CN107880895A - 一种以低品位岩浆土为主要原料的保水材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以低品位岩浆土为主要原料制备的保水材料，其主要原料包括岩浆土、膨胀珍珠岩、N‑异丙基烯丙烯酰胺、木薯淀粉、偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐、氧化锌。本发明通过改进的水溶液聚合法制得粘性浊液，在搅拌和升温的情况下固化得到凝胶，最后干燥和切割造粒制得保水材料。保水材料吸去离子水倍率731~977g/g、吸自来水倍率658~830g/g、吸0.9%氯化钠水溶液倍率121~175g/g；有效促进了有机与低品位岩浆土复合保水材料在农业领域中应用，具有变废为宝的作用；还能起到增加土壤的保水性并改良土壤的结构，可广泛应用于农林业保水缓释、盐碱地抗盐性能提高、沙漠化治理和园艺等领域。

Description

一种以低品位岩浆土为主要原料的保水材料及其制备方法

技术领域

本发明属于有机与无机复合材料和农业保水材料领域，具体涉及一种以低品位岩浆土为主要原料制备高性能保水材料的方法。

背景技术

我国颁布的“十三五”规划纲要中，着重强调了农业的可持续发展。而制约农业可持续发展的关键因素是土壤的干旱和贫瘠，因此研发保水材料以解决土壤缺水问题成为发展农业的有效途径。吸水树脂高分子材料是传统的保水材料，其具有交联网络并能够通过水化作用吸水形成凝胶。然而吸水树脂面临单体原料价格高、反应过程不易控制且在土壤中的降解困难等一系列问题，所以寻求复合的高性能吸水材料成为发展趋势。

中国专利CN 105295926A公开了利用吸水树脂和秸秆细粉复合的抗结块保水剂的方法；中国专利CN 103059224A公开了利用丙烯酸和淀粉复合的高吸水树脂的方法；中国专利CN 102617815A公开了坡缕石与丙烯酸复合的营养型吸水树脂的方法；中国专利CN103923257B公开了利用高岭土或膨润土与丙烯酸类单体复合的超吸水树脂的方法。上述专利都达到了农业领域保水剂性能的要求，但有机天然高分子与丙烯酸类树脂复合需要较多的引发剂和交联剂，制备过程严格且存在污染环境的风险；而无机矿物与丙烯酸类复合吸水树脂需要丙烯酸类的单体量较多、且对无机矿物的品位要求较高，这无形中加大了作为农业保水材料的成本。

低品位岩浆土是在火山爆发过程中火山灰或熔岩的混合物，由于较高的硅铝成分、较少的营养物质、难于加工利用等缺陷导致其在矿物开采过程中作为固体废弃物来处理。

因此如能将低品位岩浆土利用，会很大程度上解决资源浪费和环境污染等问题。岩浆土具有插层和多孔构造、较稳定的四面体骨架结构，使得其存在作为保水材料的潜质。岩浆土作为保水材料的基质，相较于高品位坡缕石、高岭土、膨润土等矿产资源具有非常大的优势，且有望成为有机与无机复合保水材料在农业领域中应用的替代物。

发明内容

为了克服现有技术中对于低品位岩浆土的资源浪费和因此而造成的环境污染问题，以及为了促进有机与无机复合保水材料在农业可持续发展方面的应用，并提高低品位岩浆土的开发与利用，本发明提供一种综合应用低品位岩浆土、膨胀珍珠岩和N-异丙基烯丙烯酰胺等为主要原料制备高性能保水材料及其制备方法。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种以低品位岩浆土为原料的保水材料，组成物料包括：岩浆土、膨胀珍珠岩、N-异丙基烯丙烯酰胺、木薯淀粉、偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐和氧化锌纳米粉体；

所述岩浆土质量分数为60~70%，膨胀珍珠岩5~7%，N-异丙基烯丙烯酰胺15~20%，木薯淀粉3~5%，偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐0.15~0.35%，氧化锌0.25~0.55%，上述物料质量分数之和为百分之一百；

所述岩浆土为低品位，是开采高岭土、珍珠岩或膨润土矿物过程中的废弃物料，其经筛分、除杂等步骤后，粉碎至230~325目；

所述膨胀珍珠岩为开孔膨胀珍珠岩，粒度大小为200~270目；

所述N-异丙基烯丙烯酰胺、偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐、氧化锌纯度均为工业级别。

所述的以低品位岩浆土为主要原料的保水材料的制备方法，具体包括以下步骤：

1）将岩浆土、珍珠岩和木薯淀粉在混料机中充分混合均匀后，倒入带有搅拌装置的反应釜中；

2）室温下，将浓度为20%的N-异丙基烯丙烯酰胺水溶液缓慢加入到步骤1）的反应釜中，不断搅拌得到悬浊液；

3）将偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐和氧化锌分别加入到步骤2）的反应釜悬浊液中，并将反应釜温度提升到40~50℃，得到具有一定粘性的浊液；

4）将步骤3）制备的浊液倒入敞口的铁质容器中，随后将铁质容器放入60~70℃的烘箱中固化成型4~5小时，得到凝胶；

5）将步骤4）制备的凝胶取出，经鼓风干燥箱在110℃下干燥6~8小时，而后降至室温得到干凝胶；

6）干凝胶经切割造粒得到粒径尺寸为4~5mm的颗粒样品。

积极有益效果：本发明采用改进的水溶液聚合法，利用低品位岩浆土作为主要原料制备了高性能的保水材料。制备的保水材料吸去离子水倍率731~977g/g、吸自来水倍率658~830g/g、吸0.9%氯化钠水溶液倍率121~175g/g；有效利用了岩浆土、膨胀珍珠岩的孔道结构和N-异丙基烯丙烯酰胺所特有的聚合能力，并促进了有机与低品位矿物复合保水材料在农业领域中应用，具有变废为宝的作用；制备的保水材料能够起到增加土壤的保水性并可改良土壤的结构，可广泛应用于农林业保水缓释、盐碱地抗盐性能提高、沙漠化治理和园艺等领域。

附图说明

图1本发明制备保水材料的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例与附图，对本发明进一步说明：

一种以低品位岩浆土为主要原料的保水材料，组成物料包括：岩浆土、膨胀珍珠岩、N-异丙基烯丙烯酰胺、木薯淀粉、偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐和氧化锌纳米粉体；

所述岩浆土质量分数为60~70%，膨胀珍珠岩5~7%，N-异丙基烯丙烯酰胺15~20%，木薯淀粉3~5%，偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐0.15~0.35%，氧化锌0.25~0.55%，上述物料质量分数之和为百分之一百；

所述岩浆土为低品位，是矿物过程中的废弃物料，包括开采高岭土、珍珠岩和膨润土，其经筛分、除杂等步骤后，粉碎至230~325目；

所述膨胀珍珠岩为开孔膨胀珍珠岩，粒度大小为230~270目；

所述N-异丙基烯丙烯酰胺、偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐、氧化锌纯度均为工业级别。

如图1所示，所述的以低品位岩浆土为主要原料的保水材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将岩浆土、珍珠岩和木薯淀粉在混料机中充分混合均匀后，倒入带有搅拌装置的反应釜中；

2）室温下，将浓度为20%的N-异丙基烯丙烯酰胺水溶液缓慢加入到步骤1）的反应釜中，不断搅拌得到悬浊液；

3）将偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐和氧化锌分别加入到步骤2）的反应釜悬浊液中，并将反应釜温度提升到40~50℃，得到具有一定粘性的浊液；

4）将步骤3）制备的浊液倒入敞口的铁质容器中，随后将铁质容器放入60~70℃的烘箱中固化成型4~5小时，得到凝胶；

5）将步骤4）制备的凝胶取出，经鼓风干燥箱在110℃下干燥6~8小时，而后降至室温得到干凝胶；

6）干凝胶经切割造粒得到粒径尺寸为4~5mm的颗粒样品。

实施例1

称取270目过筛的岩浆土130.0g，230目过筛的膨胀珍珠岩10.0g，木薯淀粉6.0g放入反应釜中混匀；随后加入175.0g浓度为20%的N-异丙基烯丙烯酰胺水溶液，得到悬浊液；将0.40g偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐和0.75g氧化锌加入上述悬浊液中，并将温度提升到48.0℃，得到具有一定粘性的浊液；浊液经凝胶、60℃下固化4小时、110℃下干燥6.5小时和切割造粒得到颗粒样品。

制备的保水材料吸去离子水倍率977g/g；吸自来水倍率830g/g；吸0.9%氯化钠水溶液倍率175g/g。

实施例2

称取325目过筛的岩浆土120.0g，230目过筛的膨胀珍珠岩10.0g，木薯淀粉8.0g放入反应釜中混匀；随后加入190.0g浓度为20%的N-异丙基烯丙烯酰胺水溶液，得到悬浊液；将0.40g偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐和0.60g氧化锌加入上述悬浊液中，并将温度提升到48.0℃，得到具有一定粘性的浊液；浊液经凝胶、60℃下固化4.5小时、110℃下干燥7小时和切割造粒得到颗粒样品。

制备的保水材料吸去离子水倍率855g/g；吸自来水倍率710g/g；吸0.9%氯化钠水溶液倍率162g/g。

实施例3

称取325目过筛的岩浆土135.0g，270目过筛的膨胀珍珠岩12.5g，木薯淀粉7.2g放入反应釜中混匀；随后加入160.0g浓度为20%的N-异丙基烯丙烯酰胺水溶液，得到悬浊液；将0.30g偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐和0.50g氧化锌加入上述悬浊液中，并将温度提升到45.0℃，得到具有一定粘性的浊液；浊液经凝胶、65℃下固化5小时、110℃下干燥8小时和切割造粒得到颗粒样品。

制备的保水材料吸去离子水倍率731g/g；吸自来水倍率658g/g；吸0.9%氯化钠水溶液倍率121g/g。

实施例4

称取270目过筛的岩浆土130.0g，230目过筛的膨胀珍珠岩12.5g，木薯淀粉7.2g放入反应釜中混匀；随后加入175.0g浓度为20%的N-异丙基烯丙烯酰胺水溶液，得到悬浊液；将0.30g偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐和0.75g氧化锌加入上述悬浊液中，并将温度提升到45.0℃，得到具有一定粘性的浊液；浊液经凝胶、65℃下固化5小时、110℃下干燥7.5小时和切割造粒得到颗粒样品。

制备的保水材料吸去离子水倍率918g/g；吸自来水倍率784g/g；吸0.9%氯化钠水溶液倍率162g/g。

实施例5

称取230目过筛的岩浆土130.0g，230目过筛的膨胀珍珠岩10.0g，木薯淀粉6.0g放入反应釜中混匀；随后加入200.0g浓度为20%的N-异丙基烯丙烯酰胺水溶液，得到悬浊液；将0.70g偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐和1.00g氧化锌加入上述悬浊液，并将温度提升到48.0℃，得到具有一定粘性的浊液；浊液经凝胶、65℃下固化4.5小时、110℃下干燥7.5小时和切割造粒得到颗粒样品。

制备的保水材料吸去离子水倍率886g/g；吸自来水倍率763g/g；吸0.9%氯化钠水溶液倍率150g/g。

本发明采用改进的水溶液聚合法，利用低品位岩浆土作为主要原料制备了高性能的保水材料。制备的保水材料吸去离子水倍率731~977g/g、吸自来水倍率658~830g/g、吸0.9%氯化钠水溶液倍率121~175g/g；有效的利用了岩浆土、膨胀珍珠岩的孔道结构和N-异丙基烯丙烯酰胺所特有的聚合能力，并促进了有机与低品位矿物复合保水材料在农业领域中应用，具有变废为宝的作用；制备的保水材料能够起到增加土壤的保水性并可改良土壤的结构，可广泛应用于农林业保水缓释、盐碱地抗盐性能提高、沙漠化治理和园艺等领域。

以上实施例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。

Claims (6)

1.一种以低品位岩浆土为主要原料的保水材料，其特征在于：组成物料包括岩浆土、膨胀珍珠岩、N-异丙基烯丙烯酰胺、木薯淀粉、偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐和氧化锌纳米粉体。

2.根据权利要求书1所述的一种以低品位岩浆土制备保水材料，其特征在于：组成物料的质量分数具体为：所述的岩浆土质量分数为60~70%，膨胀珍珠岩5~7%，N-异丙基烯丙烯酰胺15~20%，木薯淀粉3~5%，偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐0.15~0.35%，氧化锌0.25~0.55%，组成物料的质量分数之和为百分之一百。

3.根据权利要求书1或2所述的一种以低品位岩浆土为主要原料的保水材料，其特征在于：所述的岩浆土为低品位，是开采矿物过程中的废弃物料，主要为开采高岭土、珍珠岩或膨润土过程的废弃物，其经筛分、除杂步骤后，粉碎至230~325目。

4.根据权利要求书1或2所述的一种以低品位岩浆土为主要原料的保水材料，其特征在于：所述的膨胀珍珠岩为开孔膨胀珍珠岩，粒度大小为200~270目。

5.根据权利要求书1或2所述的一种以低品位岩浆土为主要原料的保水材料，其特征在于：所述的N-异丙基烯丙烯酰胺、偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐和氧化锌纯度均为工业级别。

6.如权利要求书1或2所述的一种以低品位岩浆土为主要原料的保水材料的制备方法，其特征在于，采用改进的水溶液聚合法制备，其具体工艺步骤如下：

1）将岩浆土、珍珠岩和木薯淀粉在混料机中充分混合均匀后，倒入带有搅拌装置的反应釜中；

2）室温下，将浓度为20%的N-异丙基烯丙烯酰胺水溶液缓慢加入到步骤1）的反应釜中，不断搅拌得到悬浊液；

3）将偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐和氧化锌分别加入到步骤2）的反应釜悬浊液中，并将反应釜温度提升到40~50℃，得到具有一定粘性的浊液；

4）将步骤3）制备的浊液倒入敞口的铁质容器中，随后将铁质容器放入60~70℃的烘箱中固化成型4~5小时，得到凝胶；

5）将步骤4）制备的凝胶取出，经鼓风干燥箱在110℃下干燥6~8小时，而后降至室温得到干凝胶；

6）干凝胶经切割造粒得到粒径尺寸为4~5mm的颗粒样品。