一種利用生物質(zhì)廢棄物制備保水劑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種保水劑，尤其涉及一種利用生物質(zhì)廢棄物制備保水劑的方法，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)聯(lián)合國的統(tǒng)計，自從1980年以來，在中國北部地區(qū)，沙漠已經(jīng)吞噬了 200萬英畝農(nóng)田、將近600萬英畝牧場、和1600萬英畝森林。中國幾乎四分之一的國土面積已經(jīng)是沙漠了。中國北方持續(xù)的沙漠化已經(jīng)把世界上發(fā)展最快的經(jīng)濟體，一個擁有13億人口的國家推向了全球淡水危機的前沿。目前，中國荒漠化面積有262.2萬平方公里，占國土面積的27.3%，每年還新增2460平方公里。受荒漠化影響，全國40%的耕地在不同程度地退化，其中800萬公頃危在旦夕，1.07億公頃草場也是命若游絲?；哪钪氐赜绊懼?億人的現(xiàn)在和未來，每年造成的經(jīng)濟損失有541億元之巨，相當(dāng)于西北五省3年的財政收入。
[0003]荒漠化環(huán)境的治理修復(fù)是一個艱巨而復(fù)雜的工程，不僅要投入大量的財力，而且需要切合實際的，施之可行的治理措施。在目前大家公認(rèn)的治理措施中，每年循序漸進(jìn)的種植固沙植物及一些耐寒旱的經(jīng)濟作物，不但可以為當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境治理做貢獻(xiàn)，又可以帶來一些經(jīng)濟收入。然而，荒漠化地區(qū)種植植物是非常困難的，主要原因是降水量不足，植物在種植初期難以成活。普遍采取的措施是施加保水劑。但市場所售保水劑主要是以化學(xué)物質(zhì)為原料的產(chǎn)品，雖然吸水能力較好，但存在成本高昂，不易降解，二次污染環(huán)境，容易爛根等問題。因此，制備一種低成本，2-3年可完全降解的綠色保水劑是非常需要的，產(chǎn)品也是非常具有市場前景的。
[0004]生物質(zhì)廢棄物由于成本低、可完全降解，以及在制備保水劑中等特點，成為制備低成本保水劑的主要原料。雖然目前文獻(xiàn)公開報道了多種生物質(zhì)廢棄物制備的保水劑，如利用玉米秸桿，稻殼，馬鈴薯廢渣，小麥秸桿及其他生物質(zhì)廢棄物，但這些報道普遍存在一些問題，即復(fù)合材料的吸水能力不高，凝膠強度低，成本仍然較高的問題。
[0005]玉米芯是玉米的副產(chǎn)物，在我國每年的儲量達(dá)5000萬噸左右。其本身不具有毒性且營養(yǎng)豐富，含粗蛋白1.1%、粗脂肪0.6%、粗纖維31.8%、可溶性糖類51.8%、鈣0.40%、磷
0.25%及鎂、硫、鐵、鉀等多種礦物質(zhì)元素，但是其粗纖維含量高、適口性差，所以直接喂養(yǎng)動物消化利用率不高，在畜牧業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較少。掃描電鏡照片顯示，玉米芯的縱切面上纖維挺硬，各類細(xì)胞排列整齊，纖維表面光滑，形態(tài)清晰，更重要的是含有微米級孔狀結(jié)構(gòu)(江南大學(xué)碩士學(xué)位論文，蒸汽爆破法處理玉米芯半纖維的研究，許丙磊，2011)，這種三維結(jié)構(gòu)高效有機保水劑的三維結(jié)構(gòu)很相似，非常適合水分的吸附與存儲，因此，可用于保水劑的制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種利用生物質(zhì)廢棄物制備保水劑的方法。
[0007]—、復(fù)合保水劑的制備本發(fā)明制備保水劑的方法，是以生物質(zhì)廢棄物玉米芯，馬鈴薯廢渣，坡縷石黏土為主要原料，以丙烯酸為基體和交聯(lián)劑，通過輻照交聯(lián)而得。其具體制備工藝如下:
先用膠體粉碎機將鮮馬鈴薯廢渣粉碎至300~800目，將玉米芯、坡縷石黏土粉碎至80~300目；再將鮮馬鈴薯廢渣與玉米芯粉末以1~10 g/mL的料液比分散于水中，在60~75°C下糊化0.5~lh;然后向體系中加入坡縷石黏土和丙烯酸，高速攪拌混勻；最后在氮氣保護(hù)下，于6°Co福射場中福照至凝膠生成；凝膠造粒后用工業(yè)乙醇洗滌，干燥，即得復(fù)合保水劑。
[0008]鮮馬鈴薯廢渣(以干基計)與玉米芯粉末的質(zhì)量比為1:1~1:20 ;坡縷石黏土與玉米芯粉末的質(zhì)量比為1:10~1:35 ;丙烯酸的中和度為55~70% ;丙烯酸與玉米芯粉末的質(zhì)量比為1:5~1:15。60Co福射場中福照的輻照量為1.0kGy~l.8kGy。
[0009]二、復(fù)合保水劑的表征 1、紅外表征
圖1玉米芯、馬鈴薯廢渣、坡縷石黏土及保水劑的紅外光譜圖。由圖a曲線(丙烯酸AA)可見，3064 01^,2955 01^,960 cm1，和1704cm 1處的4個峰分別為丙烯酸單體的-0H，C-Η的振動吸收峰。由圖b曲線(馬鈴薯WPR)可見，在3411cm1和2923cm 1處吸收峰為馬鈴薯廢渣中0-H和C-Η伸縮振動吸收峰，1155cm 1和1029cm 1處為C-0-C伸縮振動吸收峰。由圖c曲線(WS玉米芯)可見，3495cm ^29220111處的峰為玉米芯的_0H，C-Η的振動吸收峰，在1701cm \ 924cm 1處為玉米芯特征吸收峰；由圖d曲線(保水劑PAR)可見3489cm \1092cm 1為坡縷石粘土特征吸收峰，2959cm \ 1522cm \ 924cm \ 605cm 1處為馬鈴薯廢渣特征吸收峰，1599cm 1處為聚丙烯的振動吸收峰，同時馬鈴薯廢渣，坡縷石羥基峰及丙烯酸的碳碳雙鍵消失或減弱，說明在輻照作用下馬鈴薯廢渣、玉米芯、坡縷石黏土與丙烯酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成了新的物質(zhì)。
[0010]2、熱穩(wěn)定性表征
圖2為保水劑熱穩(wěn)定性曲線。從圖2可以看出，保水劑從23°C到352°C失重率為29%，主要是其所含物理狀態(tài)水的蒸發(fā)和馬鈴薯廢渣以及玉米芯的碳化；從352°C到800°C有3次失重變化，失重率分別是17%、25%、16%。主要原因是復(fù)合材料在程序升溫的過程中丙烯酸分子鏈段熱分解，坡縷石黏土中有機物的碳化及所含物理狀態(tài)水的蒸發(fā)。而由于坡縷石黏土的引入使復(fù)合材料形成了理想的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對熱的屏蔽效應(yīng)使高吸水樹脂具有較好的熱穩(wěn)定性。
[0011]3、掃描電鏡表征
圖3為保水劑微觀形貌掃描電鏡照片及表面元素分析。從電鏡照片可以得出，高吸水樹脂斷面有大量大孔結(jié)構(gòu)，表面粗糙，比表面積增大，有利于提高樹脂吸液速率和吸液倍率。
[0012]4、元素分析
圖4為保水劑表面元素分析圖。從圖4元素分析可以看出，保水劑中有Si元素的存在，可見，坡縷石粘土很好的參與了聚合反應(yīng)，改善了吸水樹脂致密平滑的表面形貌，使其表面粗糙，比表面積增大，有利于提高樹脂吸液速率和吸液倍率。
[0013]三、復(fù)合保水劑的性能
1、吸水量
準(zhǔn)確稱量mlg干燥的高吸水復(fù)合材料，置于盛有1000ml雨水的燒杯中，復(fù)合材料達(dá)到溶脹平衡后(質(zhì)量記為m2)測定其吸水量(Qeq)，單位為g/g。采用下面公式計算該高吸水復(fù)合材料吸水量:
Qeq=( m2 mi)/ mi
測定結(jié)果:吸附雨水量:740~850g/g。
[0014]2、反復(fù)吸水性能
將吸水后的保水劑干燥，循環(huán)測試其吸水量，循環(huán)次數(shù)按照吸水能力減少至行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的吸水量為止。
[0015]測定結(jié)果:可反復(fù)吸