CN113861993A - 一种复合型农林保水剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合型农林保水剂及其制备方法和应用，所述复合型农林保水剂包括特定份数的磺化腐植酸、玉米淀粉、丙烯酸、聚丙烯酰胺、氢氧化钠、过硫酸钾和交联剂的组合，采用特定份数的磺化腐植酸搭配玉米淀粉，可以使复合型农林保水剂不仅具有优异的吸水和保水效果，还可以改善土壤环境；且所述玉米淀粉还可以和丙烯酸进行接枝反应形成三维结构，进一步提高保水剂的保水性能；最后加入特定份数的氢氧化钠及来调节中和度，加入特定份数的过硫酸钾作为引发剂以及加入特定份数的交联剂提高三维结构的交联密度，最终得到了具有极强的吸水能力以及保水效果稳定的复合型农林保水剂。
Description
技术领域
本发明属于农林保水技术领域，具体涉及一种复合型农林保水剂及其制备方法和应用。
背景技术
由于土壤荒漠化和水资源短缺等生态问题日益加剧，利用高吸水性树脂控制水土流失、土地荒漠化等已成为土地治理研究的新方向；保水剂作为一种独具三维网状结构的有机高分子聚合物，在土壤中能将雨水或浇灌水迅速吸收并保住，变为固态水而不流动不渗失，长久保持局部恒湿、天旱时缓慢释放供植物利用。它特有的吸水、贮水、保水性能，在改善生态环境、防风固沙工程中起到决定成败的作用。
目前国内外的保水剂共分为两大类，一类是丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸铵等；另一类是淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物如淀粉接枝丙烯酸盐，但是目前的保水剂的降解性能和稳定性较差，保水性能不好，在农林领域使用并不广泛。CN107033300A公开了一种具有高效保水性能的农林保水剂及制作方法，按重量百分比包括以下组分：改性淀粉15～35％；丙烯酸30～50％；聚醋酸乙烯5～17％；氢氧化钠15～40％；十二烷基硫酸钠溶液3～9％；过硫酸铵0.1～0.35％；硫代硫酸钠0.1～0.8％；乙二醇0.2～0.65％，这样制得的保水剂具有良好的耐盐性和抗压性，且使用期在三年以上，且含有C、O、H、N、K等多种对植物生长及水土保持十分有利的元素及由这些元素组成的化学键和基团，与农家肥、化肥、土壤和细沙等的搀和性好，具有高吸水、保水性和释水性，该产品对人、动植物无毒害，且其网状分子结构中的特殊功能基团对pb、cd、hg等有毒金属离子有很强的络合螯合作用，从而净化了土壤环境水源。CN110922533A公开了一种复合型高效农林保水剂及其制备方法，涉及保水剂领域，由以下重量份数的原料制备而成：小麦秸秆粉体30～40份、玉米淀粉10～20份、魔芋葡甘聚糖5～10份、苔藓凝胶3～7份、羧甲基纤维素钠1～3份、卡拉胶3～7份、微细二氧化硅气凝胶5～10份、双丙酮丙烯酰胺7～15份、丙烯酸20～30份、膨润土40～60份、过硫酸钾0.01～0.05份、交联剂1～3份、氢氧化钠2～5份、去离子水100～120份，该发明得到的保水剂具有极强的吸水能力，而且热稳定性好，在较高温度下都有良好的保水性能。CN110066660A公开了一种尿素缓释型农林保水剂及其制备方法和应用，该方法以PVA、AA、AM、Urea、KPS和MBA为原料，采用水溶液聚合法，制备具有尿素缓释功能的农林保水剂。本发明通过试验证实树脂吸水倍率达到505g/g，吸盐水倍率达到88g/g，初始吸水速率可达86.58g·min/g；树脂的释水率达到68.0％；树脂中的尿素在蒸馏水中可持续缓释13d。该发明树脂适合农林土壤的保水、释水和施肥使用，适合用于废矿、弃矿的植被恢复。
但是，上述现有技术中提供的保水剂的保水效果仍有待提高，且所提供的保水剂中使用的的化学药品由于不可降解，还可能会带来土壤的污染，限制了其应用和发展。
因此，开发一种保水效果好且环境友好的复合型农林保水剂，是目前本领域技术人员重点需要解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合型农林保水剂及其制备方法和应用，所述复合型农林保水剂包括特定份数的磺化腐植酸、玉米淀粉、丙烯酸、聚丙烯酰胺、氢氧化钠、过硫酸钾和交联剂的组合；通过上述各个组分之间的相互配合以及限定各个组分的用量，使得到的复合型农林保水剂保水效果优异，适合在农林领域大范围推广和应用。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种复合型农林保水剂，所述复合型农林保水剂按照重量份包括如下组分：
其中，所述磺化腐植酸可以为31重量份、32重量份、33重量份、34重量份、35重量份、36重量份、37重量份、38重量份或39重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述玉米淀粉可以为11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份或19重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述丙烯酸可以为21重量份、22重量份、23重量份、24重量份、25重量份、26重量份、27重量份、28重量份或29重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述聚丙烯酰胺可以为5.5重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份、8重量份、8.5重量份、9重量份或9.5重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述氢氧化钠可以为2.2重量份、2.4重量份、2.6重量份、2.8重量份、3重量份、3.2重量份、3.4重量份、3.6重量份、3.8重量份、4重量份、4.2重量份、4.4重量份、4.6重量份或4.8重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述过硫酸钾可以为0.015重量份、0.02重量份、0.025重量份、0.03重量份、0.035重量份、0.04重量份或0.045重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述交联剂可以为1.2重量份、1.4重量份、1.6重量份、1.8重量份、2重量份、2.2重量份、2.4重量份、2.6重量份或2.8重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明提供的复合型农林保水剂包括特定份数的磺化腐植酸、玉米淀粉、丙烯酸、聚丙烯酰胺、氢氧化钠、过硫酸钾和交联剂的组合；采用特定份数的磺化腐植酸搭配玉米淀粉，二者均为有机保水剂，可以降解且不会带来环境污染；不仅使得所述复合型农林保水剂具有优异的保水效果，还可以使复合型农林保水剂具有改善土壤环境的功效，且玉米淀粉还可以和丙烯酸进行接枝反应形成三维结构，可以提高保水剂的保水功效，还加入特定份数的聚丙烯酰胺，进一步提升了三维空间结构的交联密度；最后，本发明还加入特定份数的氢氧化钠及来调节中和度，加入特定份数的过硫酸钾来作为引发剂以及加入特定份数的交联剂，最终得到了具有极强的吸水能力，保水效果稳定的复合型农林保水剂。
优选地，所述磺化腐植酸通过如下方法制备得到，所述方法包括如下步骤：
(A1)将腐植酸、氢氧化钠和硫代硫酸钠反应，过滤，得到上清液；
(A2)将步骤(A1)得到的上清液和盐酸反应，离心，得到所述磺化腐植酸。
优选地，所述交联剂包括N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
优选地，所述磺化腐植酸和玉米淀粉的质量比为1:(0.4～0.5)，例如1:0.41、1:0.42、1:0.43、1:0.44、1:0.45、1:0.46、1:0.47、1:0.48或1:0.49等。
作为本发明的优选技术方案，本发明提供的复合型农林保水剂中所述磺化腐植酸和玉米淀粉的质量比为1:(0.4～0.5)时，可以使得所述复合型农林保水剂的综合性能最优异。
优选地，所述复合型农林保水剂还包括去离子水、防霉剂或膨润土中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述复合型农林保水剂中去离子水的含量为100～110重量份，例如101重量份、102重量份、103重量份、104重量份、105重量份、106重量份、107重量份、108重量份或109重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述复合型农林保水剂中防霉剂的含量为0.05～0.1重量份，例如0.055重量份、0.06重量份、0.065重量份、0.07重量份、0.075重量份、0.08重量份、0.085重量份、0.09重量份或0.095重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述防霉剂包括喹氧灵和/或三唑酮。
优选地，所述复合型农林保水剂中膨润土的含量为40～50重量份，例如41重量份、42重量份、43重量份、44重量份、45重量份、46重量份、47重量份、48重量份或49重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述复合型农林保水剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将磺化腐植酸、玉米淀粉、氢氧化钠、任选地去离子水和任选地膨润土混合，得到分散液；
(2)将步骤(1)得到的分散液、丙烯酸、聚丙烯酰胺、过硫酸钾、交联剂和任选地防霉剂反应，干燥，得到所述复合型农林保水剂。
优选地，步骤(1)所述混合在搅拌条件下进行，优选为在转速为500～800rpm(例如530rpm、560rpm、590rpm、630rpm、660rpm、690rpm、730rpm、760rpm或790rpm等)的搅拌条件下进行。
优选地，步骤(1)所述混合的时间为5～10min，例如5.5min、6min、6.5min、7min、7.5min、8min、8.5min、9min或9.5min，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，步骤(2)所述反应在水浴的条件下进行。
优选地，所述水浴的温度为70～75℃，例如70.5℃、71℃、71.5℃、72℃、72.5℃、73℃、73.5℃、74℃或74.5℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，步骤(2)所述干燥之前还包括减压压缩的步骤。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的复合型农林保水剂在农林保水或植物栽培种中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的复合型农林保水剂包括特定份数的磺化腐植酸、玉米淀粉、丙烯酸、聚丙烯酰胺、氢氧化钠、过硫酸钾和交联剂的组合；采用特定份数的磺化腐植酸搭配玉米淀粉，可以使复合型农林保水剂具有改善土壤环境的功效，二者均为有机保水剂，可以降解且不会带来环境污染；且玉米淀粉还可以和丙烯酸进行接枝反应形成三维结构，可以提高保水剂的保水功效，还加入特定份数的聚丙烯酰胺，进一步提升了三维空间结构的交联密度；最后，本发明还加入特定份数的氢氧化钠及来调节中和度，加入特定份数的过硫酸钾来作为引发剂以及加入特定份数的交联剂，最终得到了具有极强的吸水能力，保水效果稳定的复合型农林保水剂。
(2)具体而言，本发明提供的复合型农林保水剂的吸水倍数可以达到768～834g/g，保水率高达78～86％。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
制备例1
一种磺化腐植酸，其制备方法包括如下步骤：
(1)将20g腐植酸(C9H9NO6)、1.5g氢氧化钠和0.25g的六代硫酸铵溶于250mL去离子水中，搅拌2h，过滤，得到上清液；
(2)将步骤(1)得到的上清液和盐酸按照体积比1:1混合，反应12h后，离心，80℃下烘干，得到所述磺化腐植酸。
实施例1
一种复合型农林保水剂，所述复合型农林保水剂按照重量份包括如下组分：
本实施例提供的复合型农林保水剂的制备方法包括如下步骤：
(1)将磺化腐植酸(制备例1)、玉米淀粉、氢氧化钠、去离子水和膨润土在转速为700rpm的搅拌条件下混合7.5min，得到分散液；
(2)将步骤(1)得到的分散液、丙烯酸、聚丙烯酰胺、过硫酸钾、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和喹氧灵在72℃水浴条件下反应，减压压缩，干燥，得到所述复合型农林保水剂。
实施例2
一种复合型农林保水剂，所述复合型农林保水剂按照重量份包括如下组分：
(1)将磺化腐植酸(制备例1)、玉米淀粉、氢氧化钠、去离子水和膨润土在转速为700rpm的搅拌条件下混合7.5min，得到分散液；
(2)将步骤(1)得到的分散液、丙烯酸、聚丙烯酰胺、过硫酸钾、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和喹氧灵在72℃水浴条件下反应，减压压缩，干燥，得到所述复合型农林保水剂。
实施例3
一种复合型农林保水剂，所述复合型农林保水剂按照重量份包括如下组分：
(1)将磺化腐植酸(制备例1)、玉米淀粉、氢氧化钠、去离子水和膨润土在转速为700rpm的搅拌条件下混合7.5min，得到分散液；
(2)将步骤(1)得到的分散液、丙烯酸、聚丙烯酰胺、过硫酸钾、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和喹氧灵在72℃水浴条件下反应，减压压缩，干燥，得到所述复合型农林保水剂。
实施例4
一种复合型农林保水剂，其与实施例1的区别在于，磺化腐植酸的添加量为30重量份，玉米淀粉的添加量20重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例5
一种复合型农林保水剂，其与实施例1的区别在于，磺化腐植酸的添加量为40重量份，玉米淀粉的添加量10重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例1
一种复合型农林保水剂，其与实施例1的区别在于，采用腐植酸替换实施例1中的磺化腐植酸，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例2
一种复合型农林保水剂，其与实施例1的区别在于，磺化腐植酸的添加量为20重量份，玉米淀粉的添加量为30重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例3
一种复合型农林保水剂，其与实施例1的区别在于，磺化腐植酸的添加量为45重量份，玉米淀粉的添加量为5重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例4
一种复合型农林保水剂，其与实施例1的区别在于，磺化腐植酸的添加量为50重量份，不添加玉米淀粉，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例5
一种复合型农林保水剂，其与实施例1的区别在于，不添加磺化腐植酸，玉米淀粉的添加量为50重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
性能测试：
(1)吸水倍数：称取0.5g样品装入茶袋中，记重量为W0，然后将茶袋浸入去离子水中，隔24h取出茶袋，将其挂起沥干至不滴水后，称重记为W1，每组做三个平行实验，吸水倍数＝(W1-W0-0.5)/0.5；
(2)保水率：将吸水24h后的茶袋放入离心机中离心处理1min，转速为800r/min，离心结束后，倒掉分离出的水，称量剩余物的质量W2，保水率＝W2/W1×100％。
按照上述测试方法对实施例1～5和对比例1～5得到的复合型农林保水剂进行测试，测试结果如表1所示：
表1
根据表1数据可以看出，本发明提供的复合型农林保水剂具有优异的保水效果；具体而言，实施例1～5得到的复合型农林保水剂的吸水倍数为768～834g/g；保水率为78～86％。
比较实施例1和对比例1可以发现，采用腐植酸替换磺化腐植酸得到的保水剂的吸水倍数降低且保水率也降低。
比较实施例1和对比例2～5可以发现，磺化腐植酸的用量较低(对比例2)、玉米淀粉的用量较低(对比例3)、不添加玉米淀粉(对比例4)或不添加磺化腐植酸(对比例5)得到的复合型农林保水剂的保水效果和吸水效果均不理想。
进一步比较实施例1和实施例4～5可以发现，当磺化腐植酸和玉米淀粉的比例不在本发明限定的优选范围内时得到的复合型农林保水剂的保水效果和吸水效果也会有所降低。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明一种复合型农林保水剂及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种复合型农林保水剂，其特征在于，所述复合型农林保水剂按照重量份包括如下组分：
2.根据权利要求1所述的复合型农林保水剂，其特征在于，所述磺化腐植酸通过如下方法制备得到，所述方法包括如下步骤：
(A1)将腐植酸、氢氧化钠和硫代硫酸钠反应，过滤，得到上清液；
(A2)将步骤(A1)得到的上清液和盐酸反应，离心，得到所述磺化腐植酸。
3.根据权利要求1或2所述的复合型农林保水剂，其特征在于，所述交联剂包括N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
4.根据权利要求1～3任一项所述的复合型农林保水剂，其特征在于，所述磺化腐植酸和玉米淀粉的质量比为1:(0.4～0.5)。
5.根据权利要求1～4任一项所述的复合型农林保水剂，其特征在于，所述复合型农林保水剂还包括去离子水、防霉剂或膨润土中的任意一种或至少两种的组合。
6.根据权利要求5所述的复合型农林保水剂，其特征在于，所述复合型农林保水剂中去离子水的含量为100～110重量份；
优选地，所述复合型农林保水剂中防霉剂的含量为0.05～0.1重量份；
优选地，所述防霉剂包括喹氧灵和/或三唑酮。
7.根据权利要求5或6所述的复合型农林保水剂，其特征在于，所述复合型农林保水剂中膨润土的含量为40～50重量份。
8.一种如权利要求1～7任一项所述复合型农林保水剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将磺化腐植酸、玉米淀粉、氢氧化钠、任选地去离子水和任选地膨润土混合，得到分散液；
(2)将步骤(1)得到的分散液、丙烯酸、聚丙烯酰胺、过硫酸钾、交联剂和任选地防霉剂反应，干燥，得到所述复合型农林保水剂。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合在搅拌条件下进行，优选为在转速为500～800rpm的搅拌条件下进行；
优选地，步骤(1)所述混合的时间为5～10min；
优选地，步骤(2)所述反应在水浴的条件下进行；
优选地，所述水浴的温度为70～75℃；
优选地，步骤(2)所述干燥之前还包括减压压缩的步骤。
10.一种如权利要求1～7任一项所述的复合型农林保水剂在农林保水或植物栽培种中的应用。
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