CN111117631A - 一种核壳结构保水胶囊及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核壳结构保水胶囊及其制备方法，属于水土保持技术领域，该核壳结构保水胶囊以吸水材料为吸水内核，以无机胶凝材料为壳的核壳结构保水胶囊，将具有吸水、保水能力的吸水物质与能提供物理支撑和保护且能让水分通过的无机壳体结合，运用包覆制备技术，制成核壳结构保水胶囊，在环境水分充足时，由于外部壳体的多孔性，水透过外壳向内部渗透，与内吸水物质相结合，使水分保存在胶囊中，在环境水分缺乏时，保有大量水分的核壳结构保水胶囊水分向外扩散，弥补环境水分的缺失与不足；该核壳结构保水胶囊可作为海绵城市、沙漠地区地表储水等的基本单元，也可用于需要水分长期缓慢释放的自养护混凝土等场合。

Description

一种核壳结构保水胶囊及其制备方法
技术领域
本发明涉及水土保持领域技术领域，特别是涉及一种核壳结构保水胶囊及其制备方法。
背景技术
水资源短缺和水土环境恶化己成为制约中国农业乃至整个国民经济可持续发展的问题之一。由于缺水而造成的水土环境退化、土壤荒漠化、河流断流及沙尘暴等,已经给生存环境和经济发展带来了严重的影响。由于降水在时间分布不均匀、水土流失严重、蓄水保水能力差、地下水埋藏深、水利基础设施差等原因，干旱地区的储水工作尤其重要，其中保水材料的开发与使用，可有效缓解水土流失问题，一直是研究热点。
保水材料按照其作用机理不同大致可以分为矿物质系保水性材料和聚合物系保水性材料两类。矿物质系主要以高炉矿渣微粉末、高炉水淬矿渣或粉煤灰为主要原材料。矿渣的主要化学成分为SiO2、Al2O3和CaO，具有超高活性,这些活性的SiO2、Al2O3在NaOH、KOH、消石灰等在强碱的激发下，会进一步发生水化，生成类似于沸石结构的多孔胶凝体，对水分子有很好的吸附作用。聚合物系保水材料是指采用聚丙烯酰胺系、聚乙烯醇系、聚氧化乙烯系树脂等各种吸水性树脂为主要吸水材料。高吸水性树脂在分子结构上带有大量的具有很强亲水性的化学基团，这些化学基团形成的复杂结构赋予材料高吸水和高保水特性。这些吸水保水材料虽各有优点，但是也都有各自的问题，比如，矿物质系保水材料本身保水率较低，而聚合物系保水性材料负载困难，吸水后体积膨胀较大，与水泥混合后胶浆易发生离析现象，而且吸水性树脂价格昂贵，施工和易性差，在长期使用过程中受到紫外线照射容易老化，耐久性差等。因而，目前尚缺少一种高效、低成本和环保的吸水保水材料,可被大量广泛使用在节水抗旱、治理沙漠、植树造林、减少化肥流失提高化肥利用率等方面。
发明内容
本发明的目的是提供一种核壳结构保水胶囊及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，该保水胶囊具有应用广泛、耐用、工艺简单、适应性强、吸水/保水能力强等特点，在环境水分充足时，由于陶粒的多孔性，水透过陶粒外壳向内部渗透，与陶粒内吸水物质相结合，使水分保存在陶粒中，在环境水分缺乏时，保有大量水分的保水陶粒胶囊中水分向外扩散，维持环境水分，改变区域的水资源时间分布不均匀状况。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种核壳结构保水胶囊，以吸水材料为吸水内核，以无机胶凝材料为壳的核壳结构保水胶囊，所述壳均匀包裹在吸水内核表面；
所述壳厚度为1-2mm，所述吸水内核的平均粒径为1-8mm。
进一步地，所述吸水材料包括无机物吸水材料、有机物吸水材料和复合吸水材料。
进一步地，所述无机吸水材料为吸水硅胶；所述有机吸水材料为海绵、聚丙烯酰胺系、聚乙烯醇系或聚氧化乙烯系树脂；所述复合吸水材料为聚丙烯酸钾复合材料。
进一步地，所述无机胶凝材料为硅酸盐水泥、磷酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、碱激发矿渣、钢渣、粉煤灰中的至少一种。
进一步地，作为吸水内核的吸水材料膨胀系数较大时，加入辅助材料预先占位。
进一步地，所述辅助材料为可去除物质；
所述可去除物质包括水溶性有机物淀粉或蔗糖，水溶性盐氯化钠、或碳酸氢钠，加热可转变为液体的有机物石蜡等。
本发明还提供了一种上述的核壳结构保水胶囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)将吸水材料清洁后，视吸水材料膨胀吸收加入辅助材料，造粒至粒径1-8mm，即制备成吸水内核；
(2)将吸水内核润湿，包裹无机凝胶材料，养护，在养护结束后，若加入了辅助材料，则继续加热或水洗进行去除，即制得核壳结构保水胶囊。
进一步地，所述养护为常温养护28天。
本发明公开了以下技术效果：
本发明的核壳结构保水胶囊将具有吸水、保水能力的吸水物质与能提供物理支撑和保护且能让水分通过的无机壳体相结合，运用包覆制备技术，制成核壳结构保水胶囊，在环境水分充足时，由于外部壳体的多孔性，水透过外壳向内部渗透，与内吸水物质相结合，使水分保存在胶囊中，在环境水分缺乏时，保有大量水分的核壳结构保水胶囊水分向外扩散，弥补环境水分的缺失与不足。该核壳结构保水胶囊可作为海绵城市、沙漠地区地表储水等的基本单元，也可用于需要水分长期缓慢释放的自养护混凝土等场合。
本发明选择合适的吸水物质，根据其物理特性添加辅助材料造粒成核，后二次包裹可透水的壳体材料，制成胶囊，由于其制备工艺简单、造价低、耐用性好，可被广泛应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明核壳结构保水胶囊的制备方法流程图；
图2为本发明核壳结构保水胶囊的结构及应用示意图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
一种核壳结构保水胶囊的制备方法：
(1)将海绵清洁处理后，用剪刀制成边长4mm立方体核；
(2)将上述立方体核取10颗放入盘式造粒机，加入100g P.O32.5硅酸盐水泥，喷入5mL水分，包覆滚动，在成型后喷入50mL水分保证水泥充分水化，制得保水胶囊骨料坯体，常温养护28天，制得核壳结构保水胶囊。
实施例2
一种核壳结构保水胶囊的制备方法：
(1)将聚丙烯酰胺粉末加入聚丙烯酰胺粉末质量80％的可溶性淀粉造粒成5mm球型核待用；
(2)将上述球形核取10颗放入盘式造粒机，加入150g P.O 32.5硅酸盐水泥，喷入6mL水分，包覆滚动，在成型后喷入65mL水分保证胶凝材料充分水化，制得保水胶囊骨料坯体，常温养护28天，泡入水中，清洗掉可溶性淀粉，制得核壳结构保水胶囊。
实施例3
一种核壳结构保水胶囊的制备方法：
(1)选取3mm吸水硅胶颗粒，清洁处理；
(2)将上述颗粒取10颗放入盘式造粒机，加入80g碱激发矿渣，喷入6mL水分，包覆滚动，在成型后喷入50mL水分保证胶凝材料充分水化，制得保水胶囊骨料坯体，常温养护28天，泡入沸水中，清洗掉聚乙烯醇，制得核壳结构保水胶囊。
实施例4
一种核壳结构保水胶囊的制备方法：
(1)以淀粉、丙烯酸盐、水、交联剂质量比例5:4:2:0.5制备聚丙烯酸钾复合材料，将聚丙烯酸钾复合材料清洁处理后，造粒成5mm球型核待用；
(2)将上述球形核取10颗放入盘式造粒机，加入100g磷酸盐水泥，喷入5mL水分，包覆滚动，在成型后喷入50mL水分保证水泥充分水化，制得保水胶囊骨料坯体，常温养护28天，制得核壳结构保水胶囊。
实施例5
一种核壳结构保水胶囊的制备方法：
(1)将接枝丙烯酰胺聚乙烯醇造粒成5mm球型核待用；
(2)将上述球形核取10颗放入盘式造粒机，加入100g粉煤灰，喷入5mL水分，包覆滚动，在成型后喷入50mL水分保证水泥充分水化，制得保水胶囊骨料坯体，常温养护28天，制得核壳结构保水胶囊。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，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，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种核壳结构保水胶囊，其特征在于，以吸水材料为吸水内核，以无机胶凝材料为壳的核壳结构保水胶囊，所述壳均匀包裹在吸水内核表面；
所述壳厚度为1-2mm，所述吸水内核的平均粒径为1-8mm。
2.根据权利要求1所述的一种核壳结构保水胶囊，其特征在于，所述吸水材料包括无机物吸水材料、有机物吸水材料和复合吸水材料。
3.根据权利要求2所述的一种核壳结构保水胶囊，其特征在于，所述无机吸水材料为吸水硅胶；所述有机吸水材料为海绵、聚丙烯酰胺系、聚乙烯醇系或聚氧化乙烯系树脂；所述复合吸水材料为聚丙烯酸钾复合材料。
4.根据权利要求1所述的一种核壳结构保水胶囊，其特征在于，所述无机胶凝材料为硅酸盐水泥、磷酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、碱激发矿渣、钢渣、粉煤灰中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种核壳结构保水胶囊，其特征在于，作为吸水内核的吸水材料膨胀系数较大时，加入辅助材料预先占位。
6.根据权利要求5所述的一种核壳结构保水胶囊，其特征在于，所述辅助材料为可去除物质；
所述可去除物质包括水溶性有机物淀粉或蔗糖，水溶性盐氯化钠、或碳酸氢钠，加热可转变为液体的有机物石蜡等。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的核壳结构保水胶囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将吸水材料清洁后，视吸水材料膨胀吸水后膨胀情况，确定是否加入辅助材料，造粒至粒径1-8mm，即制备成吸水内核；
(2)将吸水内核润湿，包裹无机凝胶材料，养护，在养护结束后，若加入了辅助材料，则继续加热或水洗进行去除，即制得核壳结构保水胶囊。
8.根据权利要求1所述的一种核壳结构保水胶囊的制备方法，其特征在于，所述养护为常温养护28天。
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