CN112624859B - 一种基于糠醛渣的保水控失肥添加剂及其连续化生产工艺 - Google Patents

一种基于糠醛渣的保水控失肥添加剂及其连续化生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于化肥助剂技术领域，公开了一种基于糠醛渣的保水控失肥添加剂及其连续化生产工艺。该添加剂的原料为糠醛渣、丙烯酸、丙烯酰胺、填充剂、交联剂、引发剂。所述原料在双螺杆挤出机中进行接枝聚合反应，挤出、造粒得到具有交联结构的农用糠醛渣保水控失肥添加剂。该添加剂具有较好的保水和耐盐碱能力，吸蒸馏水倍率为182‑498 g/g，吸生理盐水倍率为34‑72g/g，和肥料造粒后养分释放期45天以上。本发明工艺简单、无污染，产物性能优良，适合工业化连续生产。

Description

一种基于糠醛渣的保水控失肥添加剂及其连续化生产工艺
技术领域
本发明属于化肥助剂技术领域，涉及一种基于改性糠醛渣的保水控失肥添加剂及其连续化生产工艺。
背景技术
水和肥料是作物生长的基础条件，同时也是制约我国农业可持续发展的重要因素和资源。据报道，我国现有农业生产中农田化肥的当季利用率氮肥只有30-50％，磷肥为10-20％，钾肥为35-50％，低于国外同类肥料约5-20％。另一方面，我国是一个水资源贫乏的国家，农业用水是我国第一用水大户，占我国水资源消耗的80％左右。具有保水性能的控失肥料能有效地提高肥料的利用率，减少灌溉频率，降低肥料浓度过高对作物的毒害作用及环境污染，近年来受到研究者的广泛关注。
目前保水型缓释肥料主要利用含强亲水性基团、并经过适度交联的功能高分子材料，通过混合、包膜或者吸附工艺制备。功能高分子材料主要分为合成聚合物、天然高分子和改性天然高分子三大系列，其中改性天然高分子由天然大分子与单体共聚得到，兼具合成聚合物吸水保水性能力强、可重复利用和天然高分子成本较低的优势。
糠醛渣作为生物质水解过程中产生的废弃物，呈酸性，其大量堆积会对大气、土壤、河流产生污染。同时糠醛渣含有大量的纤维素、木质素，又具有良好的利用价值。合理利用糠醛渣，消除其对环境的污染，增加其经济附加值，是糠醛渣资源化利用亟需解决的问题。
发明内容
为减少农业生产中肥料流失以及提高水资源利用率，同时资源化利用糠醛渣消除环境污染，本发明提供了一种基于改性糠醛渣的保水控失肥添加剂及其连续化生产工艺。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：
该添加剂由以下原料制备而成，各组份以质量份计：糠醛渣20-100份，丙烯酸0-40份，丙烯酰胺0-60份(丙烯酸与丙烯酰胺组份下限不同时为0)，填充剂1-4份，引发剂0.4-2份，交联剂0.08-0.16份。
所述填充剂选自高岭土、硅藻土、滑石粉中的一种或一种以上。
所述引发剂选自硝酸铈铵、过硫酸钾、过硫酸铵中的一种或一种以上。
所述交联剂是N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。
所述丙烯酸为用氢氧化钾或氢氧化钠中和的丙烯酸。
所述糠醛渣是用氢氧化钠、氢氧化钾或氨水中和的糠醛渣。
其连续化生产工艺，包括以下步骤：
(1)将质量份数为20-100份糠醛渣、丙烯酸0-40份、丙烯酰胺0-60份(丙烯酸与丙烯酰胺组份下限不同时为0)、1-4份填充剂、0.2-1份引发剂、0.08-0.16份交联剂混合均匀。
(2)当挤出机温度达到设定温度并稳定后，将步骤(1)混合均匀的物料通过进料斗投料，再将0.2-1份引发剂通过动态混合器定量注入到螺杆中进行原位接枝聚合，挤出后经水冷、切粒，得到改性糠醛渣保水控失肥添加剂。
所述步骤(1)中的丙烯酸中和度为50％-80％，中和所用的碱为氢氧化钾或氢氧化钠。
所述步骤(2)中双螺杆挤出机螺杆的长径比为28-58。
所述步骤(2)中挤出温度为80-180℃，螺杆转速为30-100rpm。
本发明的优点在于：
1、本发明采用双螺杆挤出机接枝改性糠醛渣制备农用保水剂，可以实现工业化连续生产基于糠醛渣的保水控失肥添加剂，产品质量稳定，实现废物资源化利用，减少环境污染。
2、本发明基于糠醛渣的保水控失肥添加剂，吸蒸馏水倍率为182-498g/g，吸生理盐水倍率为34-72g/g，和肥料造粒后养分释放期45天以上，大大提高了肥料及水资源的利用率。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明进行详细描述。
吸水倍率的测定：称取适量试样W0放入200目的尼龙袋中，然后置于1000mL的去离子水中，充分吸水膨胀。将吸水膨胀平衡的试样取出沥干水滴后，称量吸水饱和的保水剂质量，记为W1。根据公式(1)求得保水剂吸水倍率Q。
Figure BDA0002801364080000031
Q为保水剂的吸水倍率，g/g；W0为保水剂吸水前的质量，g；W1为保水剂吸水后的质量，g。
以同样的方式，用生理盐水代替去离子水，测定保水剂吸盐水倍率。
实施例1
将用氢氧化钾中和的糠醛渣100g、用氢氧化钾中和度为80％的丙烯酸40g、丙烯酰胺40g、高岭土2g、硝酸铈铵1g、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.16g在高混机中混合均匀。双螺杆挤出机螺杆长径比为58，各区温度设置为一区80℃，二区165℃，三区170℃，四区175℃，五区175℃，六区175℃，机头170℃，螺杆转速30rpm。将混合均匀的物料通过料斗进料，再将溶有1g过硫酸钾的水溶液通过动态混合器定量注入到螺杆中进行物料输送、引发、聚合增长，最后将接枝共聚物经过口模挤出，经水槽冷却、切粒。干燥后产品的吸蒸馏水和生理盐水倍率结果见表1。
实施例2
将用氢氧化钾中和的糠醛渣50g、用氢氧化钠中和度为50％的丙烯酸40g、丙烯酰胺10g、硅藻土2g、硝酸铈铵0.5g、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.08g在高混机中混合均匀。双螺杆挤出机螺杆长径比为28，各区温度设置为一区80℃，二区165℃，三区170℃，四区180℃，五区180℃，六区180℃，机头170℃，螺杆转速100rpm。将混合均匀的物料通过料斗进料，再将溶有0.5g过硫酸铵的水溶液通过动态混合器定量注入到螺杆中进行物料输送、引发、聚合增长，最后将接枝共聚物经过口模挤出，经水槽冷却、切粒。干燥后的产品吸蒸馏水和生理盐水倍率结果见表1。
实施例3
将用氨水中和的糠醛渣100g、用氢氧化钾中和度为70％的丙烯酸40g、丙烯酰胺20g、高岭土3g、硝酸铈铵0.5g、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.12g在高混机中混合均匀。双螺杆挤出机螺杆长径比为40，各区温度设置为一区80℃，二区165℃，三区170℃，四区180℃，五区180℃，六区180℃，机头170℃，螺杆转速50rpm。将混合均匀的物料通过料斗进料，再将溶有1.5g过硫酸铵的水溶液通过动态混合器定量注入到螺杆中进行物料输送、引发、聚合增长，最后将接枝共聚物经过口模挤出，经水槽冷却、切粒。干燥后的产品吸蒸馏水和生理盐水倍率结果见表1。
实施例4
将用氢氧化钾中和的糠醛渣20g、用氢氧化钾中和度为60％的丙烯酸20g、丙烯酰胺60g、硅藻土4g、硝酸铈铵0.2g、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.1g在高混机中混合均匀。双螺杆挤出机螺杆长径比为28，各区温度设置为一区80℃，二区165℃，三区170℃，四区180℃，五区180℃，六区180℃，机头170℃，螺杆转速80rpm。将混合均匀的物料通过料斗进料，再将溶有0.2g过硫酸铵的水溶液通过动态混合器定量注入到螺杆中进行物料输送、引发、聚合增长，最后将接枝共聚物经过口模挤出，经水槽冷却、切粒。干燥后的产品吸蒸馏水和生理盐水倍率结果见表1。
实施例5
将用氢氧化钠中和的糠醛渣100g、用氢氧化钠中和度为70％的丙烯酸30g、滑石粉2g、硝酸铈铵0.8g、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺0.12g在高混机中混合均匀。双螺杆挤出机螺杆长径比为58，各区温度设置为一区80℃，二区165℃，三区170℃，四区180℃，五区180℃，六区180℃，机头170℃，螺杆转速50rpm。将混合均匀的物料通过料斗进料，再将溶有1.2g过硫酸钾的水溶液通过动态混合器定量注入到螺杆中进行物料输送、引发、聚合增长，最后将接枝共聚物经过口模挤出，经水槽冷却、切粒。干燥后的产品吸蒸馏水和生理盐水倍率结果见表1。
实施例6
将用氢氧化钾中和的糠醛渣100g、丙烯酰胺60g、高岭土1g、硝酸铈铵0.4g、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.12g在高混机中混合均匀。双螺杆挤出机螺杆长径比为58，各区温度设置为一区80℃，二区165℃，三区170℃，四区175℃，五区175℃，六区175℃，机头170℃，螺杆转速100rpm。将混合均匀的物料通过料斗进料，再将溶有0.6g过硫酸钾的水溶液通过动态混合器定量注入到螺杆中进行物料输送、引发、聚合增长，最后将接枝共聚物经过口模挤出，经水槽冷却、切粒。干燥后的产品吸蒸馏水和生理盐水倍率结果见表1。
表1
Figure BDA0002801364080000051
实施例7
实施例1-6中接枝聚合获得的添加剂与尿素按照质量比5:95混合造粒，获得试样1-试样6。分别称取试样1-试样6约10g(称准至0.01g)放入100目的尼龙纱网做成的小袋中，封口后，将小袋放入1000mL玻璃瓶中，加入500mL水，加盖密封，置于25℃的生化恒温培养箱中，取样时间为24h,3d,5d，7d，10d，14d，28d，42d，56d，84d，直至累积养分溶出率达80％以上为止。取样时，将瓶上下颠倒三次，使瓶内的液体浓度一致，移入500mL容量瓶中，冷却至室温后定容至刻度，用滴定法测定溶出的总氮含量。
肥料释放期的累计尿素释放率以Vt表示，按照公式(2)计算：
Figure BDA0002801364080000052
t为标明的养分释放周期，单位为天；Wt为25℃下养分释放期时测得的累积的尿素质量分数，数值以％表示；W为测得的尿素总的质量分数，数值以％表示。
养分释放期以t表示，单位为天(d)，按照公式(3)计算：
Figure BDA0002801364080000053
V28为28天的养分累计释放率，数值以％表示；ΔV14～28为14天～28天的平均释放速率的数值，单位为质量分数每天(％/d)。
养分释放率和释放周期如表2：
表2：不同试样的养分释放期
Figure BDA0002801364080000061
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.制备保水控失肥添加剂的连续化生产工艺，其特征在于：步骤如下：
（1）将质量份数为20-100份糠醛渣、丙烯酸0-40份、丙烯酰胺0-60份、1-4份填充剂、0.2-1份引发剂、0.08-0.16份交联剂混合均匀；所述丙烯酸为用氢氧化钾或氢氧化钠中和的丙烯酸，所述糠醛渣是用氢氧化钠、氢氧化钾或氨水中和的糠醛渣；丙烯酸与丙烯酰胺组份下线不同时为0；
（2）当挤出机温度达到设定温度并稳定后，将步骤（1）混合均匀的物料通过进料斗投料，再将0.2-1份引发剂通过动态混合器定量注入到螺杆挤出机中进行接枝聚合，挤出后经水冷、切粒，得到改性糠醛渣保水控失肥添加剂；
螺杆挤出机为双螺杆挤出机，螺杆长径比为28-58，挤出温度为80-180 ℃，螺杆转速为30-100rpm。
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