專利名稱：一種制備農(nóng)作物秸稈基高倍吸水劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及屬于農(nóng)副產(chǎn)品的綜合應(yīng)用以及農(nóng)用化學(xué)品的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種制備農(nóng)作物秸稈基高倍吸水劑的方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著我國科技水平的提高以及社會需求的增長，糧、棉等農(nóng)作物的產(chǎn)量逐年提高，每年形成7億噸左右的秸稈資源，其中大部分被焚燒，不僅沒有使秸稈資源得到有效的再利用，而且造成了環(huán)境污染，向空氣中排放了大量的二氧化碳和固體微粒。秸稈是一種可再生的生物資源，利用現(xiàn)代化工和生物技術(shù)，將秸稈本身或秸稈中的不同組分制備成工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物等領(lǐng)域的產(chǎn)品，不僅開發(fā)了新的資源利用方式，增強可持續(xù)發(fā)展的能力，而且緩解了大量秸稈被焚燒所帶來的環(huán)境污染問題，開辟節(jié)能減排新途徑，具有重要的經(jīng)濟、 政治和環(huán)境意義。高倍吸水劑樹脂材料是一種含有羥基、羧基等強親水性基團，并有一定交聯(lián)度的樹脂材料，它不溶于水和有機溶劑，能夠迅速吸收自重幾十倍到上千倍水份，具有反復(fù)吸水、吸水后的水凝膠可緩慢釋放水份供農(nóng)作物利用的功能，在沙漠治沙、土壤保護、植樹造林、食品保鮮、醫(yī)藥品、化妝品等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力，同時以生物秸稈作為基體的高倍吸水劑具有生物可降解性能，具有良好的環(huán)境保護的優(yōu)勢。自1961年美國農(nóng)務(wù)省北方研究所C. R. Rusell等發(fā)現(xiàn)淀粉接枝丙烯睛能夠吸收大量的水分以來，高倍吸水劑的研發(fā)就進入了快速發(fā)展的階段。美國在70年代研發(fā)的淀粉類保水劑在玉米、大豆包衣和造林等方面的已經(jīng)取得了較好的應(yīng)用效果。日本日淀化學(xué)公司針對用淀粉接枝丙烯腈制造吸水劑的過程中，由于加水分解過程時產(chǎn)生反應(yīng)液為高粘稠物，給制造造成困難，提出用水和甲醇混合溶劑進行水解，不僅解決了水解的難點，而且提高了保水能力和吸水速度。我國自從八十年代開始高倍吸水劑材料的研究。1982年中科院化學(xué)研究所合成出聚丙烯酸鈉類高吸水性樹脂，吉林省化工設(shè)計研究院和河南省化學(xué)研究所等科研單位也開展了這方面的研究。所研究的吸水劑類型一般為淀粉接枝丙烯腈皂化水解物、淀粉接枝丙烯酸、聚丙烯腈皂化水解物、聚丙烯酸鹽、聚乙烯醇衍生物等。但是目前國內(nèi)還沒有實現(xiàn)吸水劑材料的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種成本低廉、來源穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、制備的吸水材料具有較高的吸水能力和較好的生物可降解性、降低對石化產(chǎn)品的依賴度、減少每年秸稈廢棄焚燒后給環(huán)境帶來的巨大危害的制備農(nóng)作物秸稈基高倍吸水劑的方法。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述一種制備農(nóng)作物秸稈基高倍吸水劑的方法包括如下步驟
(1)、秸稈的蒸汽爆破處理首先將秸稈原料機械粉碎至1 2cm長度，然后將秸稈原料段裝入汽爆機的汽爆料槽中，通入壓力為2 6Mpa、溫度為180 250°C的水蒸氣并保壓30 90s，保壓完畢后瞬間泄壓，泄壓后將秸稈釋放至敞口容器中，完成蒸汽爆破的過程；O)、秸稈的預(yù)處理將蒸汽爆破處理后的秸稈段與水按照1 10 1 20的重量比例混合，在70 95°C的溫度下攪拌煮制30 60min，得到秸稈糊濕料；(3)、合成高倍吸水劑將煮制后的秸稈糊濕料加入到三頸燒瓶中，，往三頸燒瓶內(nèi)通入惰性氣體使得三頸燒瓶為無氧狀態(tài)，再向三頸燒瓶中投入已用重量百分含量為25%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至PH為6 7的丙烯酸單體溶液并攪拌，丙烯酸單體溶液的投料量為秸稈糊濕料重量的3 8倍，然后依次加入秸稈糊濕料和丙烯酸單體總質(zhì)量1. 5 3. 5 %倍的過硫酸鉀、秸稈糊濕料和丙烯酸單體總質(zhì)量0. 1 0. 5%倍的N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺， 在55 60°C的水浴溫度下自由基聚合反應(yīng)1 6小時；(4)、高倍吸水劑的后處理將聚合反應(yīng)后的反應(yīng)產(chǎn)物放入80 100°C的烘箱中烘干，烘干后粉碎，得到的褐色粉末即為農(nóng)作物秸稈基高倍吸水劑。步驟⑴所述的秸稈原料為小麥秸稈和/或水稻秸稈和/或玉米秸稈。步驟C3)所述的惰性氣體為氮氣、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣或者氡氣。本發(fā)明制備得到的秸稈基高吸水劑性狀及用途外觀為褐色粉末，呈中性，能夠吸水普通生活用水400 550倍。成品可用于農(nóng)業(yè)土壤改良、水土保濕、促進植物根莖的生長、提高發(fā)芽率等方面；工業(yè)方面蔬菜水果保鮮、衛(wèi)生材料吸液劑等方面。本發(fā)明通過采用蒸汽爆破技術(shù)處理農(nóng)作物秸稈，使得秸稈的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素得到一定程度的分離，進而提高了產(chǎn)品的吸水保水能力。本發(fā)明的高倍吸水劑生產(chǎn)工藝簡單，由于采用蒸汽爆破技術(shù)，秸稈的可降解性能得到了提升，屬于生物可降解材料。高倍吸水劑的吸水保水性能優(yōu)良，在抗旱保水、沙漠治沙、草皮制備、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工等領(lǐng)域已經(jīng)顯示出巨大的應(yīng)用前景，既有效的利用了資源，同時又能避免焚燒秸稈帶來的環(huán)境污染問題。本發(fā)明所采用的自由基聚合法，聚合步驟少，制備方法簡單，原料成本低廉，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，有較好的吸水性能。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明的高倍吸水性材料屬于秸稈基吸水劑，因秸稈富含纖維素，是一種親水性的多羥基化合物，如將纖維素進行醚化、交聯(lián)，引入羧基、羥基等親水基團，其吸水性能將得到較大幅度提升。此外，纖維素基吸水劑的耐鹽性強于淀粉基吸水劑，同時具有PH值易調(diào)節(jié)、抗霉性能優(yōu)良的特點。通常情況下，秸稈需要采用酸、堿、氨水或堿蒸煮進行預(yù)處理，以增加秸稈的化學(xué)反應(yīng)活性點。但是這種預(yù)處理產(chǎn)生了大量的含酸堿廢水，不但損害了環(huán)境，而且增加了治理成本。本發(fā)明采用蒸汽爆破技術(shù)對秸稈進行預(yù)處理(所用蒸汽爆破設(shè)備由鶴壁市汽爆工程技術(shù)研究中心提供)。蒸汽爆破技術(shù)是指利用高溫高壓水蒸氣處理秸稈原料，并通過瞬間泄壓的過程實現(xiàn)秸稈原料組分的分離和結(jié)構(gòu)變化。蒸汽爆破技術(shù)處理秸稈原料后，秸稈的主要組成部分纖維素、半纖維素和木質(zhì)素能得到一定程度的分離，纖維素大分子被打斷，活性點增多，秸稈的活化接枝能力得到了增強，不但提高了秸稈基吸水劑的吸水保水能力，而且避免在生產(chǎn)的過程中產(chǎn)生大量的含酸堿廢水。吸水性能測試是指高吸水性樹脂在水中溶脹形成凝膠時吸收水的能力，以吸收
倍率作為度量。吸收倍率是指Ig高吸水樹脂吸收水的量，單位為g/g。本發(fā)明采用篩網(wǎng)法
測定樹脂的吸水性能，將一定量的吸水樹脂放入水中，待材料溶脹飽和后，用篩網(wǎng)將剩余的
水過濾除去，將吸水凝膠轉(zhuǎn)移至容器中稱重。計算公式如下 ηι2-ηιλ --
Tnl式中ml為干吸水劑重量，m2為形成水凝膠后吸水劑的重量，Q為吸收倍率。實施例1(1)、秸稈的蒸汽爆破處理首先將小麥秸稈機械粉碎至1 2cm長度，然后取 200ml的秸稈段裝入汽爆機的汽爆料槽中，通入壓力為2Mpa、溫度為180 185°C的水蒸氣并保壓30s，保壓完畢后瞬間泄壓，泄壓后將秸稈釋放至敞口容器，完成蒸汽爆破的過程；O)、秸稈的預(yù)處理將蒸汽爆破處理后的秸稈段取IOOg與IOOOg水按照1 10 的重量比例混合，在70°C的溫度下攪拌煮制60min，得到秸稈糊濕料；(3)、合成高倍吸水劑將煮制后的秸稈糊濕料取5g加入到三頸燒瓶中，往三頸燒瓶內(nèi)通入氮氣使得三頸燒瓶為無氧狀態(tài)，再向三頸燒瓶中投入已用重量百分含量為25%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至PH為6的丙烯酸單體溶液并攪拌，丙烯酸單體溶液的投料量為秸稈糊濕料重量的3倍(共計15g)，然后依次加入秸稈糊濕料和丙烯酸單體總質(zhì)量1. 5%倍(即為0.3g)的過硫酸鉀、秸稈糊濕料和丙烯酸單體總質(zhì)量0.5%倍(即為0. Ig)的N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺，在的水浴溫度下自由基聚合反應(yīng)6小時；(4)、高倍吸水劑的后處理將聚合反應(yīng)后的反應(yīng)產(chǎn)物放入80°C的烘箱中烘干，烘干后粉碎，得到約12克的褐色粉末即為農(nóng)作物秸稈基高倍吸水劑。得到的農(nóng)作物秸稈基高倍吸水劑性狀外觀為褐色粉末狀，呈中性，吸收普通生活用水的倍率為498g/g。實施例2(1)、首先將小麥秸稈機械粉碎至1 2cm長度，然后取200ml的秸稈段裝入汽爆機的汽爆料槽中，通入壓力為6Mpa、溫度為240 250°C的水蒸氣并保壓90s，保壓完畢后瞬間泄壓，泄壓后將秸稈釋放至敞口容器中，完成蒸汽爆破的過程；(2)、秸稈的預(yù)處理將蒸汽爆破處理后的秸稈段IOOg與2000g水按照1 20的重量比例混合，在95°C的溫度下攪拌煮制30min，得到秸稈糊濕料；(3)、合成高倍吸水劑將煮制后的秸稈糊濕料共3g加入到三頸燒瓶中，往三頸燒瓶內(nèi)通入氮氣使得三頸燒瓶為無氧狀態(tài)，再向三頸燒瓶中投入已用重量百分含量為25%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至PH為7的丙烯酸單體溶液并攪拌，丙烯酸單體溶液的投料量為秸稈糊濕料重量的8倍(共計Mg)，然后依次加入秸稈糊濕料和丙烯酸單體總質(zhì)量3. 5%倍的(即為0. 945g)過硫酸鉀、秸稈糊濕料和丙烯酸單體總質(zhì)量0. 倍的(即為0. 027g)N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺，在60°C的水浴溫度下自由基聚合反應(yīng)3小時，停止反應(yīng)；0)、高倍吸水劑的后處理將聚合反應(yīng)后的反應(yīng)產(chǎn)物放入100°C的烘箱中烘干， 烘干后粉碎，得到約22g的褐色粉末即為農(nóng)作物秸稈基高倍吸水劑。
得到的農(nóng)作物秸稈基高倍吸水劑性狀外觀為褐色粉末狀，呈中性，吸收普通生活用水的倍率為5^g/g。實施例3(1)、首先將小麥秸稈機械粉碎至1 2cm長度，然后取200ml的秸稈段裝入汽爆機的汽爆料槽中，通入壓力為4Mpa、溫度為210 215°C的水蒸氣并保壓60s，保壓完畢后瞬間泄壓，泄壓后將秸稈釋放至敞口容器中，完成蒸汽爆破的過程；O)、秸稈的預(yù)處理將蒸汽爆破處理后的秸稈段與水按照1 15的重量比例混合，在80°C的溫度下攪拌煮制40min ；(3)、合成高倍吸水劑將煮制后的秸稈糊濕料5g加入到三頸燒瓶中，往三頸燒瓶內(nèi)通入氮氣使得三頸燒瓶為無氧狀態(tài)，再向三頸燒瓶中投入已用重量百分含量為25%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至pH為6. 5的丙烯酸單體溶液25g并攪拌，丙烯酸單體溶液的投料量為秸稈糊濕料重量的5倍，然后依次加入秸稈糊濕料和丙烯酸單體總質(zhì)量2%倍的(即0. 6g)過硫酸鉀、秸稈糊濕料和丙烯酸單體總質(zhì)量0. 25%倍的(即0. 75g)N, N'-亞甲基雙丙烯酰胺，在58°C的水浴溫度下自由基聚合反應(yīng)1小時，停止反應(yīng)；(4)、高倍吸水劑的后處理將聚合反應(yīng)后的反應(yīng)產(chǎn)物放入95°C的烘箱中烘干，烘干后粉碎，得到約20克的褐色粉末即為農(nóng)作物秸稈基高倍吸水劑。得到的農(nóng)作物秸稈基高倍吸水劑性狀外觀為褐色粉末狀，呈中性，吸收普通生活用水的倍率為508g/g。
權(quán)利要求
1.一種制備農(nóng)作物秸稈基高倍吸水劑的方法，其特征在于該方法包括如下步驟 (1)、秸稈的蒸汽爆破處理首先將秸稈原料機械粉碎至1 2cm長度，然后將秸稈原料段裝入汽爆機的汽爆料槽中，通入壓力為2 6Mpa、溫度為180 250°C的水蒸氣并保壓30 90s，保壓完畢后瞬間泄壓，泄壓后將秸稈段釋放至敞口容器中，完成蒸汽爆破的過程；O)、秸稈的預(yù)處理將蒸汽爆破處理后的秸稈段與水按照1 10 1 20的重量比例混合，在70 95°C的溫度下攪拌煮制30 60min，得到秸稈糊濕料；(3)、合成高倍吸水劑將煮制后的秸稈糊濕料加入到三頸燒瓶中，往三頸燒瓶內(nèi)通入惰性氣體使得三頸燒瓶內(nèi)為無氧狀態(tài)，再向三頸燒瓶中投入已用重量百分含量為25%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至pH為6 7的丙烯酸單體溶液并攪拌，丙烯酸單體溶液的投料量為秸稈糊濕料重量的3 8倍，然后依次加入秸稈糊濕料和丙烯酸單體總質(zhì)量1. 5 3. 5%倍的過硫酸鉀、秸稈糊濕料和丙烯酸單體總質(zhì)量0. 1 0. 5%倍的N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺，在 55 60°C的水浴溫度下自由基聚合反應(yīng)1 6小時；、高倍吸水劑的后處理將聚合反應(yīng)后的反應(yīng)產(chǎn)物放入80 100°C的烘箱中烘干， 烘干后粉碎，得到的褐色粉末即為農(nóng)作物秸稈基高倍吸水劑。
2.如權(quán)利要求1所述的一種制備農(nóng)作物秸稈基高倍吸水劑的方法，其特征在于步驟 (1)所述的秸稈原料為小麥秸稈和/或水稻秸稈和/或玉米秸稈。
3.如權(quán)利要求1所述的一種制備農(nóng)作物秸稈基高倍吸水劑的方法，其特征在于步驟 (3)所述的惰性氣體為氮氣、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣或者氡氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備農(nóng)作物秸稈基高倍吸水劑的方法，該方法包括如下步驟秸稈的蒸汽爆破處理、秸稈的預(yù)處理、合成高倍吸水劑與高倍吸水劑的后處理；本發(fā)明制備得到的秸稈基高吸水劑性狀及用途外觀為褐色粉末，呈中性，能夠吸水普通生活用水400～550倍。成品可用于農(nóng)業(yè)土壤改良、水土保濕、促進植物根莖的生長、提高發(fā)芽率等方面；工業(yè)方面蔬菜水果保鮮、衛(wèi)生材料吸液劑等方面。
文檔編號C08F251/02GK102226030SQ201110137338
公開日2011年10月26日 申請日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者劉熹, 孫柏旺, 強光初, 陸瞿亮, 陸解元 申請人:無錫凱恩科特再生能源科技有限公司