CN106947494B - 一种保水剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种保水剂及其制备方法，具体涉及一种含有芦荟凝胶的保水剂及其制备方法。该保水剂由如下重量份计的原料制成：芦荟凝胶3‑10、腐殖质10‑20、植物纤维50‑70、淀粉10‑20、硫酸铁2‑3、丙烯酸25‑35、丙烯酰胺7‑15、27％‑37％碱溶液80‑120份。本发明提供的保水剂环保、工艺简单且保水能力强。该保水剂可提供植物生长所需的营养物质、固沙保水、改良土壤。

Description

一种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，具体涉及一种含有芦荟凝胶的保水剂及其制备方法。

背景技术

中国是世界上荒漠化最严重的国家之一，荒漠化土地面积达264万km²，占国土面积的27.5％，其中尤以沙漠危害最为严重，其面积已达80.9万km²，并且还在继续扩大蔓延，平均每年有610km²左右的沙漠出现活化，其中有310km²土地沦为沙地。沙漠化造成生态系统失衡，可耕地面积不断缩小，对中国工农业生产和人民生活带来严重影响。中国西北干旱区沙漠和沙漠化土地，已成为中国乃至亚太地区沙尘暴的主要源地之一，给国家社会经济造成了巨大的损失。

随着全球干旱、半干旱地区面积的不断扩大，越来越多的学者投入了“如何把荒漠变绿洲”的研究。但由于沙漠地区常年干旱少雨，即便偶尔降雨也会很快流失，水的有效储存和利用就成为了该研究的瓶颈。保水剂的出现，给“沙漠变绿洲”带来了希望。因为保水剂可当作水分的保持剂及肥料的缓释剂，对植树造林、防沙治沙均有较好的效果。

目前我国对于保水剂的研究方兴未艾，不断有新的保水剂品种被开发出来。保水剂合成原料不同、制备方法各异、产品牌号繁多，还没有标准的分类方法，文献报道主要有依据原料来源、亲水化方法、不溶化方法、制品形态等分类的方法。大部分文献将保水剂分为合成树脂系、淀粉系和植物纤维素系三类。合成树脂类保水剂生产效率高，成本低，工艺简单，吸水性能好，凝胶强度高；然而耐盐性不好，不易降解，对环境有污染。淀粉类保水剂原料来源广，耐盐性好，易降解，重复吸水性能好，环保，然而稳定性差，吸水倍率稍低。植物纤维素类保水剂原料来源广、价廉，耐盐性好，重复吸水性能好，稳定性强，环保而原料需提纯，制备过程复杂，成本高。

发明内容

本发明的一个目在于提供一种环保、工艺简单、保水能力强的保水剂。

本发明的另一个目的在于提供一种制备上述保水剂的制备方法。

本发明的一个技术方案提供了一种保水剂，由如下重量份计的原料制成：芦荟凝胶3-10、腐殖质10-20、植物纤维50-70、淀粉10-20、硫酸铁2-3、丙烯酸25-35、丙烯酰胺7-15、27％-37％碱溶液80-120。

优选地，本发明所述的保水剂，由如下重量份计的原料制成：芦荟凝胶4-7、腐殖质13-18、植物纤维55-65、淀粉12-16、硫酸铁2-3、丙烯酸27-32、丙烯酰胺10-15、27％-37％碱溶液90-110。

更优选地，本发明所述的保水剂，由如下重量份计的原料制成：芦荟凝胶5、腐殖质15、植物纤维60、淀粉14、硫酸铁3、丙烯酸31、丙烯酰胺13、33％碱溶液100。

本发明中所述的芦荟凝胶可由下述方法制得：

A、将芦荟清洗、消毒、沥干水分后去皮，取得芦荟凝胶基体；

B、在无菌条件下用机械打成浆，在水浴锅中加热至45-65℃后，再用高压匀质机在15MPa的压力下匀质，得到匀质芦荟凝胶。

本发明中所述的芦荟为库索拉芦荟、木立芦荟、中国芦荟或皂质芦荟。

本发明所述的植物纤维为秸秆、草炭、棉、木棉、亚麻、黄麻、竹植物纤维、剑麻、蕉麻和椰子植物纤维中的一种或多种。

本发明所述的碱溶液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。

本发明的另一个技术方案为，提供一种上述保水剂的制备方法，该方法包括下述步骤：

1)将配方量的植物纤维、腐殖质粉碎处理过200目筛；

2)将配方量的碱溶液与丙烯酸混合，之后加入配方量的丙烯酰胺，搅拌溶解；

3)将淀粉和经过步骤1)处理的腐殖质、植物纤维按配方量投入步骤2)制得的溶液，在50-70℃下，搅拌60-120min，过滤；

4)将步骤3)滤得的固体投入到按配方量混合的芦荟凝胶和硫酸铁溶液中，搅拌10-30min，蒸出水分，在105℃下干燥至恒重，冷却、切片、造粒和筛分后即得保水剂。

本发明的保水剂的制备方法，其中步骤3)是在60℃下进行反应。

本发明的保水剂的制备方法，其中步骤3)的反应时间为90min。

本发明的保水剂的制备方法，其中步骤4)所述的搅拌时间为25min。

本发明的保水剂的制备方法，其中步骤4)所述筛分所过筛为80-120目筛。

使用本发明制备的保水剂可以改善土壤的通透性，防止土壤表层结皮，提高土壤的蓄水保水能力，从而抑制土壤水分蒸发。

本发明制备的保水剂环保、工艺简单、保水能力强。植物即可利用该保水剂中的水分及营养物质保持生长，其根系会随着生长不断扩大，从而起到固沙作用，治理沙化土壤。

具体实施方式

通过下面给出的本发明的具体实施例可以进一步清楚地了解本发明。但它们不是对本发明的限定。

实施例1

原料按重量份计：芦荟凝胶3、秸秆50、腐殖质10、淀粉10、硫酸铁2、丙烯酸25、丙烯酰胺7、27％氢氧化钠水溶液80。

制备方法：

1)将配方量的植物纤维、腐殖质粉碎处理过200目筛；

2)将配方量的碱溶液与丙烯酸混合，之后加入将配方量的丙烯酰胺，搅拌溶解；

3)将淀粉和经过步骤1)处理腐殖质、植物纤维按照配方量加入步骤2)制得的溶液，在50℃下，搅拌60min，过滤；

4)将步骤3)滤得的固体投入到按配方量混合的芦荟凝胶和硫酸铁溶液中，搅拌10min，蒸出水分，在105℃下干燥至恒重，冷却、切片、造粒和筛分后即得保水剂。

实施例2

原料按重量份计：芦荟凝胶5、秸秆60、腐殖质15、淀粉14、硫酸铁3、丙烯酸31、丙烯酰胺11、31％氢氧化钾水溶液110。

制备方法：

1)将配方量的植物纤维、腐殖质粉碎处理过200目筛；

2)将配方量的碱溶液与丙烯酸混合，之后加入将配方量的丙烯酰胺，搅拌溶解；

3)将淀粉和经过步骤1)处理腐殖质、植物纤维按照配方量加入步骤2)制得的溶液，在60℃下，搅拌80min，过滤；

4)将步骤3)滤得的固体投入到按配方量混合的芦荟凝胶和硫酸铁溶液中，搅拌20min，蒸出水分，在105℃下干燥至恒重，冷却、切片、造粒和筛分后即得保水剂。

实施例3

原料按重量份计：芦荟凝胶10、秸秆70、腐殖质20、淀粉20、硫酸铁3、丙烯酸35、丙烯酰胺15、37％氢氧化钠水溶液120。

制备方法：

1)将配方量的植物纤维、腐殖质粉碎处理过200目筛；

2)将配方量的碱溶液与丙烯酸混合，之后加入将配方量的丙烯酰胺，搅拌溶解；

3)将淀粉和经过步骤1)处理腐殖质、植物纤维按照配方量加入步骤2)制得的溶液，在70℃下，搅拌120min，过滤；

4)将步骤3)滤得的固体投入到按配方量混合的芦荟凝胶和硫酸铁溶液中，搅拌30min，蒸出水分，在105℃下干燥至恒重，冷却、切片、造粒和筛分后即得保水剂。

对比例1

原料按重量份计：芦荟凝胶1、秸秆50、腐殖质10、淀粉10、硫酸铁2、丙烯酸25、丙烯酰胺7、27％％氢氧化钠水溶液80。

制备方法：

1)将配方量的植物纤维、腐殖质粉碎处理过200目筛；

2)将配方量的碱溶液与丙烯酸混合，之后加入将配方量的丙烯酰胺，搅拌溶解；

3)将淀粉和经过步骤1)处理腐殖质、植物纤维按照配方量加入步骤2)制得的溶液，在70℃下，搅拌120min，过滤；

4)将步骤3)滤得的固体投入到按配方量混合的芦荟凝胶和硫酸铁溶液中，搅拌30min，蒸出水分，在105℃下干燥至恒重，冷却、切片、造粒和筛分后即得保水剂。

对比例2

原料按重量份计：秸秆50、腐殖质10、淀粉10、硫酸铁2、丙烯酸25、丙烯酰胺7、27％氢氧化钠水溶液80。

制备方法：

1)将配方量的植物纤维、腐殖质粉碎处理过200目筛；

2)将配方量的碱溶液与丙烯酸混合，之后加入将配方量的丙烯酰胺，搅拌溶解；

3)将淀粉和经过步骤1)处理腐殖质、植物纤维按照配方量加入步骤2)制得的溶液，在70℃下，搅拌120min，过滤；

4)将步骤3)滤得的固体与配方量的硫酸铁混匀，在105℃下干燥至恒重，冷却、切片、造粒和筛分后即得保水剂。

对比例3

原料按重量份计：芦荟凝胶10、秸秆40、腐殖质8、淀粉25、硫酸铁3、丙烯酸35、丙烯酰胺15、37％氢氧化钠水溶液120。

制备方法：

1)将配方量的植物纤维、腐殖质粉碎处理过200目筛；

2)将配方量的碱溶液与丙烯酸混合，之后加入将配方量的丙烯酰胺，搅拌溶解；

3)将淀粉和经过步骤1)处理腐殖质、植物纤维按照配方量加入步骤2)制得的溶液，在70℃下，搅拌120min，过滤；

4)将步骤3)滤得的固体投入到按配方量混合的芦荟凝胶和硫酸铁溶液中，搅拌30min，蒸出水分，在105℃下干燥至恒重，冷却、切片、造粒和筛分后即得保水剂。实验例1

保水剂的性能研究

1、吸水倍率测定

吸水倍数是保水剂保水性能的重要指标之一，反映保水剂能够吸收水分的最大量，即保水剂所吸收水分质量与自身质量的比值。本实验例中吸水倍率的测定在去离子水中进行。

测定方法：称取一定质量的干燥保水剂(m₀/g)，放入烧杯中，加入足量的去离子水，待其充分吸收6h后用已知质量的标准网筛(0.18mm)过滤，先自然过滤10min后倾斜放置再过滤10min，称量凝胶质量(m₁/g)，然后按下式计算吸水倍率Q(g/g)，每个处理三个重复：Q＝(m₁-m₀)/m₀。

2、反复吸水能力

反复吸水能力的测定是通过对保水剂进行吸水—烘干—再吸水—再烘干这一可逆反应来进行的。为减小保水剂在吸水—烘干—再吸水过程中的质量误差，测定其吸水倍率时用布袋代替标准筛进行过滤。

测定方法：将一定质量干燥的保水剂装入已知质量的小布袋中，放入去离子水水中浸泡水7h后，将布袋取出，悬挂静置7h，待其干燥称重一次，后放入烘箱在60℃烘干12h，直至全部烘干拿出，再进行上步骤让其如此反复吸水，测试不同保水剂的反复吸水能力。每个处理两个重复。

3、保水能力测定

将吸水后的保水剂放置在转速为4000r/min的离心机中，离心1h后，测定保水率。

4、抗风蚀能力测定

将实施例1、2、3制得的保水剂在风速为20m/min连续吹30min或在风速为30m/min连续吹5min均未起尘，也未产生风蚀现象。

5、树苗成活率测定

将350棵旱柳(Salix matsudana Koidz.)分成7组，每组100棵，在同一块半沙漠实验田上种植，在相同的条件下观察30天，看其成活率。

表1保水剂的性能测试结果

	吸水倍率(g/g)	五次反复吸水烘干重复吸液率(％)	保水能力(％)	树苗成活率(％)
					实施例1	400	85	96	100
实施例2	415	87	97	100
					实施例3	420	90	98	100
对比例1	350	76	91	98
					对比例2	310	71	90	95
对比例3	340	73	87	97

该保水剂的吸水倍率高，重复吸水率高，保水能力强，且可以起到提供养分、改良土壤的作用，其中芦荟凝胶可以提高此保水剂的吸水倍率、重复吸水率、保水能力和树苗成活率。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于固沙的保水剂，由如下重量份计的原料制成：芦荟凝胶3-10、腐殖质10-20、植物纤维50-70、淀粉10-20、硫酸铁2-3、丙烯酸25-35、丙烯酰胺7-15、27％-37％碱溶液80-120；

所述的保水剂的制备方法，该方法包括下述步骤：

1)将植物纤维和腐殖质分别进行粉碎处理后过200目筛；

2)将碱溶液与丙烯酸混合，之后加入丙烯酰胺，搅拌溶解；

3)将淀粉和步骤1）中得到的腐殖质和植物纤维的粉末投入步骤2)制得的溶液中，在50-70℃下，搅拌60-120min，后过滤；

4)将步骤3)得到的滤渣投入到混合好的芦荟凝胶和硫酸铁溶液中，搅拌10- 30min，蒸出水分，在105℃下干燥至恒重，冷却、切片、造粒和筛分后即得保水剂。

2.根据权利要求1所述的保水剂，由如下重量份计的原料制成：芦荟凝胶4-7、腐殖质13-18、植物纤维55-65、淀粉12-16、硫酸铁2-3、丙烯酸27-32、丙烯酰胺10-15、27％-37％碱溶液90-110。

3.根据权利要求1所述的保水剂，由如下重量份计的原料制成：芦荟凝胶5、腐殖质15、植物纤维60、淀粉14、硫酸铁3、丙烯酸31、丙烯酰胺13、33％碱溶液100。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的保水剂，其中，所述的植物纤维为秸秆、草炭、棉、木棉、亚麻、黄麻、竹植物纤维、剑麻、蕉麻和椰子植物纤维中的一种或多种。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的保水剂，其中，所述的碱溶液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。

6.权利要求1-5中任一项所述的保水剂的制备方法，该方法包括下述步骤：

1)将配方量的植物纤维、腐殖质粉碎处理过200目筛；

2)将配方量的碱溶液与丙烯酸混合，之后加入配方量的丙烯酰胺，搅拌溶解；

3)将淀粉和经过步骤1)处理的腐殖质、植物纤维按配方量投入步骤2)制得的溶液，在50-70℃下，搅拌60-120min，过滤；

4)将步骤3)滤得的固体投入到按配方量混合的芦荟凝胶和硫酸铁溶液中，搅拌10-30min，蒸出水分，在105℃下干燥至恒重，冷却、切片、造粒和筛分后即得保水剂。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，步骤3)所述的反应温度为60℃。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其中，步骤3)所述的反应时间为90min。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其中，步骤4)所述的反应时间为25min。