CN114752023A - 一种可降解分子筛复合水凝胶的制备及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合水凝胶材料技术领域，具体涉及一种分子筛复合水凝胶、制备方法及其应用。该复合水凝胶以分子筛、聚乙烯醇水溶液、中和的丙烯酸水溶液为起始原料，计量的分子筛、聚乙烯醇水溶液、中和的丙烯酸水溶液加入引发剂过硫酸铵、交联剂N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺，加热进行交联聚合反应制备得到。该复合水凝胶在烟草种植中能保持土壤水分，促进烟苗在干旱胁迫下的生长，提高烟苗SPAD值和光合作用，增强烟苗的抗氧化和抗逆性；促进烟草盆栽生长发育；田间应用试验效果良好能提高烟草品质，协调烟叶常规化学成，提高烟叶感官质量和经济效益；能够吸附水体中的Cu2+，可用作水体铜污染的处理剂。

Description

一种可降解分子筛复合水凝胶的制备及应用
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种可降解分子筛复合水凝胶制备方法及其提升烟草品质及降低水体中铜离子污染的应用。
背景技术
干旱严重影响植物生长和农作物产量。全球干旱、半干旱地区面积约占陆地总面积的36%，我国干旱缺水更为严重，干旱、半干旱地区面积约占国土面积的52.5%。随着全球变暖、气候恶化，干旱发生的周期越来越短，危害程度也越来越大。目前干旱已成为限制作物生产和粮食产量的主要因素，我国粮食安全受到干旱条件的严重威胁。因此，如何增强作物对干旱胁迫的适应性，使其在干旱环境条件下维持较高的产量和品质成为学者关注和研究的热点。由于农业生产等人为因素影响，导致我国部分植烟土壤的质量发生严重退化，主要包括盐碱地、酸性耕地、干旱半干旱耕地。为了烟草生产长期绿色发展，需要对植烟土壤进行改良与修复。增加土壤的保水保肥能力，提高农业水分和养分利用效率，是治理农业土壤的长期工作。
Cu(Ⅱ)对湖泊水生生物的危害高于Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)等重金属离子。其中英国生态水文中心的研究指出Cu(Ⅱ)是对淡水生物危害最大的金属。中国的Cu和Zn年产量高于其他重金属，而且被开采的Cu大部分在国内被加工使用。随着工业的快速发展，矿业开采和废水排放导致水环境中的铜(Cu2+)含量越来越高，为水体环境安全带来极大隐患。
水凝胶作为一类极为亲水的三维网络结构凝胶，它能在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解，已有研究表明水凝胶可以改善土壤质量提高作物产量。但是目前部分学者为了追求吸水树脂高吸水倍率，导致生产成本高，树脂使用后残留物难降解，对环境造成一定程度的污染。而且其耐盐、耐压、重复吸水性能、保水性能和机械强度较差，使其应用受到一定限制。聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol，PVA）是一种水溶性的多羟基有机化合物，PVA水凝胶具有易成形、吸水溶胀率高、可生物降解性等优点，但是单体PVA水凝胶在溶胀状态下弹性差、刚度高等不足限制了PVA的应用；丙烯酸（Acrylic acid，AA）主要用于制备丙烯酸树脂，具有合成工艺简单、价格低廉、吸水倍率高等优点，但是AA类合成树脂保水能力不强、凝胶强度不高、耐盐性差，特别是其保水能力差制约了高吸水树脂的实际应用。4A分子筛具有较大的比表面积、优异的亲水性以及良好的吸附性能，有研究表明4A分子筛可以增加水凝胶的机械强度，但有关分子筛水凝胶的研究较少，在提升烟草品质方面也未见报道，因此有必要对其进行进一步的研究。
发明内容
针对目前的水凝胶存在的缺陷和问题，本发明提供一种分子筛复合水凝胶及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种分子筛水凝胶，包括以下组分：4A分子筛、5%的聚乙烯醇水溶液、中性丙烯酸水溶液、过硫酸铵和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，其中4A分子筛：5%的聚乙烯醇水溶液：中性丙烯酸水溶液的比例=（0.5-1.5）：20：80；过硫酸铵质量为聚乙烯醇水溶液和中性丙烯酸水溶液质量和的0.05-0.07%，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量为聚乙烯醇水溶液和中性丙烯酸水溶液质量和的0.03-0.05%。
上述的分子筛水凝胶，4A分子筛：5%的聚乙烯醇水溶液：中性丙烯酸水溶液=1：20：80，所述过硫酸铵质量为聚乙烯醇水溶液和中性丙烯酸水溶液质量和的0.06%，所述N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量为聚乙烯醇水溶液和中性丙烯酸水溶液质量和的0.04%。
本发明还提供一种4A分子筛水凝胶制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、将4A分子筛粉碎并过100目筛后密封保存备用；
步骤二、将聚乙烯醇加入去离子水中于水浴90-100℃加热下溶解得5%的聚乙烯醇水溶液；
步骤三、按比例分别向烧杯中加入4A分子筛、5%聚乙烯醇溶液和丙烯酸钾溶液，加入过硫酸铵和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀后将烧杯置于可控温式水浴磁力搅拌器中，加入转子，在60-70℃温度条件下以250-350 r·min-1的转速反应5-7 h制得分子筛复合水凝胶。
上述的分子筛水凝胶制备方法，步骤二中将聚乙烯醇加入去离子水中于水浴95℃加热下溶解。
上述的分子筛水凝胶制备方法，中性丙烯酸水溶液的制备方法为用5 mol·L-1氢氧化钾中和至pH为7.5。
上述的分子筛水凝胶制备方法，步骤四中在65℃温度条件下以300 r·min-1的转速反应6 h制得分子筛复合水凝胶。
本发明还提供一种分子筛水凝胶在烟叶种植中的应用。
上述的分子筛水凝胶在烟叶种植中的应用，所述分子筛水凝胶能够缓解烟草干旱胁迫，提高烟草抗氧化能力。
上述的分子筛水凝胶在烟叶种植中的应用，所述分子筛水凝胶能够促进烟草生长，提高叶长、叶宽、株高和茎围，提高烟草根系活力，促进根系发育。
上述的分子筛水凝胶在烟叶种植中的应用，所述分子筛复合水凝胶能够提高提高烟叶质量，增加烟叶中的致香成分含量。
本发明的分子筛复合水凝胶在减少水体Cu2+的污染的应用。
上述的分子筛复合水凝胶在减少水体Cu2+的污染的应用，所述分子筛复合水凝胶在减少水体Cu2+的污染中起到吸附作用。
上述的分子筛复合水凝胶在减少水体Cu2+的污染的应用，所述分子筛复合水凝胶在减少水体Cu2+的污染中，能有效去除Cu2+污染水体中的Cu2+，减少Cu2+对水体的污染。
本发明的有益效果：
（1）本发明的分子筛复合水凝胶具有较好的吸水和保水性能，溶胀度可达为157.8g·g-1，可以有效保持土壤中的水分，降低土壤水分散失速度。
（2）本发明的分子筛复合水凝胶能促进干旱胁迫下烟苗叶片和根系生长，改善烟叶表型，促进了根系的发育，能够提高烟草生物量和相对含水量。
（3）本发明的分子筛复合水凝胶能够提高干旱胁迫下烟草幼苗的光合速率、SPAD值(P<0.05)，提高抗逆性。
（4）本发明的分子筛复合水凝胶处理的烟苗显著提高过氧化物酶POD活性、过氧化氢酶CAT活性和超氧化化物歧化酶SOD活性，降低丙二醛MDA含量，增强烟苗的抗氧化能力，提高抗逆性。
（5）本发明的分子筛复合水凝胶能促进根系发育，提高烟草根系活力。促进烟草生长，提高叶长、叶宽、株高和茎围。
（6）本发明的分子筛复合水凝胶能提高烟草品质，协调烟叶常规化学成分，提高烟叶感官质量得分和经济效益。
（7）本发明的分子筛复合水凝胶能够提高烟叶的香气成分含量，提高上等烟的产量，提高烟叶质量，提高烟叶的经济价值。
（8）本发明的分子筛复合水凝胶能有效吸附水体环境中的铜（Ⅱ）离子，可作为水体铜离子污染的处理剂。
（9）本发明的分子筛复合水凝胶在土壤中可降解，对土壤环境无污染。
附图说明
图1为本发明复合水凝胶成胶后的形态图。
图2为本发明复合水凝胶的FTIR图。
图3为本发明复合水凝胶的SEM图。
图4为本发明复合水凝胶的SEM-EDS图。
图5为本发明复合水凝胶吸水结果。
图6为本发明复合水凝胶的吸水前后形态图。
图7 为本发明复合水凝胶使用前后土壤的含水率变化结果。
图8 为干旱胁迫下各处理的烟株表型。
图9为干旱胁迫下各处理的根系表型。
图10为干旱胁迫下各处理的烟草生物量及含水率结果。
图11为干旱胁迫下各处理的烟草SPAD值结果。
图12为干旱胁迫下各处理的对烟草膜酯过氧化作用的影响结果。
图13为正常生长条件下各处理的烟株表型。
图14为正常生长条件下各处理的根系表型。
图15为正常生长条件下各处理的烟草酶活。
图16为本发明复合水凝胶材料在水中溶胀与吸附Cu2+后的对比图。
图17为Cu2+溶液经本发明复合水凝胶材料吸附后与吸附前的对比图。
图18为一定时间下本发明复合水凝胶材料的降解率结果。
具体实施方式
针对目前的水凝胶应用效果不理想的问题，本发明提供一种分子筛复合水凝胶，该复合水凝胶具有较好的吸水和保水性能，能缓解干旱对烟草的胁迫，促进干旱胁迫下烟草生长发育，促进正常条件下烟草的生长发育，在烟草田间生产中能提高烟叶品质和经济效益。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：本实施例提供的分子筛复合水凝胶，该复合水凝胶包括4A分子筛、5%的聚乙烯醇水溶液、中性丙烯酸水溶液、过硫酸铵和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，其中4A分子筛：5%的聚乙烯醇水溶液：中性丙烯酸水溶液=1：20：80，过硫酸铵质量为聚乙烯醇水溶液和中性丙烯酸水溶液质量和的0.06%，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量为聚乙烯醇水溶液和中性丙烯酸水溶液质量和的0.04%。
制备方法：
步骤一、将4A分子筛粉碎并过100目筛密封保存备用；
步骤二、将1 g聚乙烯醇加入20 mL去离子水中于水浴95℃加热下溶解得5%的聚乙烯醇水溶液；
步骤三、将9 mL丙烯酸加入45 mL去离子水中，用5 mol·L-1氢氧化钾中和至pH为7.5得中性丙烯酸水溶液；
步骤四、称取1g 4A分子筛，按比例加入5%的聚乙烯醇溶液和中性丙烯酸溶液，加入0.06 g过硫酸铵和0.04 g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀后将烧杯置于可控温式水浴磁力搅拌器中，在65℃温度条件下以300 r·min-1的转速反应6 h制得分子筛复合水凝胶（HM），形态如图1所示。
实施例2：本实施例提供的分子筛复合水凝胶，该复合水凝胶包括4A分子筛、5%的聚乙烯醇水溶液、中性丙烯酸水溶液、过硫酸铵和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，其中4A分子筛：聚乙烯醇水溶液：中性丙烯酸水溶液=0.5：20：80，过硫酸铵质量为聚乙烯醇水溶液和中性丙烯酸水溶液质量和的0.06%，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量为聚乙烯醇水溶液和中性丙烯酸水溶液质量和的0.04%。
制备方法：
步骤一、将4A分子筛粉碎并过100目筛密封保存备用；
步骤二、将1 g聚乙烯醇加入20 mL去离子水中于水浴95℃加热下溶解得5%的聚乙烯醇水溶液；
步骤三、将9 mL丙烯酸加入45 mL去离子水中，用5 mol·L-1氢氧化钾中和至pH为7.5得中性丙烯酸水溶液；
步骤四、称取0.5 g 4A分子筛，按照比例加入5%的聚乙烯醇溶液和中性丙烯酸溶液，加入0.06 g过硫酸铵和0.04 g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀后将烧杯置于可控温式水浴磁力搅拌器中，在65℃温度条件下以300 r·min-1的转速反应6 h制得分子筛复合水凝胶。
实施例3：本实施例提供的分子筛复合水凝胶，该复合水凝胶包括4A分子筛、5%的聚乙烯醇水溶液、中性丙烯酸水溶液、过硫酸铵和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，其中4A分子筛：聚乙烯醇水溶液：中性丙烯酸水溶液=1.5：20：80，过硫酸铵质量为聚乙烯醇水溶液和中性丙烯酸水溶液质量和的0.06%，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量为聚乙烯醇水溶液和中性丙烯酸水溶液质量和的0.04%。
制备方法：
步骤一、4A分子筛粉碎并过100目筛密封保存备用；
步骤二、将1 g聚乙烯醇加入20 mL去离子水中于水浴95℃加热下溶解得5%的聚乙烯醇水溶液；
步骤三、将9 mL丙烯酸加入45 mL去离子水中，用5 mol·L-1氢氧化钾中和至pH为7.5得中性丙烯酸水溶液；
步骤四、称取1.5 g 4A分子筛，按比例分别加入5%的聚乙烯醇溶液和中性丙烯酸溶液，加入0.06 g过硫酸铵和0.04 g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀后将烧杯置于可控温式水浴磁力搅拌器中，在65℃温度条件下以300 r·min-1的转速反应6 h制得分子筛复合水凝胶。
实施例4：本实施例提供的分子筛复合水凝胶，该复合水凝胶包括4A分子筛、5%的聚乙烯醇水溶液、中性丙烯酸水溶液、过硫酸铵和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，其中4A分子筛：5%的聚乙烯醇水溶液：中性丙烯酸水溶液=1：20：80，过硫酸铵质量为聚乙烯醇水溶液和中性丙烯酸水溶液质量和的0.05%，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量为聚乙烯醇水溶液和中性丙烯酸水溶液质量和的0.03%。
制备方法：
步骤一、将4A分子筛粉碎并过100目筛密封保存备用；
步骤二、将1 g聚乙烯醇加入20 mL去离子水中于水浴95℃加热下溶解得5%的聚乙烯醇水溶液；
步骤三、将9 mL丙烯酸加入45 mL去离子水中，用5 mol·L-1氢氧化钾中和至pH为7.5得中性丙烯酸水溶液；
步骤四、称取1g 4A分子筛，按比例分别加入5%的聚乙烯醇溶液和中性丙烯酸溶液，加入0.05 g过硫酸铵和0.03 g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀后将烧杯置于可控温式水浴磁力搅拌器中，在70℃温度条件下以350 r·min-1的转速反应5 h制得分子筛复合水凝胶。
实施例5：本实施例提供的分子筛复合水凝胶，该复合水凝胶包括4A分子筛、5%的聚乙烯醇水溶液、中性丙烯酸水溶液、过硫酸铵和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，其中4A分子筛：5%的聚乙烯醇水溶液：中性丙烯酸水溶液=1：20：80，过硫酸铵质量为聚乙烯醇水溶液和中性丙烯酸水溶液质量和的0.07%，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量为聚乙烯醇水溶液和中性丙烯酸水溶液质量和的0.05%。
制备方法：
步骤一、将4A分子筛粉碎并过100目筛密封保存备用；
步骤二、将1 g聚乙烯醇加入20 mL去离子水中于水浴95℃加热下溶解得5%的聚乙烯醇水溶液；
步骤三、将9 mL丙烯酸加入45 mL去离子水中，用5 mol·L-1氢氧化钾中和至pH为7.5得中性丙烯酸水溶液；
步骤四、称取1 g 4A分子筛，按比例分别加入5%的聚乙烯醇溶液和中性丙烯酸溶液，加入0.07 g过硫酸铵和0.05 g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀后将烧杯置于可控温式水浴磁力搅拌器中，在60℃温度条件下以250 r·min-1的转速反应5 h制得分子筛复合水凝胶。
试验例1：结构表征
（1）红外光谱分析
将实施例1制备的分子筛复合水凝胶干燥后作为材料样品与溴化钾粉末混合均匀进行压片，置于iS10型红外光谱仪上进行扫描，扫描波数范围4000-500 cm-1，结果见图2。图中曲线M、PVA、AA、HM分别为4A分子筛M、PVA、AA、聚乙烯醇/丙烯酸/分子筛水凝胶HM在波长为4000~500 cm−1范围内的FT-IR曲线。在曲线HM中，M的1006 cm-1处的Si-O伸缩振动特征峰消失，AA的1705 cm-1处的C=O伸缩振动特征峰消失，3430 cm-1，2923 cm-1，1618 cm-1处的峰形及强度皆不同于单体M、PVA和AA，证明了HM水凝胶的形成。
（2）扫描电镜和元素分析
将实施例1制备的复合水凝胶冷冻干燥后进行喷金处理，置于S-4800型扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM，日本日立公司生产）进行微观样貌观察，结果见图3，利用X射线能谱仪分析元素成分，结果见图4和表1。
从图3和图4可以看出HM具有复杂的孔洞结构，这种大孔网状结构有利于储水、保水以及提高水凝胶的吸附能力。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
从表1中可以看出HM中成功引入硅、铝元素，说明4A分子筛参与共聚反应形成了新型凝胶材料。
试验例2：吸水和保水效果
（1）吸水实验
分别称取0.30 g烘干的HM材料在蒸馏水中浸泡，隔一段时间取出水凝胶用滤纸擦干表面水分并称重，利用公式SC=(We-W0)/W0测试其吸水性能，式中：SC为溶胀度（g·g-1）；W0为干凝胶质量（g）；We为溶胀平衡时凝胶质量（g）。吸水结果如图5所示，随着时间的推移，水凝胶HM溶胀度先呈现逐渐增大的趋势后趋于稳定。
图6为本发明复合水凝胶材料吸水溶胀前后的照片，通过前后凝胶情况可以看出本发明制备的复合水凝胶具有良好的吸水性能，由公式计算可得溶胀度为157.8 g·g-1。
（2）保水实验
分别称取2 g烘干过60目HM材料与200 g风干土混合均匀，以不加水凝胶材料为空白对照CK，添加水量一致，在室温下放置，隔一段时间称重一次，利用公式W=(Me-M0)/M0，计算不同时间段土壤的含水率，来验证保水效果，其中，W为土壤含水率（%）；Me为吸水平衡后土壤质量（g），M0为干土质量（g），使用前后土壤的含水率变化结果如图7所示。
从图7可以看出，添加复合水凝胶材料HM的土壤含水率在放置不同的时间后均高于对照组土壤含水率，说明HM复合水凝胶材料具有较强的保水性能，可有效保持土壤中水分，降低水分散失速度。
试验例3：缓解烟草盆栽干旱试验
盆栽试验，每盆加入1 kg过40目筛的干土，T1不添加材料，T2添加商用丙烯酸盐型保水剂，T3添加HM。移栽前将干土和烘干材料质量比1000：3混合均匀，选取长势一致30日龄的烟苗进行移栽，每个处理10株，还苗一周充分浇水后自然干旱处理，探究复合材料对干旱胁迫下烟草幼苗的生理特性生长发育影响。
（1）于干旱后10天对烟苗进行拍照，观察其长势，结果如图8所示；用日本EPSONV800根系扫描仪扫描烟草根系，利用根系分析系统WinRHIZO对烟草幼苗根系进行分析。测量烟苗的总根长、总根表面积、根体积和平均根直径，扫描如图9所示，结果表2。
Figure 614117DEST_PATH_IMAGE002
由表2可以看出，复合水凝胶材料HM促进了根系的发育，与对照相比显著增加了干旱胁迫下的总根长、总根表面积、根体积和平均根直径，分别提高92.46%、108.56%、218.68%和124.62%。说明本发明复合水凝胶可以有效缓解干旱对烟苗的胁迫效应，促进根系生长发育。
（2）烟草生物量及含水率测定
烟草生物量测定方法：对烟草植株进行地上部和地下部采样，用分析天平称重，记录样品鲜重。
将新鲜烟草地上部和地下部于105℃烘箱中杀青30 min，然后65℃烘干至恒重，用分析天平称重，记录样品干重。结果如图10所示。
由图10可知，与对照相比，添加材料的处理均显著(P<0.05)增加了干旱胁迫下烟草的鲜重和干重，其中T3处理的改善作用最大，T3处理与对照相比处理的地上部鲜重增加了71.34%，干重增加了39.68%，地上部相对含水率提高了4.33个百分点，根系鲜重增加了190.74%，干重增加了107.14%，根系对含水率提高了5.46个百分点。
（3）烟草光合作用指数及SPAD值测定
选用各处理的第三片烟草真叶为材料。用日本柯尼卡美能达(Konica Minolta)SPAD 502 PLUS便携式叶绿素仪测定烟草的SPAD值。采用LI-6400型便携式光合作用分析仪（美国Li-COR公司生产）测定了净光合速率（Pn）、胞间二氧化碳浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）和气孔导度（Gs），测量时间为上午9点至11点，确保测定时间为晴天，光照充足。固定光合仪测量体系的光强和CO2浓度分别为1000 µmol m-2·s-1和400 cm3·m3。
Figure DEST_PATH_IMAGE003
由表3可以看出T3处理的净光合速率（Pn）、胞间二氧化碳浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）和气孔导度（Gs）均显著（P<0.05）高于其它处理组，与T1相比T3处理的净光合速率（Pn）、胞间二氧化碳浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）和气孔导度（Gs）分别提高了75.40%、10.66%、39.52%、83.33%，说明HM明显改善了干旱胁迫对烟草幼的光合作用。
由图11可以看出T3处理的SPAD值显著（P<0.05）高于其它处理，与T1相比T3处理的SPAD值提高了18.61%。说明HM明显改善了干旱胁迫对烟草幼苗叶绿素的影响。干旱胁迫会导致导致光合作用指数和光合色素含量下降，而HM的施用则缓解了这些现象。
（4）烟草膜酯过氧化作用的影响
以每处理的第3片真叶为材料。根据制造商的说明，使用特定的检测试剂盒(北京Solarbio，北京，中国)检测超氧化物歧化酶(SOD) 过氧化物酶(POD) 、过氧化氢酶(CAT)的活性以及丙二醛（MDA）含量。
由图12可以看出与对照T1相比，T3处理显著(P<0.05)提高了烟草幼苗的SOD活性，POD活性和CAT活性，显著(P<0.05) 降低了烟草幼苗的MDA含量。烟草幼苗的SOD活性，POD活性和CAT活性分别提高了49.57%、128.98%和137.42%(P<0.0 5)，MDA的含量降低了67.55%。HM可以提高干旱胁迫下叶片抗氧化酶活性，提高烟草幼苗抗逆性。
试验例4：促进盆栽烟草生长试验
盆栽试验，每盆加入1 kg过40目筛干土，T1不添加材料，T2添加商用丙烯酸盐型保水剂，T3添加HM。移栽前将干土和烘干材料质量比1000：3混合均匀，选取长势一致30日龄的烟苗进行移栽，每个处理10株，每5天浇水一次每株用量一致，探究复合材料对烟草正常生长发育的影响，于30天后拍照取样检测。
（1）烟草根系发育和烟株生长发育
选取每个处理长势一致的代表性烟株拍照，根系从土中小心取出用水清洗掉表面土壤进行拍照。由图13烟株表型可以看出HM处理的烟株长势明显比对照和商用保水剂处理好，由图14的根系照片可以看出HM处理的烟株根系长势明显好于对照和商用保水剂处理。说明HM可以促进正常生长条件下烟草根系发育和烟株生长。
（2）选取新鲜的组织叶片按照北京索莱宝科技有限公司生产的相应酶活试剂盒检测烟草硝酸还原酶（NR）活性和中性转化酶（NI）。如图15所示，与T1相比，T3处理的烟草NR和NI活性显著（P<0.05）提高了23.69%和41.10%。说明HM可以促进正常生长条件下烟草碳氮代谢。
试验例5：烟草田间生产应用
烟草田间生产应用，试验于2021年3月~8月在江西省吉安市峡江县砚溪镇砚溪村进行。设置3个处理，T1为常规施肥；T2为常规施肥+45 kg/hm2商用保水剂（钾盐型）；T3为常规施肥+45 kg/hm2自制分子筛凝胶，材料均与基肥混合施用。试验采用完全随机区组设计，3次重复，每个小区面积66.67 m2。各处理小区基肥施用方式均为起垄后条施，追肥用量一致。
烤后样选取具有代表性的C3F等级样品进行常规化学成分检测和感官质量评价。
（1）化学成分检测
总糖和还原糖采用烟草行业标准 YC/T 159—2002《烟草及烟草制品 水溶性糖的测定 连续流动法》测定；
烟碱采用 YC/T 468—2013《烟草及烟草制品 总植物碱的测定 连续流动法》测定；
氯采用 YC/T 162—2011《烟草及烟草制品 氯的测定 连续流动法》测定；
钾采用 YC/T 173—2003《烟草及烟草制品 钾的测定 连续流动法》测定；
总氮采用YC/T 161-2002《烟草及烟草制品 总氮的测定 连续流动法》测定；
Figure 859153DEST_PATH_IMAGE004
由表4结果可知，对照T1的总糖、还原糖较优质烟叶范围（18%～24%，16%～22%）偏高，T3处理总糖、还原糖含量较对照T1显著降低，分别降低16.11%、12.33%。烟碱和总氮含量是烤烟内在质量和感官质量的主要影响因子，随着烟碱和总氮含量的提高烟叶的香气增加，但含量过高时烟叶刺激性增强。烤烟的钾和氯含量是影响烟叶制品燃烧性及吸湿性的重要指标。在本试验中，自制分子筛水凝胶和商用保水剂均处理的烟碱、钾、总氮、均在烤烟适宜范围之内（烟碱2.0%～3.0%；钾＞2%；总氮1.4%～2.2%），施加分子筛复合凝胶较对照显著提高了烤烟烟碱、钾、总氮、含量，使烤后烟钾氯比、糖碱比、氮碱比处于优质烟叶范围（钾氯比＞4%；糖碱比8～12；氮碱比0.8～0.9），使化学成分协调。
（2）香气成分分析
香气成分的提取采用同时蒸馏萃取法，萃取剂使用二氯甲烷。
装置偏高的一端接盛有20.00 g干燥过筛的烟末及600 mL水的1000 mL平底烧瓶，加2 g柠檬酸（除烟碱），使用电热套加热；装置的另一端接盛有40.0 mL二氯甲烷的250 mL烧瓶，并加入内标溶液1mL (0.1895 µg·m L-1乙酸苯乙酯)，该端在水浴上加热，水浴温度为60℃。从两相(有机相和水相)液面分层开始计时，同时蒸馏萃取进行2.5 h。蒸馏萃取完成后，于萃取后的二氯甲烷溶液中加入约10 g无水硫酸钠干燥至少6 h，将上清液转入浓缩瓶中于旋转蒸发仪(水浴温度48度，不超过50度)浓缩至约1.0 mL，转入色谱瓶中，待测。分析仪器为：Agilent7890B/5977A（美国安捷伦公司生产）。
色谱条件：色谱柱型号HP-5MS，30 m ×0.25 mm×0.25 µm；升温程序：初温50℃，恒温2 min后以5℃/min升至280℃，保持10 min；进样口温度：250℃；载气为He，分流比20：1；传输线温度250℃；进样量2.0 µL。
质谱条件：EI离子源，电子能量70 eV；离子源温度250℃；四级杆温度150℃；溶剂延迟3.5 min；扫描范围30～550 m/z；通过NIST14标准谱库检索；结果见表5。
Figure DEST_PATH_IMAGE005
从表5可以看出，添加分子筛水凝胶的处理中性致香物质总量较对照提高31.98%，而商用保水剂值提高16.06%，可见自制分子筛水凝胶对于提高烟草香气成分效果显著。与对照相比苯丙氨酸类降解产物提高了35.79%，其中苯乙醇含量提高明显与对照提高了55.47%；棕色化反应产物提高了2.51%，其中3,4-二甲基-2,5-呋喃含量提高明显与对照提高了13.33%；类胡萝卜素类提高了4.70%，其中巨豆三烯酮4含量提高明显与对照提高了37.86%；新植二烯提高了36.21%。
（3）感官评价
根据全国《烟叶质量风格特色感官评价方法》对样品进行感官评价，结果见表6.
Figure 202672DEST_PATH_IMAGE006
由表6可知，C3F等级烤烟质量特征综合得分顺序依次是T3>T2>T1，与T1相比，T3和T2的香气质、香气量、杂气刺激性、余味得分均有所提高，T3处理香气质、余味均最优。
（4）烟叶质量
以小区为单位单独采收烘烤计产，统计烟叶产量、产值、上等烟比例、上中等烟比例、均价，结果见表7。
Figure DEST_PATH_IMAGE007
由表7可知，T3处理的产值、上等烟比例、均价均达到最高，且T3处理的产值和上等烟比例较对照存在显著差异性。T3产值较对照T1分别高出8587.55元/hm2，上等烟比例分别高出18.41%，上中等烟比例分别高出5.26%，产量分别高出185.49 kg/hm2，均价分别高出1.49元/kg。结果表明，施加分子筛自制凝胶较对照增加了烤烟经济效益。
试验例6：水体中Cu2+的吸附效果
将0.05 g烘干过60目的复合水凝胶材料充分浸没于100mL用分析纯的硫酸铜配制好的浓度为200 mg/L的Cu2+溶液中，在振荡器上振荡24 h达到吸附平衡，采用美国瓦里安ICP-OES型电感耦合等离子原子发射光谱仪测定吸附后溶液中Cu2+的浓度，利用公式Q=[(C0- C e )·V]/m计算该复合材料对重金属铜的吸附量，式中，Q为复合水凝胶材料对重金属铜的吸附量（mg·g-1）；C0为Cu2+的初始浓度（mg·L-1）；C e 为吸附平衡时Cu2+的浓度（mg·L-1）；m为干凝胶的质量（g）。
经ICP检测可知，吸附平衡后溶液中Cu2+的浓度为7.01 mg·L-1，计算可得复合水凝胶材料PVA/AA/M对Cu2+的吸附量为385.98 mg·g-1。
由图16和图17可以看出新型复合水凝胶材料PVA/AA/M可有效去除水体中的Cu2+，可作为修复水体Cu2+污染的材料。
试验例7：降解率的测定
称取HM复合水凝胶放入纱布包裹封口埋入10-15cm土层，浇水保持土壤含水率在20-30%，每隔1个月后取出烘干称重、计算降解率。
如图18所示HM 复合水凝胶30、60、90、120天的降解率分别为8.21%、18.11%、31.67%、43.54%，说明HM复合水凝胶可在土壤环境中有效的降解，对土壤环境无污染。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围内所做的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分子筛水凝胶，其特征在于，包括以下组分：4A分子筛、5%的聚乙烯醇水溶液、中性丙烯酸水溶液、过硫酸铵和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，其中4A分子筛：5%的聚乙烯醇水溶液：中性丙烯酸水溶液的比例=（0.5-1.5）：20：80；过硫酸铵质量为聚乙烯醇水溶液和中性丙烯酸水溶液质量和的0.05-0.07%，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量为聚乙烯醇水溶液和中性丙烯酸水溶液质量和的0.03-0.05%。
2.根据权利要求1所述的分子筛水凝胶，其特征在于，4A分子筛：5%的聚乙烯醇水溶液：中性丙烯酸水溶液=1：20：80，所述过硫酸铵质量为聚乙烯醇水溶液和中性丙烯酸水溶液质量和的0.06%，所述N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量为聚乙烯醇水溶液和中性丙烯酸水溶液质量和的0.04%。
3.一种如权利要求1或2任一项所述的分子筛水凝胶制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将4A分子筛粉碎并过100目筛后密封保存备用；
步骤二、将聚乙烯醇加入去离子水中于水浴90-100℃加热下溶解得5%的聚乙烯醇水溶液；
步骤三、按比例分别向烧杯中加入4A分子筛、5%聚乙烯醇溶液和丙烯酸钾溶液，加入过硫酸铵和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀后将烧杯置于可控温式水浴磁力搅拌器中，加入转子，在60-70℃温度条件下以250-350r·min-1的转速反应5-7h制得分子筛复合水凝胶。
4.根据权利要求3所述的分子筛水凝胶制备方法，其特征在于：步骤二中将聚乙烯醇加入去离子水中于水浴95℃加热下溶解。
5.根据权利要求3所述的分子筛水凝胶制备方法，其特征在于：步骤四中在65℃温度条件下以300r·min-1的转速反应6h制得分子筛复合水凝胶。
6.一种如权利要求1或2所述的分子筛水凝胶在烟叶种植中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述分子筛水凝胶能够缓解烟草干旱胁迫，提高烟草抗氧化能力。
8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述分子筛水凝胶能够促进烟草生长，提高叶长、叶宽、株高和茎围，提高烟草根系活力，促进根系发育。
9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述分子筛复合水凝胶能够提高提高烟叶质量，增加烟叶中的致香成分含量。
10.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述分子筛复合水凝胶在减少水体Cu2+的污染中起到吸附作用，能有效去除Cu2+污染水体中的Cu2+，减少Cu2+对水体的污染。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3951859A (en) * 1972-12-30 1976-04-20 Toyo Jozo Co., Ltd. Molecular sieving particle and preparation thereof
JPH10338586A (ja) * 1997-06-09 1998-12-22 Gun Ei Chem Ind Co Ltd 作物栄養補助剤及び該作物栄養補助剤を用いた作物栽培方法
CN1733815A (zh) * 2005-04-28 2006-02-15 华南师范大学 高强度吸水材料的制备方法
CN107022164A (zh) * 2017-03-24 2017-08-08 李军 一种凹凸棒土增强的抗盐型高吸水树脂膜及其制备方法
CN107417396A (zh) * 2017-08-01 2017-12-01 三峡大学 一种多功能绿化用种植层添加剂及其制备方法
CN108752130A (zh) * 2018-06-19 2018-11-06 江苏东珠景观股份有限公司 一种用于边坡绿化生态修复的植生土保水剂及制备方法
US20210024379A1 (en) * 2019-07-23 2021-01-28 Farid Mirhoseini Polymer nanocomposite based composition and method for controlling water hardness
CN113372577A (zh) * 2021-06-01 2021-09-10 河南农业大学 一种改性生物炭复合水凝胶、制备方法及其应用

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3951859A (en) * 1972-12-30 1976-04-20 Toyo Jozo Co., Ltd. Molecular sieving particle and preparation thereof
JPH10338586A (ja) * 1997-06-09 1998-12-22 Gun Ei Chem Ind Co Ltd 作物栄養補助剤及び該作物栄養補助剤を用いた作物栽培方法
CN1733815A (zh) * 2005-04-28 2006-02-15 华南师范大学 高强度吸水材料的制备方法
CN107022164A (zh) * 2017-03-24 2017-08-08 李军 一种凹凸棒土增强的抗盐型高吸水树脂膜及其制备方法
CN107417396A (zh) * 2017-08-01 2017-12-01 三峡大学 一种多功能绿化用种植层添加剂及其制备方法
CN108752130A (zh) * 2018-06-19 2018-11-06 江苏东珠景观股份有限公司 一种用于边坡绿化生态修复的植生土保水剂及制备方法
US20210024379A1 (en) * 2019-07-23 2021-01-28 Farid Mirhoseini Polymer nanocomposite based composition and method for controlling water hardness
CN113372577A (zh) * 2021-06-01 2021-09-10 河南农业大学 一种改性生物炭复合水凝胶、制备方法及其应用

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MINGYUE ZHANG等: "High and fast adsorption of Cd(II) and Pb(II) ions from aqueous solutions by a waste biomass based hydrogel", 《SCIENTIFIC REPORTS》 *
SANTI KHOONSAP等: "Mixed Matrix Membranes from crosslinked Poly(vinyl alcohol)(PVA) composited with zeolite 4A grafted with Poly(2-hydroxyethylmethacrylate)(zeolite-g-PHEMA)", 《ADVANCED MATERIALS RESEARCH》 *
杜甫等: "新型复合水凝胶AM/HAK的制备及其对烟草生长发育的影响", 《中国烟草学报》 *

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