CN114106841B - 一种秸秆基吸水保水剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种秸秆基吸水保水剂及其制备方法，属于农作物秸秆资源再利用领域。本发明提供的秸秆基吸水保水剂的制备方法，首先将粒径为10～150μm秸秆与尿碱溶液混合进行浸渍，可以使秸秆纤维解纤，分离出木质素和半纤维素，同时也溶胀了部分纤维素，再进行冷冻可以进一步使纤维素充分溶出与溶胀，随后与醚化剂混合发生醚化反应，可使纤维素结合较多的活性官能团，更有利于与后续尿素与甲醛以缩聚反应得到的脲醛树脂发生交联；最后进行养护，可以使脲醛树脂与醚化秸秆纤维素交联更加充分，三维空间网络更加完整，孔道更加丰富，提高了秸秆基吸水保水剂的吸水性和保水性，实现了资源再利用。

Description

一种秸秆基吸水保水剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及农作物秸秆资源再利用领域，尤其涉及一种秸秆基吸水保水剂及其制备方法。
背景技术
我国是农作物秸秆资源及其它种类植物秸秆都非常丰富的国家，每年的产量都十分惊人，秸秆中不仅含纤维素丰富，并且还有价格低和易降解等优点，然而目前仍有大量秸秆被直接焚烧处理或者废弃，这些不当的处理方式不仅造成了资源的浪费，更严重的是造成很大程度的环境污染。秸秆属于可再生资源，选择经过处理后的秸秆作为原料，制备的吸水保水材料具有降解性，应用于干旱和沙漠地区可达到绿色发展的目的。
目前，高吸水性材料一般是按照淀粉系、合成树脂系、纤维素系来划分的。目前应用最广泛的材料就是高吸水性树脂(SAPs)，这是因为它能吸收自身几千倍重的水量，有很好的吸水保水能力，被大量应用在一次性卫生用品、工业、农业、园林、食品和医药用品中。但高吸水性树脂是由丙烯酰胺(Am)和丙烯酸(AA)等参与接枝共聚而成，这些交联剂大多来源于不可再生的石油资源，属于生物不相容和不可降解性材料，会造成对环境的污染。而淀粉系吸水材料的来源比较广泛，价格也比较低廉，是一种天然的多羟基的物质，一般是淀粉接枝丙烯酸盐和丙烯酰胺为主要的手段，但是也有一些不足之处，例如容易腐烂，保水性差。此外，纤维素系吸水材料具有来源丰富、价格低廉、可再生、可微生物降解、安全无毒等特点，但是纤维素原材料的提取及提纯处理也需要一定的能源消耗，且制备过程复杂，中间废料较多，也不利于环保。
因此，亟须提供一种原料易获取、工艺简单、绿色环保的秸秆基吸水保水剂的制备方法，能够实现资源再利用的同时，还能够制备得到秸秆基吸水保水剂，并使其具有高吸水性与高保水性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种秸秆基吸水保水剂及其制备方法，本发明提供的制备方法制备得到的秸秆基吸水保水剂具有高吸水性和高保水性，可以充分保持土壤的水分；同时，本发明提供的制备方法能够对秸秆实现回收与再利用，更具环保意义。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种秸秆基吸水保水剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将秸秆与尿碱溶液混合后，依次进行浸渍和冷冻，得到秸秆纤维素悬浊液；所述秸秆的粒径为10～150μm；所述尿碱溶液包括尿素、氢氧化钠和水；
(2)将所述步骤(1)得到的秸秆纤维素悬浊液与醚化剂混合进行醚化反应，得到醚化秸秆纤维素悬浊液；所述醚化剂的总添加量为所述步骤(1)中的秸秆的质量的1.5～3.5倍；
(3)将所述步骤(2)得到的醚化秸秆纤维素悬浊液与甲醛、发泡剂和催化剂混合进行缩聚反应后，再进行养护，得到秸秆基吸水保水剂。
优选地，所述步骤(1)中的秸秆由秸秆原料经预处理得到。
优选地，所述步骤(1)中的秸秆的质量为尿碱溶液质量的10～15％。
优选地，所述步骤(1)中浸渍的温度为150～180℃，浸渍的时间为40～60min。
优选地，所述步骤(1)中冷冻的温度为-20～-10℃，冷冻的时间为3～5h。
优选地，所述步骤(2)中醚化反应的温度为55～75℃，醚化反应的时间为3～6h。
优选地，所述步骤(3)中的发泡剂为十二烷基硫酸钠和去离子水的混合溶液；所述发泡剂中的十二烷基硫酸钠的添加量为醚化秸秆纤维素悬浊液、甲醛、发泡剂和催化剂的总质量的2～3％。
优选地，所述步骤(3)中的缩聚反应的pH值为5～6。
优选地，所述步骤(3)中养护的温度为55～65℃，养护的时间为20～30h。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的制备方法制备得到的秸秆基吸水保水剂。
本发明提供了一种秸秆基吸水保水剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将秸秆与尿碱溶液混合后，依次进行浸渍和冷冻，得到秸秆纤维素悬浊液；所述秸秆的粒径为10～150μm；所述尿碱溶液包括尿素、氢氧化钠和水；(2)将所述步骤(1)得到的秸秆纤维素悬浊液与醚化剂混合进行醚化反应，得到醚化秸秆纤维素悬浊液；所述醚化剂的总添加量为所述步骤(1)中的秸秆的质量的1.5～3.5倍；(3)将所述步骤(2)得到的醚化秸秆纤维素悬浊液与甲醛、发泡剂和催化剂混合进行缩聚反应后，再进行养护，得到秸秆基吸水保水剂。本发明提供的秸秆基吸水保水剂的制备方法，首先将粒径为10～150μm的秸秆与尿碱溶液混合进行浸渍，可以使小粒径的秸秆纤维解纤，降低纤维的结晶度，从而分离出木质素和半纤维素，同时也溶胀了部分纤维素，再进行冷冻可以进一步使纤维解纤并使纤维素充分溶胀，从而更有利于纤维素与后续醚化剂混合充分发生醚化反应；本发明通过控制醚化反应中醚化剂的添加量，能够使秸秆纤维素充分醚化，从而形成较多的活性官能团，更有利于与后续尿素与甲醛以缩聚反应得到的脲醛树脂发生交联，进而形成具有高吸水性和保水性的秸秆基吸水保水剂；并且，本发明通过对缩聚后的反应产物即含有脲醛树脂的秸秆基吸水保水剂进行养护，可以使脲醛树脂与醚化秸秆纤维素充分交联，使秸秆基吸水保水剂中的三维空间网络更加完整，孔道更加丰富，同时由于发泡剂的添加，进一步提高了秸秆基吸水保水剂的比表面积，从而进一步提高了秸秆基吸水保水剂的吸水性和保水性。
实施例的结果显示，本发明提供的制备方法制备得到的秸秆基吸水保水剂的吸去离子水的倍率为6.35～7.10g/g，吸自来水的倍率为5.10～5.75g/g，吸0.9wt.％NaCl溶液的倍率为3.92～4.55g/g；吸去离子水后的保水时间能够达到18天，吸自来水后的保水时间能够达到16天，吸0.9wt.％NaCl溶液后的保水率能够达到14天。
此外，本发明提供的制备方法，原料易获取，工艺简单，可以对秸秆实现全利用，且制备过程无中间废料生成，更绿色环保，能够实现资源再利用；而且本发明的制备方法制备得到的秸秆基吸水保水剂在保水性失效后会分解成可为土壤和植物提供养分的物质，因此还具有缓释性能，有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1制备方法制备得到的秸秆基吸水保水剂的扫描电镜图；
图2为本发明实施例2制备方法制备得到的秸秆基吸水保水剂的扫描电镜图；
图3为本发明实施例3制备方法制备得到的秸秆基吸水保水剂在比例尺为100μm下的扫描电镜图；
图4为本发明实施例3制备方法制备得到的秸秆基吸水保水剂在比例尺为200μm下的扫描电镜图；
图5为本发明实施例3制备方法制备得到的秸秆基吸水保水剂在比例尺为500μm下的扫描电镜图；
图6为本发明实施例4制备方法制备得到的秸秆基吸水保水剂的扫描电镜图；
图7为本发明实施例5制备方法制备得到的秸秆基吸水保水剂的扫描电镜图；
图8为本发明实施例6制备方法制备得到的秸秆基吸水保水剂的扫描电镜图；
图9为本发明实施例7制备方法制备得到的秸秆基吸水保水剂的扫描电镜图；
图10为本发明实施例7制备方法制备得到的最优秸秆基吸水保水剂进行吸水测试得到的吸水率曲线图；
图11为本发明实施例7制备方法制备得到的最优秸秆基吸水保水剂进行保水测试得到的保水率曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种秸秆基吸水保水剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将秸秆与尿碱溶液混合后，依次进行浸渍和冷冻，得到秸秆纤维素悬浊液；所述秸秆的粒径为10～150μm；所述尿碱溶液包括尿素、氢氧化钠和水；
(2)将所述步骤(1)得到的秸秆纤维素悬浊液与醚化剂混合进行醚化反应，得到醚化秸秆纤维素悬浊液；所述醚化剂的总添加量为所述步骤(1)中的秸秆的质量的1.5～3.5倍；
(3)将所述步骤(2)得到的醚化秸秆纤维素悬浊液与甲醛、发泡剂和催化剂混合进行缩聚反应后，再进行养护，得到秸秆基吸水保水剂。
本发明将秸秆与尿碱溶液混合后，依次进行浸渍和冷冻，得到秸秆纤维素悬浊液。
在本发明中，所述的秸秆优选由秸秆原料经预处理得到。在本发明中，所述预处理优选包括：将秸秆原料依次进行室温洗涤、第一次80℃烘箱烘干、室温去离子水浸泡10h、第二次80℃烘箱烘干、破碎和球磨。在本发明中，所述破碎的设备优选为破壁机；本发明对所述破壁机的操作没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的操作方法能够将秸秆原料破碎即可。在本发明中，所述球磨的转速优选为250～350r/min，更优选为300r/min；所述球磨的时间优选为4～6h，更优选为5h。本发明通过对秸秆原料进行上述预处理，可以使得到的秸秆的尺寸更加细小，在尿碱溶液中进行浸渍时与尿碱溶液的接触面积更大，更有利于纤维解纤并分离出纤维素；同时，秸秆在更细小粒径下可以悬浮于混合液中，从而可以不经过过滤直接制备秸秆基吸水保水剂，制备过程不产生中间废料，资源再利用更加充分，更绿色环保。
在本发明中，所述秸秆的粒径为10～150μm，优选为20～130μm，更优选为50～100μm，最优选为60～80μm。本发明通过将秸秆的粒径控制在上述范围内，更有利于纤维素溶出的同时，保证微小粒径的秸秆粉末能够在悬浊液中稳定悬浮，更有利于与其他组分充分接触，从而形成孔道结构均匀且丰富的秸秆基吸水保水剂，更有利于获得更高的吸水性和保水性，并实现秸秆的全部再利用。
在本发明中，所述秸秆的质量优选为尿碱溶液质量的10～15％，更优选为11～14％，最优选为12～13％。本发明通过将秸秆与尿碱溶液质量比值控制在上述范围内，更有利于秸秆中的纤维解纤和溶出，从而获得较多的纤维素，进而有效提高秸秆基吸水剂保水剂的吸水性和保水性。
在本发明中，所述秸秆优选为玉米秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆、高粱秸秆、向日葵秸秆、花生秸秆、稻谷秸秆、棉花秸秆和草类秸秆中的一种或多种的混合物。本发明通过选用上述种类的秸秆，不仅有利于资源的再利用，还可以保证秸秆中具有更丰富的纤维素。
在本发明中，所述尿碱溶液包括尿素、氢氧化钠和水。在本发明中，所述尿碱溶液中的尿素、氢氧化钠和水的质量比优选为(3～5)：(14～16)：(45～55)，更优选为4:15:50。本发明通过将尿碱溶液中的各组分的质量比限定在上述范围内，更有利于秸秆中的纤维解纤和溶出，从而获得较多的纤维素，进而有效提高秸秆基吸水剂保水剂的吸水性和保水性。
在本发明中，所述尿碱溶液中的水优选为去离子水。
在本发明中，所述浸渍的温度优选为150～180℃，更优选为160～170℃，最优选为165℃；所述浸渍的时间优选为40～60min，更优选为45～55min，最优选为50min。本发明通过将浸渍的温度和时间控制在上述范围内，可以使尿碱溶液将预处理后的秸秆在热力作用下解纤并溶胀纤维素。
在本发明中，所述冷冻的温度优选为-20～-10℃，更优选为-15℃；所述冷冻的时间优选为3～5h，更优选为4h。本发明通过进行冷冻并将其温度和时间控制在上述范围内，可以使秸秆细胞中的水分在冷冻状态下涨破细胞壁，从而更有利于使秸秆中的纤维素更加充分地溶出。
冷冻完成后，本发明优选将所述冷冻的产物进行解冻，得到秸秆纤维素悬浊液。在本发明中，所述解冻的方式优选为自然恢复至室温。
得到秸秆纤维素悬浊液后，本发明将所述秸秆纤维素悬浊液与醚化剂混合进行醚化反应，得到醚化秸秆纤维素悬浊液。
在本发明中，所述醚化剂的总添加量为所述的秸秆的质量的1.5～3.5倍，优选为1.8～3.2倍，更优选为2～3倍，最优选为2.5～2.8倍。本发明通过将醚化剂的添加量控制在上述范围内，更有利于秸秆中的纤维素与醚化剂充分反应，从而使纤维素结合较多的活性官能团，更有利于与后续缩聚反应形成的产物交联成丰富的三维网络结构，获得更大的比表面积，进而吸水性和保水性更强。
在本发明中，所述醚化剂优选为环氧丙烷、一氯乙酸或环氧氯丙烷。
在本发明中，所述醚化反应的温度优选为55～75℃，更优选为60～70℃，最优选为65℃；所述醚化反应的时间优选为3～6h，更优选为4～5h。本发明通过控制醚化反应的温度和时间在上述范围内，更有利于纤维素与醚化剂充分进行醚化反应获得更多的活性官能团。
本发明优选先将部分醚化剂与秸秆纤维素悬浊液室温搅拌混合1～1.5h后升温至55～75℃，进行第一次醚化反应1.5～3h，然后降温至30℃后再加入剩余醚化剂室温搅拌混合1～1.5h后升温至55～75℃，进行第二次醚化反应1.5～3h。在本发明中，所述部分醚化剂的添加量优选为所述的秸秆的质量的1～2.5倍。本发明通过选择上述秸秆纤维素悬浊液与醚化剂混合的操作，更有利于醚化剂与纤维素充分反应。
得到醚化秸秆纤维素悬浊液后，本发明将所述醚化秸秆纤维素悬浊液与甲醛、发泡剂和催化剂混合进行缩聚反应后，再进行养护，得到秸秆基吸水保水剂。
在本发明中，所述甲醛与所述尿碱溶液中的尿素的物质的量之比优选为1.3～1.6，更优选为1.4～1.5。本发明通过控制甲醛与尿碱溶液中的尿素的摩尔比在上述范围内，更有利于甲醛与尿素充分反应成脲醛树脂，不会造成甲醛释放的问题。
在本发明中，所述发泡剂优选为十二烷基硫酸钠和去离子水的混合溶液。在本发明中，所述发泡剂的配制方法优选为将十二烷基硫酸钠和去离子水进行搅拌发泡。本发明对所述搅拌发泡的操作没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的搅拌发泡的操作使发泡剂搅拌至泡沫均匀且细腻即可。
在本发明中，所述发泡剂中的十二烷基硫酸钠的添加量优选为醚化秸秆纤维素悬浊液、甲醛、发泡剂和催化剂的总质量的2～3％，更优选为2.2～2.8％，最优选为2.4～2.5％。本发明通过控制发泡剂的添加量在上述范围内，更有利于提高秸秆基吸水保水剂的比表面积。
在本发明中，所述催化剂优选为磷酸、盐酸或次氯酸。本发明通过选择上述酸性物质的催化剂，能够使缩聚反应体系处于酸性条件中，更有利于缩聚反应的充分进行；同时，通过选择上述酸性种类的催化剂，可以中和尿碱溶液中的氢氧化钠，更有利于秸秆基吸水保水剂用于土壤中，而且上述种类的磷酸催化剂在秸秆基保水剂失效后还可以缓释对土壤有利的物质，更适合农作物吸收，或者盐酸或次氯酸催化剂不会产生对土壤有危害的物质，更有利于环保。
在本发明中，所述缩聚反应的pH值优选为5～6，更优选为5.5。在本发明中，所述pH值的调控方法优选为滴加催化剂。
在本发明中，所述养护的温度优选为55～65℃，更优选为60℃；所述养护的时间优选为20～30h，更优选为24～28h。本发明通过控制养护的温度和时间，更有利于脲醛树脂与醚化秸秆纤维素充分交联，使秸秆基吸水保水剂中的三维空间网络更加完整，孔道更加丰富，从而有效提高秸秆基吸水保水剂的吸水性和保水效果。
在本发明中，所述养护结束后还优选包括烘干；所述烘干的温度优选为70～80℃，更优选为80℃；本发明对烘干的时间没有特殊限定，能够在所述烘干温度下达到干燥状态即可。
本发明提供的制备方法原料易获取，工艺简单，更绿色环保，能够实现资源再利用。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的制备方法制备得到的秸秆基吸水保水剂。
本发明提供的制备方法得到的秸秆基吸水保水剂具有优良的吸水性和保水性，而且在保水性失效后会分解成可为土壤和植物提供养分的物质，因此还具有缓释性能，有良好的应用前景。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种秸秆基吸水保水剂的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将秸秆与尿碱溶液混合后，依次进行浸渍和冷冻，得到秸秆纤维素悬浊液；
其中，秸秆选自玉米秸秆；秸秆由秸秆原料经预处理得到，且预处理过程为：对秸秆原料依次进行室温洗涤、第一次80℃烘箱烘干、室温去离子水浸泡10h、第二次80℃烘箱烘干、破壁机破碎和以300r/min球磨5h，得到粒径为80～120μm的秸秆；
尿碱溶液为尿素、氢氧化钠和水(去离子水)，且尿素、氢氧化钠和水的质量比为4:15:50，秸秆的质量为尿碱溶液质量的10％；
浸渍的温度为160℃，浸渍的时间为50min，冷冻的温度为-20℃，冷冻的时间为4h，随后以自然恢复至室温的方式解冻，得到秸秆纤维素悬浊液。
(2)将所述步骤(1)得到的秸秆纤维素悬浊液与醚化剂混合进行醚化反应，得到醚化秸秆纤维素悬浊液；
其中，醚化剂为环氧丙烷，且醚化剂的总添加量为秸秆的质量的2.55倍；醚化反应的温度为65℃，醚化反应的时间为4h；更具体地，秸秆纤维素悬浊液与醚化剂混合的操作为：先加入秸秆的质量的1.5倍的部分醚化剂与秸秆纤维素悬浊液室温搅拌混合1.5h后升温至65℃，进行第一次醚化反应2h，降温至30℃后再加入剩余醚化剂室温搅拌混合1h后升温至65℃，进行第二次醚化反应2h；(即醚化剂的第一次加入量为秸秆质量的1.5倍，两次总加入量为秸秆质量的2.55倍)。
(3)将所述步骤(2)得到的醚化秸秆纤维素悬浊液与甲醛、发泡剂和催化剂混合进行缩聚反应后，再进行养护，得到秸秆基吸水保水剂；
其中，甲醛与尿碱溶液中的尿素的摩尔比为1.4；
发泡剂为十二烷基硫酸钠和去离子水的混合溶液，且发泡剂的配制方法为将十二烷基硫酸钠和去离子水进行搅拌发泡，发泡剂中的十二烷基硫酸钠的添加量为醚化秸秆纤维素悬浊液、甲醛、发泡剂和催化剂的总质量的2.5％；
催化剂为磷酸，通过滴加磷酸控制缩聚反应的pH值为5.5；
养护的温度为55℃，养护的时间为24h，再放入80℃的烘箱中烘干，得到秸秆基吸水保水剂。
实施例2
将实施例1中秸秆的质量为尿碱溶液质量的10％替换为本实施例的11％。其余技术特征与实施例1相同，制备得到秸秆基吸水保水剂。
实施例3
将实施例1中秸秆的质量为尿碱溶液质量的10％替换为本实施例的12％。其余技术特征与实施例1相同，制备得到秸秆基吸水保水剂。
实施例4
将实施例1中秸秆的质量为尿碱溶液质量的10％替换为本实施例的13％。其余技术特征与实施例1相同，制备得到秸秆基吸水保水剂。
实施例5
将实施例3中醚化剂的总添加量为秸秆的质量的2.55倍替换为本实施例的2.65倍。
实施例6
将实施例3中醚化剂的总添加量为秸秆的质量的2.55倍替换为本实施例的2.75倍。
实施例7
将实施例3中醚化剂的总添加量为秸秆的质量的2.55倍替换为本实施例的2.85倍。
性能检测
将实施例1～7制备得到的秸秆基吸水保水剂进行扫描电镜观察，其中电镜扫描照片如图1～9所示。
根据图1～2可知，实施例1～2制备得到的秸秆基吸水保水剂的结构较密实；根据图3～5可知，秸秆基吸水保水剂随比例尺不断增加，其网状结构均可呈现较均匀的状态，而且孔洞多以及孔的形状大小都较均匀；根据图6可知，秸秆粉量较多时，秸秆基吸水保水剂的结构密实但孔洞较少。可见，在实施例3秸秆与尿碱溶液的添加配比条件下制备得到的秸秆基吸水保水剂的多孔结构最佳。
根据图7可知，实施例5制备得到的秸秆基吸水保水剂的网状结构呈现较均匀的状态；根据图8可知，实施例6制备得到的秸秆基吸水保水剂的结构密实但孔洞较少；根据图9可知，实施例7制备得到的秸秆基吸水保水剂的网状结构可呈现较均匀的状态，而且孔洞多以及孔的形状大小都较均匀。可见，在实施例7的秸秆与醚化剂的添加配比条件下制备得到的秸秆基吸水保水剂的多孔结构最佳。
将实施例1～7制备得到的秸秆基吸水保水剂采用自然过滤法(将一定量的纤维素基吸水材料浸入到足量的水溶液里，待其吸液溶胀饱和后，用滤网将剩余的水过滤称之为自然过滤法)。
进行测试吸水率；其中，吸收的水分选自去离子水、自来水和0.9wt.％NaCl溶液；吸水倍数表示的是吸水量，用符号W表示，单位为g/g，具体计算公式如式(1)所示：
式中，W：吸水倍数，g/g；
Wt：吸液后秸秆基吸水保水剂的质量，g；
Wd：干燥状态秸秆基吸水保水剂的质量，g；
测试结果如表1和图10所示；其中，吸去离子水倍数用W1表示，吸自来水倍数用W2表示，吸0.9wt.％NaCl溶液倍数用W3表示。实施例1～7测试结果如表1所示，且实施例7测试结果如图10所示。
将上述实施例7进行吸水率测试完成后的秸秆基吸水保水剂进行保水率测试。保水能力的测定：将秸秆基吸水保水剂分别放入去离子水、自来水和0.9wt.％NaCl溶液中，使其在室温下达到溶胀饱和。将样品取出，使用100目筛网过滤吸水材料，并放入40℃干燥烘箱中通风干燥不同时间，每隔一段时间记录其样品的质量。以吸水材料不同时间的吸水剩余量与饱和水量之比作为保水率的指标，保水率(WRV)采用式计算，式中，M1表示不同时间吸水材料的吸液剩余量，M2表示饱和吸水材料的吸液量。其中，实施例7测试结果如图11所示。
表1实施例1～7制备得到的秸秆基吸水保水剂进行吸水率试的结果
由表1可知，实施例1～7制备得到的吸水保水剂在40h内吸去离子水的倍率为6.35～7.10g/g，吸自来水的倍率为5.10～5.75g/g，吸0.9wt.％NaCl溶液的倍率为3.92～4.55g/g。
由图10可知，本发明制备得到的秸秆基吸水保水剂吸去离子水的能力最强，其次为吸自来水，且吸0.9wt.％NaCl溶液的能力较差。这是因为秸秆基吸水保水剂的泡沫网状结构中有一定的亲水基团(-OH)，盐水中阳离子(Na+)的电荷屏蔽效应会导致阴离子静电排斥力下降，导致吸水材料的网络与外界溶液之间的渗透压降低，因此吸0.9wt.％NaCl溶液的能力较吸蒸馏水的能力下降。但总的来说，本发明制备得到的秸秆基吸水保水剂的吸水能力较佳。
由图11可知，实施例7制备得到的秸秆基吸水保水剂在吸去离子水后的保水时间能够达到18天，吸自来水后的保水时间能够达到16天，吸0.9wt.％NaCl溶液后的保水率能够达到14天。保水性能是吸水材料在吸足量水之后在一定时间段内能保持水份不大量流失的过程。当水分进入秸秆基吸水保水剂内部时，与亲水基团良好结合，从而限制了水分子的运动，进而使秸秆基吸水保水剂具有一定的保水作用；同时，水分子进入网状结构中会与吸水材料结合形成氢键，从而被固定在高分子链上，对水有一种束缚的能力，不让水份迅速蒸发。因此，通过图11可以看出，本发明制备得到的秸秆基吸水保水剂具有良好的保水性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种秸秆基吸水保水剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将秸秆与尿碱溶液混合后，依次进行浸渍和冷冻，得到秸秆纤维素悬浊液；所述秸秆的粒径为10～150μm；所述尿碱溶液包括尿素、氢氧化钠和水；所述尿碱溶液中的尿素、氢氧化钠和水的质量比为(3～5)：(14～16)：(45～55)；
(2)将所述步骤(1)得到的秸秆纤维素悬浊液与醚化剂混合进行醚化反应，得到醚化秸秆纤维素悬浊液；所述醚化剂的总添加量为所述步骤(1)中的秸秆的质量的1.5～3.5倍；所述醚化剂为环氧丙烷、一氯乙酸或环氧氯丙烷；
(3)将所述步骤(2)得到的醚化秸秆纤维素悬浊液与甲醛、发泡剂和催化剂混合进行缩聚反应后，再进行养护，得到秸秆基吸水保水剂；所述甲醛与所述尿碱溶液中的尿素的物质的量之比为1.3～1.6；
所述步骤(1)中的秸秆由秸秆原料经预处理得到；
所述步骤(1)中的秸秆的质量为尿碱溶液质量的10～15％；
所述步骤(1)中浸渍的温度为150～180℃，浸渍的时间为40～60min；
所述步骤(1)中冷冻的温度为-20～-10℃，冷冻的时间为3～5h；
所述步骤(2)中醚化反应的温度为55～75℃，醚化反应的时间为3～6h；
所述步骤(3)中的发泡剂为十二烷基硫酸钠和去离子水的混合溶液；所述发泡剂中的十二烷基硫酸钠的添加量为醚化秸秆纤维素悬浊液、甲醛、发泡剂和催化剂的总质量的2～3％；所述发泡剂的配制方法为将十二烷基硫酸钠和去离子水进行搅拌发泡；
所述步骤(3)中的缩聚反应的pH值为5～6；所述pH值的调控方法为滴加催化剂；所述催化剂为磷酸、盐酸或次氯酸；
所述步骤(3)中养护的温度为55～65℃，养护的时间为20～30h；所述养护结束后还包括烘干；所述烘干的温度为70～80℃。
2.一种如权利要求1所述的制备方法制备得到的秸秆基吸水保水剂。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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秸秆基吸水材料的研究进展;赵培培等;化工新型材料;第49卷(第8期);42-45 *
纤维素基可降解吸水材料的研究与发展;赵洪凯等;化工新型材料;第47卷(第4期);239-242 *

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