專(zhuān)利名稱(chēng)：利用水生植物接枝共聚制備農(nóng)林保水劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用可再生資源制備易生物降解吸水樹(shù)脂的方法，尤其涉及一種采用水生植物通過(guò)接枝、交聯(lián)共聚法制備農(nóng)林保水劑的方法。
背景技術(shù)：
水葫蘆、水花生以及菹草等水生植物繁殖速度極快，控制不好，易泛濫成災(zāi)，阻斷航道，使水體發(fā)臭，破壞水生生態(tài)環(huán)境和飲用水資源，因此急需資源化利用，變廢為寶。另一方面，正是由于這些水生植物生長(zhǎng)迅速，對(duì)氮、磷的吸收量為一般濕地植物的數(shù)倍甚至十多倍，因此，以水生植物為主的水體修復(fù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，因其具有投資和維護(hù)成本低、能有效地凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體，有利于重建和恢復(fù)水生生態(tài)系統(tǒng)，美化水體景觀等優(yōu)勢(shì)，在很長(zhǎng)一段時(shí)間里將會(huì)廣泛地推廣應(yīng)用，由此生產(chǎn)的大量水生植物也需要有效地加以利用，否則植物所吸收的污染物和營(yíng)養(yǎng)鹽又重新釋放回到水體，引起嚴(yán)重的二次污染。高分子吸水樹(shù)脂又稱(chēng)為超級(jí)吸水劑(Super Absorbent Polymer,簡(jiǎn)稱(chēng)SAP),是一種含強(qiáng)親水性基團(tuán)、并經(jīng)過(guò)適度交聯(lián)的功能高分子材料，能在短時(shí)間內(nèi)吸收其自身質(zhì)量幾百倍甚至幾千倍的水并具有良好的保水性能。近年來(lái)，在農(nóng)業(yè)、林業(yè)和園藝方面采用吸水齊U，稱(chēng)為農(nóng)林保水劑，用來(lái)抗旱保苗、改良土壤、防風(fēng)固沙、水土保持和植被護(hù)坡。農(nóng)林保水劑主要有合成吸水劑、淀粉基吸水劑和纖維素基吸水劑。其中，合成吸水劑吸水和保水性能好，但在環(huán)境中不易降解。淀粉保水劑吸水率可達(dá)到800 1000倍，但是其凝膠強(qiáng)度和耐鹽堿性差，使用壽命短，如果廣泛使用，還會(huì)影響糧食供給。纖維素基吸水劑的吸水能力不如淀粉基吸水劑，但其抗霉和耐鹽能力較強(qiáng)，吸水后凝膠強(qiáng)度大，使用壽命長(zhǎng)。由于水花生、水葫蘆、菹草等水生植物面廣量大、價(jià)格低廉、生物降解性能好,如果利用這些水生植物制備農(nóng)林保水劑，可以實(shí)現(xiàn)變廢為寶，具有較好的市場(chǎng)前景。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
針對(duì)現(xiàn)有農(nóng)林保水劑降解性、凝膠強(qiáng)度、耐鹽堿性等缺陷，以及水花生、水葫蘆、菹草等水生植物面廣量大、價(jià)格低廉、生物降解性能好，本發(fā)明提供了利用水生植物接枝共聚制備農(nóng)林保水劑的方法，利用水生植物，通過(guò)接枝、交聯(lián)共聚反應(yīng)制備農(nóng)林保水劑的新方法，簡(jiǎn)化操作，提高植物利用率，避免污水產(chǎn)生和排放。技術(shù)方案
利用水生植物接枝共聚制備農(nóng)林保水劑的方法，其步驟為
(1)將打撈起來(lái)的水生植物用自來(lái)水洗凈，再用蒸餾水浸泡后甩干，烘干后用高速粉碎機(jī)粉碎成植物干粉，過(guò)40目篩備用，或用搗漿機(jī)搗成漿液備用；
(2)在植物漿液或干粉中，加入蒸餾水或氫氧化鈉溶液，攪拌加熱到80-90° C，持續(xù)保溫80-90 ° C，攪拌30分鐘進(jìn)行糊化或者堿化和糊化；
(3)當(dāng)步驟(2)中糊化液溫度冷卻到60-65° C時(shí)，加入I. 25-10倍植物干物質(zhì)重量的含有0. 15-0. 58%交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺的丙烯酸，滴加過(guò)程中溫度控制在60-70°C，滴加完成后升溫至78-84°C，攪拌，通過(guò)蒸發(fā)，控制水與植物干物質(zhì)質(zhì)量比在2-3之間，溫度達(dá)到65 ° C時(shí)，加入溶解了引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀的氫氧化鈉溶液或者引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀也可在糊化結(jié)束后加入,繼續(xù)攪拌反應(yīng)體系成膠質(zhì)；
(4)當(dāng)步驟(3)中反應(yīng)體系溫度不再上升，再次加入氫氧化鈉溶液，使產(chǎn)品的中和度達(dá)到50%，在70 ° C下保溫I小時(shí)后，靜置過(guò)夜； (5)將步驟(4)制備的膠質(zhì)保水劑在70° C真空干燥，干燥后粉碎并過(guò)篩，得到農(nóng)林保水劑。步驟(I)中水生植物取之于廣泛生長(zhǎng)在自然水體和富營(yíng)養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)工程中的水花生、水葫蘆和菹草中的任何一種，可取水生植物的葉、莖或整個(gè)植株。步驟(2)中稱(chēng)取水生植物干粉，按質(zhì)量百分比計(jì)，加入最多50倍量的蒸餾水；采用水生植物漿液，則加入植物漿液量I. 5倍的蒸餾水。步驟(2)、(3)或(4)反應(yīng)體系中加入質(zhì)量百分比濃度為25%氫氧化鈉溶液與丙烯酸的質(zhì)量比為I :1，氫氧化鈉溶液可在接枝共聚反應(yīng)結(jié)束后一次加入，或者分兩部分先后加入反應(yīng)體系中，四分之三部分在步驟(2)中加入，四分之一部分在步驟(3)中加入反應(yīng)體系。步驟(2)、(3)或(4)中氫氧化鈉溶液的氫氧化鈉質(zhì)量百分比濃度為25%。有益效果
本發(fā)明利用水生植物接枝共聚制備農(nóng)林保水劑的方法，充分利用水生植物富含水的特性，無(wú)需從水生植物中提取、純化纖維素，直接使用植物鮮漿或干粉，與現(xiàn)有纖維素基吸水劑制備工藝相比，節(jié)約了物耗、能耗和成本，達(dá)到同樣的或類(lèi)似吸水性能，采用水生植物為原料，比使用劍麻等陸生植物纖維節(jié)約丙烯酸用量一倍以上，同時(shí)中和、接枝、交聯(lián)共聚也是一步完成，保證均一的產(chǎn)品物質(zhì)。這樣可以充分利用資源，簡(jiǎn)化操作，降低生產(chǎn)成本，避免污水產(chǎn)生和排放。
具體實(shí)施例方式將打撈起來(lái)的水生植物用自來(lái)水洗凈，再用蒸餾水浸泡后甩干，烘干后用高速粉碎機(jī)粉碎成植物干粉，過(guò)40目篩備用，或用搗漿機(jī)搗成漿液備用。實(shí)施例I
分別稱(chēng)取水花生莖或葉的衆(zhòng)液各20克,分別放入兩個(gè)500暈升燒杯中，分別加入30暈升蒸餾水，用搗漿機(jī)機(jī)械粉碎，再用50毫升水將搗漿機(jī)洗凈，一并倒入250毫升燒杯中。攪拌加熱到90 ° C，在90 ° C下攪拌30分鐘，進(jìn)行糊化。糊化結(jié)束后，靜置冷卻到65 ° C。在65 ° C下加入0.56克引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀，攪拌10分鐘。在65 ° C下分別加入含有0. 038克交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺的丙烯酸單體15毫升，滴加過(guò)程中溫度控制在60-70°C，繼續(xù)攪拌，體系溫度很快上升，5分鐘后體系溫度升到78 ° C。隨著溫度的上升，反應(yīng)體系成膠質(zhì)。當(dāng)反應(yīng)體系溫度不再上升時(shí)，向體系中分別加入15毫升25%氫氧化鈉溶液，使得產(chǎn)品的中和度達(dá)到50%，在70 ° C下保溫I小時(shí)后，靜置過(guò)夜。將制備的膠質(zhì)保水劑在70 ° C真空干燥，干燥后粉碎并過(guò)篩(40目)，得到農(nóng)林保水劑，測(cè)定的去離子水吸水率分別為675克/克(水花生莖基保水劑)和795克/克(水花生葉基保水劑)。實(shí)施例2
稱(chēng)取水花生莖或葉干粉(20目)各2克,分別放入兩個(gè)500暈升燒杯中，加入100暈升蒸餾水，攪拌加熱到90 ° C，繼續(xù)在90 ° C下攪拌30分鐘，進(jìn)行糊化。糊化結(jié)束后，靜置冷卻到65。C0在65 ° C下加入0.56克引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀，攪拌10分鐘。在65 ° C下分別加入含有0. 038克交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺的丙烯酸單體15毫升，滴加過(guò)程中溫度控制在60-70°C，繼續(xù)攪拌，體系溫度很快上升，5分鐘后體系溫度升到78 ° C。隨著溫度的上升，反應(yīng)體系成膠質(zhì)。當(dāng)反應(yīng)體系溫度不再上升時(shí)，分別向體系中加入15毫升25%氫氧化鈉溶液，使得產(chǎn)品的中和度達(dá)到50%，在70 ° C下保溫I小時(shí)后，靜置過(guò)夜。將制備的膠質(zhì)保水劑在70 ° C真空干燥，干燥后粉碎并過(guò)篩(40目)，測(cè)定的去離子水吸水率分別為426克/克(水花生莖基保水劑)和710克/克(水花生葉基保水劑)。實(shí)施例3
分別稱(chēng)取水花生植株干粉(40目)10克三份,分別放入三個(gè)500暈升燒杯中，分別加入45，133和133毫升蒸餾水，再分別加入25，75和100毫升25%氫氧化鈉溶液，攪拌加熱到90 ° C，繼續(xù)在90 ° C下攪拌30分鐘，進(jìn)行糊化和堿化。糊化堿化結(jié)束后，靜置冷卻到65
° C。在65 ° C下分別加入含有0. 07，0. 19和0. 19克交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺的丙烯酸單體25，75和100毫升，滴加過(guò)程中溫度控制在60-70°C，繼續(xù)攪拌。在65 ° C下分別加入0. 70，I. 50和5. 64克引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀，攪拌。體系溫度很快上升，5分鐘后體系溫度升到78 ° C。隨著溫度的上升，反應(yīng)體系成膠質(zhì)。反應(yīng)體系在70 ° C下保溫I小時(shí)后，靜置過(guò)夜。將制備的膠質(zhì)保水劑在70 ° C真空干燥，干燥后粉碎并過(guò)篩(40目)，測(cè)定的去離子水吸水率分別為144克/克(25毫升丙烯酸)，240克/克(75毫升丙烯酸)和310克/克(100暈升丙烯酸)。
實(shí)施例4
分別稱(chēng)取水花生植株干粉(40目)10克兩份，分別放入兩個(gè)500毫升燒杯中，分別加入28毫升蒸餾水，再分別加入32毫升25%氫氧化鈉溶液，攪拌加熱到80 ° C，繼續(xù)在80 ° C下攪拌30分鐘，進(jìn)行糊化和堿化。糊化堿化結(jié)束后，靜置冷卻到60 ° C。在60 ° C下分別向體系中加入含有0. 075克交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺的丙烯酸單體40和50毫升，滴加過(guò)程中溫度控制在60-70°C，繼續(xù)攪拌。當(dāng)體系蒸發(fā)水量達(dá)至Ij 35-40毫升時(shí)，控制水與植物干物質(zhì)質(zhì)量比在2-3之間，在65 ° C下分別加入8和18毫升新配制的分別含I. 0和I. 25克引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀的25%氫氧化鈉溶液，攪拌。體系溫度很快上升，I分鐘后，接枝、交聯(lián)共聚反應(yīng)完成。反應(yīng)體系在70 ° C下保溫I小時(shí)后，靜置過(guò)夜。將制備的膠質(zhì)保水劑在70 ° C真空干燥，干燥后粉碎并過(guò)篩(40目)，測(cè)定的去離子水吸水率分別為365克/克(40暈升丙烯酸),405克/克(50暈升丙烯酸)。
實(shí)施例5
分別稱(chēng)取水葫蘆植株干粉(20目)2克三份,分別放入三個(gè)500暈升燒杯中，分別加入100毫升蒸餾水，攪拌加熱到90 ° C，繼續(xù)在90 ° C下攪拌30分鐘，進(jìn)行糊化。糊化結(jié)束后，靜置冷卻到65 ° C。在65 ° C下加入0.56克引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀，攪拌10分鐘。在60 ° C下分別加入含有0.013,0. 026，或0.038克交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺的丙烯酸單體5，10，或15毫升，滴加過(guò)程中溫度控制在60-70°C，繼續(xù)攪拌，體系溫度很快上升，5分鐘后體系溫度升到78 ° C。隨著溫度的上升，反應(yīng)體系成膠質(zhì)。當(dāng)反應(yīng)體系溫度不再上升時(shí)，向體系中分別加入5，10，或15毫升25%氫氧化鈉溶液，使得產(chǎn)品的中和度達(dá)到50%，在70 ° C下保溫I小時(shí)后，靜置過(guò)夜。 將制備的膠質(zhì)保水劑在70 ° C真空干燥，干燥后粉碎并過(guò)篩(40目)，測(cè)定的去離子水吸水率分別為240克/克(5毫升丙烯酸)，400克/克(10毫升丙烯酸)和550克/克(15暈升丙烯酸)。實(shí)施例6
稱(chēng)取水葫蘆植株干粉(20目)20克，放入500毫升燒杯中，加入150毫升蒸餾水，攪拌加熱到90 ° C，繼續(xù)在90 ° C下攪拌30分鐘，進(jìn)行糊化。糊化結(jié)束后，靜置冷卻到65 ° C。在65 ° C下加入I克引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀，攪拌10分鐘。在65 ° C下加入含有0.07克交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺的丙烯酸單體25毫升，滴加過(guò)程中溫度控制在60-70°C，繼續(xù)攪拌，體系溫度很快上升，5分鐘后體系溫度升到84 ° C。隨著溫度的上升，反應(yīng)體系成膠質(zhì)。當(dāng)反應(yīng)體系溫度不再上升時(shí)，向體系中加入25毫升25%氫氧化鈉溶液,使得產(chǎn)品的中和度達(dá)到50%，在70 ° C下保溫I小時(shí)后，靜置過(guò)夜。將制備的膠質(zhì)保水劑在70 ° C真空干燥，干燥后粉碎并過(guò)篩(40目)，測(cè)定的去離子水吸水率為136克/克。實(shí)施例7
稱(chēng)取水葫蘆植株干粉(40目)10克,放入500暈升燒杯中，加入28暈升蒸懼水，再加入32毫升25%氫氧化鈉溶液，攪拌加熱到80 ° C，繼續(xù)在80 ° C下攪拌30分鐘，進(jìn)行糊化和堿化。糊化堿化結(jié)束后，靜置冷卻到60 ° C。在60 ° C下緩慢向體系中加入含有0.075克交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺的丙烯酸單體40毫升，滴加過(guò)程中溫度控制在60-70°C，繼續(xù)攪拌。當(dāng)體系蒸發(fā)水量達(dá)到35-40毫升時(shí)，控制水與植物干物質(zhì)質(zhì)量比在2-3之間，在65 ° C下加入8毫升新配制的含I. 0克引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀的25%氫氧化鈉溶液，攪拌。體系溫度很快上升，I分鐘后，接枝、交聯(lián)共聚反應(yīng)完成。反應(yīng)體系在70 ° C下保溫I小時(shí)后。將制備的膠質(zhì)保水劑在70 ° C真空干燥，干燥后粉碎并過(guò)篩(40目)，測(cè)定的去離子水吸水率為103克/克。實(shí)施例8
分別稱(chēng)取范草植株干粉(40目)10和40克,分別放入兩個(gè)500暈升燒杯中，各自加入200毫升蒸餾水，攪拌加熱到90 ° C，繼續(xù)在90 ° C下攪拌30分鐘，進(jìn)行糊化。糊化結(jié)束后，靜置冷卻到65 ° C。
在65 ° C下分別加入2和4克引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀，攪拌10分鐘。在65 ° C下分別加入含有0.08和0.29克交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺的丙烯酸單體50毫升，滴加過(guò)程中溫度控制在60-70°C，繼續(xù)攪拌，體系溫度很快上升，5分鐘后體系溫度升到80° C。隨著溫度的上升，反應(yīng)體系成膠質(zhì)。當(dāng)反應(yīng)體系溫度不再上升時(shí)，向體系中分別加入50毫升25%氫氧化鈉溶液，使得 產(chǎn)品的中和度達(dá)到50%，在70 ° C下保溫I小時(shí)后，靜置過(guò)夜。將制備的膠質(zhì)保水劑在70 ° C真空干燥，干燥后粉碎并過(guò)篩(40目)，測(cè)定的去離子水吸水率分別為240克/克(10克菹草干粉)，128克/克(40克菹草干粉)。
權(quán)利要求
1.利用水生植物接枝共聚制備農(nóng)林保水劑的方法，其步驟為 (1)將打撈起來(lái)的水生植物用自來(lái)水洗凈，再用蒸餾水浸泡后甩干，烘干后用高速粉碎機(jī)粉碎成植物干粉，過(guò)40目篩備用，或用搗漿機(jī)搗成漿液備用； (2)在植物漿液或干粉中，加入蒸餾水或氫氧化鈉溶液，攪拌加熱到80-90°C，持續(xù)保溫.80-90°C，攪拌30分鐘進(jìn)行糊化或堿化和糊化； (3)當(dāng)步驟(2)中糊化液溫度冷卻到60-65°C時(shí)，加入I.25-10倍植物干物質(zhì)重量的含有O. 15-0. 58%交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺的丙烯酸，滴加過(guò)程中溫度控制在60-70°C，滴加完成后升溫至78-84°C，攪拌，通過(guò)蒸發(fā)，控制水與植物干物質(zhì)質(zhì)量比在2-3之間，溫度達(dá)到65°C吋，加入溶解了弓I發(fā)劑過(guò)硫酸鉀的氫氧化鈉溶液或者引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀在糊化結(jié)束后加入，繼續(xù)攪拌反應(yīng)體系成膠質(zhì)； (4)當(dāng)步驟(3)中反應(yīng)體系溫度不再上升，再次加入氫氧化鈉溶液，使產(chǎn)品的中和度達(dá)到50%，在70°C下保溫I小時(shí)后，靜置過(guò)夜； (5)將步驟(4)制備的膠質(zhì)保水劑在70°C真空干燥，干燥后粉碎并過(guò)篩，得到農(nóng)林保水齊 。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述利用水生植物接枝共聚制備農(nóng)林保水劑的方法，其特征在于步驟(I)中水生植物取之于廣泛生長(zhǎng)在自然水體和富營(yíng)養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)工程中的水花生、水葫蘆或菹草中的任何ー種，可取水生植物的葉、莖或整個(gè)植株。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述利用水生植物接枝共聚制備農(nóng)林保水劑的方法，其特征在于步驟(2)中稱(chēng)取水生植物干粉，按質(zhì)量百分比計(jì)，加入最多50倍量的蒸餾水；采用水生植物漿液，則加入植物漿液量I. 5倍的蒸餾水。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中任一項(xiàng)所述的利用水生植物接枝共聚制備農(nóng)林保水劑的方法，其特征在于步驟(2)、(3)或(4)中反應(yīng)體系中加入質(zhì)量百分比濃度為25%氫氧化鈉溶液與丙烯酸的質(zhì)量比為I :1，氫氧化鈉溶液可在接枝共聚反應(yīng)結(jié)束后一次加入；或者分兩部分先后加入反應(yīng)體系中，四分之三部分在步驟(2)中加入，四分之一部分在步驟(3)中加入反應(yīng)體系。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述利用水生植物接枝共聚制備農(nóng)林保水劑的方法，其特征在于步驟(2)、(3)或(4)中氫氧化鈉溶液的氫氧化鈉質(zhì)量百分比濃度為25%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)利用水生植物接枝共聚制備農(nóng)林保水劑的方法，屬于農(nóng)林保水劑的制備領(lǐng)域。本發(fā)明其步驟為將水生植物制成植物干粉或漿液備，加入蒸餾水或氫氧化鈉溶液，攪拌加熱保溫進(jìn)行堿化和糊化，加入含有0.15-0.58%交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺的丙烯酸，滴加過(guò)程溫度控制在60-70℃，滴加完成后升溫至78-84℃，攪拌，通過(guò)蒸發(fā)，加入引發(fā)劑或也可在糊化結(jié)束后加入引發(fā)劑，繼續(xù)攪拌反應(yīng)體系成膠質(zhì)，當(dāng)反應(yīng)體系溫度不再上升，使產(chǎn)品的中和度達(dá)到50%，在70℃下保溫1小時(shí)后，靜置過(guò)夜，真空干燥，得到農(nóng)林保水劑。本發(fā)明充分利用水生植物富含水的特性，無(wú)需從水生植物中提取、純化纖維素，直接使用植物鮮漿或干粉，節(jié)約了物耗、能耗和成本，避免污水產(chǎn)生和排放。
文檔編號(hào)C09K17/32GK102702445SQ201210218139
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者單玉華, 唐敏, 張毅敏, 張永春, 武志林, 王偉民, 王淑梅 申請(qǐng)人:環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所