取出，洗涤后造粒并干燥，得到富含海藻提取物的保水剂。

实施例4：

与实施例1不同之处在于，碱化罐内的氢氧化钠溶液用氢氧化钾代替。

对上述实施例1、实施例2、实施例3和实施例4制备得到的保水剂进行失水率、吸水倍数、吸水时间、保水天数的性能检测，检测方法如下：

(1)8000r/min下的失水率：取吸饱水的树脂准确称重后，放入8000r/min的离心机内离心10分钟，取出后倒出水分称重，失水率＝水分重量/总重量；

(2)吸水倍数：准确称取保水剂，放入足够量的蒸馏水中24小时后30目滤布过滤，称重；

(3)吸饱水所用时间：取固定量的保水剂加入足够量的蒸馏水中，每10分钟称重一次，直至3次称重变化小于5％，记录第一次重量不变时所用时间，即为吸水时间；

(4)保水天数：取固定量的保水剂饱和吸水，放置于通风处，每天记录重量，直至重量小于饱和重量50％记录天数。

测试结果见下表1所示。

表1

Claims (6)

1.一种农用保水剂的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

a选取一定量的脱胶海藻渣，并向其中加入碱液进行碱化，得海藻提取物一；所述脱胶海藻渣与碱液的重量比为1:3，碱化温度为90℃，碱化处理时间为4h；

b所述海藻提取物一依次经离心、磨浆、过筛、漂白、洗涤后，加入酸调节pH为4～5，得蓬松状的海藻提取物二；

c将丙烯酸与同等质量的氢氧化钠中和后与海藻提取物二混合，并向其中加入过硫酸钾作为催化剂、N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，得混合液；

d将所述混合液放置在容器内，放入超声反应釜内，设定温度为70℃-75℃下超声反应一段时间，直至混合液形成凝胶；

e将所述凝胶洗涤后造粒、干燥，即得保水剂。

2.根据权利要求1所述的农用保水剂的制备方法，其特征在于：步骤b中，磨浆后过40目筛，加入次氯酸钠溶液进行漂白，次氯酸钠溶液的加入量为所述脱胶海藻渣质量的1/5。

3.根据权利要求1所述的农用保水剂的制备方法，其特征在于：步骤c中，过硫酸钾的加入量为所述丙烯酸质量的1.25％，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的加入量为所述丙烯酸质量的0.2％-0.3％。

4.根据权利要求1所述的农用保水剂的制备方法，其特征在于：步骤c中，丙烯酸与氢氧化钠的中和温度为15-45℃。

5.根据权利要求1所述的农用保水剂的制备方法，其特征在于：所述碱液为氢氧化钠溶液。

6.根据权利要求5所述的农用保水剂的制备方法，其特征在于：所述氢氧化钠溶液的质量分数为10％-14％。