專(zhuān)利名稱(chēng)：一種秸稈基兩性水肥控釋劑及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兩性水肥控釋劑，尤其涉及一種秸稈基兩性水肥控釋劑及其制備方法與應(yīng)用，屬于化學(xué)及環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高吸水性樹(shù)脂，是一種能吸收自重幾百至上千倍的功能高分子材料。在農(nóng)林應(yīng)用 中，高吸水性樹(shù)脂的開(kāi)發(fā)應(yīng)用無(wú)疑是節(jié)水、保水、土壤改良等研究的熱點(diǎn)方向中一條行之有 效的新途徑。研究表明，應(yīng)用少量化學(xué)控制劑進(jìn)行土壤水分、養(yǎng)分的調(diào)控，可以大大提高農(nóng) 田灌溉用水和氮磷肥利用率低、控制氮磷流失。由于高吸水性樹(shù)脂不但具有良好的保水性 能，而且還可以利用其自身的親水性官能團(tuán)吸附養(yǎng)分，抑制養(yǎng)分流失，從而提高肥料的利用 效率，減少對(duì)環(huán)境的污染，因此，可以作為水肥控釋劑用于土壤水分和養(yǎng)分的調(diào)控。就目前 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來(lái)看，現(xiàn)有高吸水樹(shù)脂在高濃度電解質(zhì)下的吸水倍率較低，保水率也不 夠理想，而對(duì)于其在緩釋復(fù)混化肥上的應(yīng)用探討更是寥寥無(wú)幾；并且其成本較高，難以在農(nóng) 業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用，因此亟待開(kāi)發(fā)出對(duì)環(huán)境友好、成本低、耐鹽性能好的高吸水性樹(shù)脂。農(nóng)作物秸稈是自然界中數(shù)量巨大的可再生資源，其來(lái)源廣泛、成本低廉，且纖維素 含量較高，達(dá)40 %左右。我國(guó)每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量達(dá)7億噸之多，但這些資源長(zhǎng)期未得到合 理的開(kāi)發(fā)，除極少量用作制漿、飼料和還田等用途外，其余都被焚燒，這既是對(duì)天然資源的 巨大浪費(fèi)，又造成了環(huán)境的嚴(yán)重污染。利用天然植物秸稈的纖維素制備高吸水性樹(shù)脂，有望 得到可生物降解、成本較低、耐鹽性能較好的產(chǎn)物，同時(shí)，秸稈中的其他成分如木質(zhì)素、半纖 維素等均是有利于培肥土壤的有機(jī)質(zhì)。目前關(guān)于利用麥草秸稈制備吸附劑、離子交換劑等環(huán)保材料的研究越來(lái)越廣泛， 但關(guān)于秸稈纖維素用于制備高吸水性樹(shù)脂類(lèi)水肥控釋材料的研究較少。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以往的產(chǎn)品耐鹽性差，反應(yīng)物和副產(chǎn)物有毒性，環(huán)境友好性差且多為單離子 型等問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種易于制備，二次污染小，具有較好的保水性能，耐鹽性 強(qiáng)，能同時(shí)吸持陰陽(yáng)離子基團(tuán)等特點(diǎn)的環(huán)境友好的新型秸稈基兩性水肥控釋劑及其制備與 應(yīng)用。本發(fā)明所述秸稈基兩性水肥控釋劑，是以農(nóng)作物秸稈、丙烯酸(AA)、丙烯酰胺 (AM)和二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC)為原料，由下述方法制得(1)將農(nóng)作物秸稈剪斷成長(zhǎng)度10士2cm的片段，用自來(lái)水洗滌除去泥土和灰塵，在 105士5°C下烘干；然后將其粉碎，過(guò)100目篩，收集篩得的秸稈粉末，備用；(2)將上述秸稈粉末，以秸稈與氨水質(zhì)量比為1 12士 1的量加入體積比濃度為 10%的氨水，浸泡48士5小時(shí)，然后抽濾，收集浸后的秸稈粉并用水清洗，再收集，烘干；(3)取步驟⑵烘干后的秸稈粉，以秸稈與酸液質(zhì)量比為1 12士 1的量加入濃度 為lmol/L的硝酸溶液，在100士2°C下處理45士5min，然后抽濾，收集處理后的秸稈粉并用水清洗，再收集，烘干；(4)取丙烯酸于燒杯中，以丙烯酸氫氧化鉀溶液為5ml IOml的比例量加入6mol/L氫氧化鉀充分?jǐn)嚢瑁玫街泻投葹?5%的丙烯酸溶液；(5)取步驟(3)制得的秸稈粉于三口圓底燒瓶中，以秸稈粉為1. 00克計(jì)，按如下順 序比例量1克7ml 2. 8ml，加入7ml濃度為10mg/L的過(guò)硫酸鉀溶液和2. 8ml濃度為的 5mg/L硝酸鈰胺溶液，在50士2°C下攪拌反應(yīng)15士2min ；(6)再以秸稈粉為1.00克計(jì)，按如下順序比例量1 克2.3ml 12ml 4.46ml 1. 6ml，向三口瓶中加入2. 3ml濃度為10mg/L的亞硫酸鈉 溶液，再加入12ml步驟(4)制得丙烯酸溶液、4. 46ml質(zhì)量百分比濃度為40%的丙烯酰胺溶 液和1. 6ml質(zhì)量百分比濃度為60%的二甲基二烯丙基氯化銨溶液，在50士2°C下攪拌反應(yīng) 1 士 0. 2h ；(7)再以秸稈粉為1. 00克計(jì)，按1克1. 4ml的比例量向三口瓶中加入1. 4ml濃 度為10mg/L N, N-亞甲基雙丙烯酰胺溶液，在50士2°C下攪拌反應(yīng)4士0. 5h ；(8)將步驟(7)制得產(chǎn)物取出，在70士2°C下真空干燥24士2h，即得秸稈基兩性水 肥控釋劑。其中所述農(nóng)作物秸稈優(yōu)選麥草秸稈。本發(fā)明所述秸稈基兩性水肥控釋劑在農(nóng)業(yè)保水和/或保肥中的應(yīng)用。本發(fā)明的新型秸稈基兩性水肥控釋劑是以麥草秸稈、丙烯酸、丙烯酰胺和二甲基 二烯丙基氯化銨為原料，以過(guò)硫酸鉀、硝酸鈰胺和亞硫酸鈉為復(fù)合引發(fā)劑的條件下制備而 成。實(shí)驗(yàn)證實(shí)本發(fā)明的秸稈基兩性水肥控釋劑具有吸水倍率高，PH值適用范圍寬，鹽離子 濃度調(diào)節(jié)強(qiáng)，有益物質(zhì)存貯長(zhǎng)，且可生物降解、成本較低的特性，極利于水肥控制，在農(nóng)業(yè)保 水和/或保肥中具有廣泛應(yīng)用。同時(shí)本發(fā)明的秸稈基兩性水肥控釋劑還具有原料來(lái)源廣 泛，無(wú)污染、經(jīng)濟(jì)、適用等特點(diǎn)。


圖1本發(fā)明所述控釋劑在不同的振蕩時(shí)間下其吸水倍率的變化曲線(xiàn)。圖2本發(fā)明所述控釋劑的吸水倍率隨PH值的變化關(guān)系曲線(xiàn)。圖3鹽離子濃度對(duì)吸水倍率的影響曲線(xiàn)。圖4去除率隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明保護(hù)內(nèi)容不僅限于此。一、新型秸稈基兩性水肥控釋劑的制備(1)將麥草秸稈剪斷成長(zhǎng)度約IOcm左右的片段，自來(lái)水洗滌除去泥土和灰塵。洗 凈后在自然條件下風(fēng)干或在105°C下烘24h ；將上述麥草秸稈粉碎，過(guò)100目篩，留取秸稈粉 末，備用。(2)取秸稈粉末，以秸稈粉末與氨水質(zhì)量比為1 12的量加入的10% (V/V)的氨 水，浸泡48小時(shí)，將浸泡好的秸稈粉末取出抽濾并用蒸餾水清洗后烘干；(3)取步驟⑵處理后的秸稈粉末，以秸稈粉末與酸液質(zhì)量比為1 12的量加入濃度為lmol/L的硝酸溶液，在100°C下處理45min，取出后用蒸餾水清洗，抽濾，烘干；(4)取5ml丙烯酸于燒杯中，加入IOml氫氧化鉀(6mol/L)充分?jǐn)嚢杌旌系玫街泻?度為85%的丙烯酸溶液；(5)取1. 00克步驟(3)制得的秸稈粉于三口圓底燒瓶中，加入7ml過(guò)硫酸鉀溶液 (10mg/L)和2. 8ml的硝酸鈰胺溶液(5mg/L)，在50°C下攪拌反應(yīng)15min ；
(6)向三口瓶中加入2. 3ml的亞硫酸鈉溶液(10mg/L)，再加入12ml經(jīng)過(guò)中和的丙 烯酸溶液、4. 46ml丙烯酰胺溶液(質(zhì)量分算為40% )和1. 6ml 二甲基二烯丙基氯化銨溶液 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60% )，在50°C下攪拌反應(yīng)Ih ；(7)向三口瓶中加入1. 4mlN，N-亞甲基雙丙烯酰胺溶液(10mg/L)，在50°C下攪拌 反應(yīng)4h ；(8)將步驟(7)制得產(chǎn)物取出，在70°C下真空干燥24h，制備得到新型秸稈基兩性 水肥控釋劑。二、新型秸稈基兩性水肥控釋劑的吸水、吸肥效果試驗(yàn)1在室溫，150r/min的振速下，取50ml蒸餾水，加入一定量的新型秸稈基兩性水肥 控釋劑，使控釋劑的投加量為2g/L，分別在不同的時(shí)間段取出測(cè)其吸水倍率，明確材料的吸 水效果。試驗(yàn)2在室溫，150r/min的振速下，取50ml蒸餾水，調(diào)節(jié)PH值由2_12，加入一定量的新 型秸稈基兩性水肥控釋劑，使控釋劑的投加量為2g/L，振蕩時(shí)間不少于120min.，測(cè)其吸水 倍率，明確材料對(duì)PH值的適用范圍。試驗(yàn)3在室溫，150r/min的振速下，取50ml —系列濃度的氯化鈉溶液，加入一定量的新 型秸稈基兩性水肥控釋劑，使控釋劑的投加量為2g/L，振蕩時(shí)間不少于120min.，測(cè)其吸水 倍率，明確材料的耐鹽性。試驗(yàn)4在室溫，150r/min的振速下，取50ml 50mg/L的氯化銨溶液，加入一定量的新型秸 稈基兩性水肥控釋劑，使控釋劑的投加量為2g/L，在不同的振蕩時(shí)間下，測(cè)其吸水倍率和銨 根離子濃度，并計(jì)算其對(duì)銨根的吸附效果，明確材料的吸肥效果。檢測(cè)方法吸水倍率的計(jì)算公式如下Q(% ) = (M1-M2)/M2其中，MJg)和禮(力分別為在t時(shí)刻時(shí)和初始時(shí)新型秸稈基兩性水肥控釋劑的質(zhì)量。吸附時(shí)間的影響如圖1所示隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，合成控釋劑的吸水倍率成增加趨勢(shì)，在120min以后 趨于平衡。隨著在水中浸泡時(shí)間的增加，以秸稈為骨架的樹(shù)脂網(wǎng)絡(luò)不斷地膨脹吸水。在剛 開(kāi)始浸泡時(shí)吸水倍率增長(zhǎng)速率很快，而后慢慢變緩。最大吸水倍率能達(dá)到230g/g左右。pH的影響
如圖2所示合成控釋劑的吸水倍率在不同的PH值情況下有不同的變化。在pH < 4時(shí)吸水倍率降低，在pH值處于4-7之間時(shí)，吸水倍率正好，在pH > 7時(shí)，吸水倍率略微 降低。但是總體上說(shuō)明在酸性較大的情況下，對(duì)吸水性能的影響最大。因?yàn)楫?dāng)溶液中存在 著大量的H+時(shí)，易于影響樹(shù)脂吸水時(shí)陰離子數(shù)目的增加，從而阻礙因粒子之間因靜電斥力 而導(dǎo)致的樹(shù)脂網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張，而影響吸水性能。此外由圖2還可以看出本合成產(chǎn)品具有較大的 PH值適用范圍，易于農(nóng)業(yè)利用。鹽離子濃度的影響從圖3中可以看出隨著氯化鈉溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，吸水倍率降低。在NaCl%> 0. 45%時(shí)，吸水倍率維持在一個(gè)較低的水平上。隨著水體中鹽離子濃度的增加，水分子通過(guò) 氫鍵與樹(shù)脂親水基團(tuán)的作用減弱。同時(shí)影響樹(shù)脂吸水網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的滲透壓，從而影響吸水性。對(duì)銨根的吸附效果如圖4所示，合成的水肥控釋劑對(duì)水溶液中的銨根離子有很好的吸附效果。隨著 時(shí)間的延長(zhǎng)，去除率不斷變大，并且該吸附是一個(gè)快速的過(guò)程，在150min時(shí)，去除效果達(dá)到 60. 15%。
權(quán)利要求
一種秸稈基兩性水肥控釋劑，是以農(nóng)作物秸稈、丙烯酸、丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化銨為原料，由下述方法制得(1)將農(nóng)作物秸稈剪斷成長(zhǎng)度10±2cm的片段，用自來(lái)水洗滌除去泥土和灰塵，在105±5℃下烘干；然后將其粉碎，過(guò)100目篩，收集篩得的秸稈粉末，備用；(2)將上述秸稈粉末，以秸稈與氨水質(zhì)量比為1∶12±1的量加入體積比濃度為10％的氨水，浸泡48±5小時(shí)，然后抽濾，收集浸后的秸稈粉并用水清洗，再收集，烘干；(3)取步驟(2)烘干后的秸稈粉，以秸稈與酸液質(zhì)量比為1∶12±1的量加入濃度為1mol/L的硝酸溶液，在100±2℃下處理45±5min，然后抽濾，收集處理后的秸稈粉并用水清洗，再收集，烘干；(4)取丙烯酸于燒杯中，以丙烯酸∶氫氧化鉀溶液為5ml∶10ml的比例量加入6mol/L氫氧化鉀充分?jǐn)嚢?，得到中和度?5％的丙烯酸溶液；(5)取步驟(3)制得的秸稈粉于三口圓底燒瓶中，以秸稈粉為1.00克計(jì)，按如下順序比例量1克∶7ml∶2.8ml，加入7ml濃度為10mg/L的過(guò)硫酸鉀溶液和2.8ml濃度為的5mg/L硝酸鈰胺溶液，在50±2℃下攪拌反應(yīng)15±2min；(6)再以秸稈粉為1.00克計(jì)，按如下順序比例量1克∶2.3ml∶12ml∶4.46ml∶1.6ml，向三口瓶中加入2.3ml濃度為10mg/L的亞硫酸鈉溶液，再加入12ml步驟(4)制得丙烯酸溶液、4.46ml質(zhì)量百分比濃度為40％的丙烯酰胺溶液和1.6ml質(zhì)量百分比濃度為60％的二甲基二烯丙基氯化銨溶液，在50±2℃下攪拌反應(yīng)1±0.2h；(7)再以秸稈粉為1.00克計(jì)，按1克∶1.4ml的比例量向三口瓶中加入1.4ml濃度為10mg/L N，N-亞甲基雙丙烯酰胺溶液，在50±2℃下攪拌反應(yīng)4±0.5h；(8)將步驟(7)制得產(chǎn)物取出，在70±2℃下真空干燥24±2h，即得秸稈基兩性水肥控釋劑。
2.如權(quán)利要求1所述的秸稈基兩性水肥控釋劑，其特征在于所述農(nóng)作物秸稈是麥草 秸稈。
3.權(quán)利要求1所述秸稈基兩性水肥控釋劑在農(nóng)業(yè)保水和/或保肥中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種秸稈基兩性水肥控釋劑，是以麥草秸稈、丙烯酸、丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化銨為原料，以過(guò)硫酸鉀、硝酸鈰胺和亞硫酸鈉為復(fù)合引發(fā)劑的條件下制得。本發(fā)明的秸稈基兩性水肥控釋劑具有吸水倍率高，pH值適用范圍寬，鹽離子濃度調(diào)節(jié)強(qiáng)，有益物質(zhì)存貯長(zhǎng)，且可生物降解、成本較低的特性，極利于水肥控制，在農(nóng)業(yè)保水和/或保肥中具有廣泛應(yīng)用。同時(shí)本發(fā)明秸稈基兩性水肥控釋劑的制備方法還具有工藝簡(jiǎn)捷、成本低、經(jīng)濟(jì)適用等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C05G3/00GK101838171SQ20101017850
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者岳欽艷, 李倩, 許醒, 鐘倩倩, 馬作豪, 高寶玉 申請(qǐng)人:山東大學(xué)