一种利用生物质废弃物制备保水剂的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种保水剂，尤其涉及一种利用生物质废弃物制备保水剂的方法，属于复合材料技术领域。
【背景技术】
[0002]根据联合国的统计，自从1980年以来，在中国北部地区，沙漠已经吞噬了 200万英亩农田、将近600万英亩牧场、和1600万英亩森林。中国几乎四分之一的国土面积已经是沙漠了。中国北方持续的沙漠化已经把世界上发展最快的经济体，一个拥有13亿人口的国家推向了全球淡水危机的前沿。目前，中国荒漠化面积有262.2万平方公里，占国土面积的27.3%，每年还新增2460平方公里。受荒漠化影响，全国40%的耕地在不同程度地退化，其中800万公顷危在旦夕，1.07亿公顷草场也是命若游丝。荒漠化深重地影响着4亿人的现在和未来，每年造成的经济损失有541亿元之巨，相当于西北五省3年的财政收入。
[0003]荒漠化环境的治理修复是一个艰巨而复杂的工程，不仅要投入大量的财力，而且需要切合实际的，施之可行的治理措施。在目前大家公认的治理措施中，每年循序渐进的种植固沙植物及一些耐寒旱的经济作物，不但可以为当地的环境治理做贡献，又可以带来一些经济收入。然而，荒漠化地区种植植物是非常困难的，主要原因是降水量不足，植物在种植初期难以成活。普遍采取的措施是施加保水剂。但市场所售保水剂主要是以化学物质为原料的产品，虽然吸水能力较好，但存在成本高昂，不易降解，二次污染环境，容易烂根等问题。因此，制备一种低成本，2-3年可完全降解的绿色保水剂是非常需要的，产品也是非常具有市场前景的。
[0004]生物质废弃物由于成本低、可完全降解，以及在制备保水剂中等特点，成为制备低成本保水剂的主要原料。虽然目前文献公开报道了多种生物质废弃物制备的保水剂，如利用玉米秸杆，稻壳，马铃薯废渣，小麦秸杆及其他生物质废弃物，但这些报道普遍存在一些问题，即复合材料的吸水能力不高，凝胶强度低，成本仍然较高的问题。
[0005]玉米芯是玉米的副产物，在我国每年的储量达5000万吨左右。其本身不具有毒性且营养丰富，含粗蛋白1.1%、粗脂肪0.6%、粗纤维31.8%、可溶性糖类51.8%、钙0.40%、磷
0.25%及镁、硫、铁、钾等多种矿物质元素，但是其粗纤维含量高、适口性差，所以直接喂养动物消化利用率不高，在畜牧业生产中应用较少。扫描电镜照片显示，玉米芯的纵切面上纤维挺硬，各类细胞排列整齐，纤维表面光滑，形态清晰，更重要的是含有微米级孔状结构(江南大学硕士学位论文，蒸汽爆破法处理玉米芯半纤维的研究，许丙磊，2011)，这种三维结构高效有机保水剂的三维结构很相似，非常适合水分的吸附与存储，因此，可用于保水剂的制备。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种利用生物质废弃物制备保水剂的方法。
[0007]—、复合保水剂的制备本发明制备保水剂的方法，是以生物质废弃物玉米芯，马铃薯废渣，坡缕石黏土为主要原料，以丙烯酸为基体和交联剂，通过辐照交联而得。其具体制备工艺如下:
先用胶体粉碎机将鲜马铃薯废渣粉碎至300~800目，将玉米芯、坡缕石黏土粉碎至80~300目；再将鲜马铃薯废渣与玉米芯粉末以1~10 g/mL的料液比分散于水中，在60~75°C下糊化0.5~lh;然后向体系中加入坡缕石黏土和丙烯酸，高速搅拌混匀；最后在氮气保护下，于6°Co福射场中福照至凝胶生成；凝胶造粒后用工业乙醇洗涤，干燥，即得复合保水剂。
[0008]鲜马铃薯废渣(以干基计)与玉米芯粉末的质量比为1:1~1:20 ;坡缕石黏土与玉米芯粉末的质量比为1:10~1:35 ;丙烯酸的中和度为55~70% ;丙烯酸与玉米芯粉末的质量比为1:5~1:15。60Co福射场中福照的辐照量为1.0kGy~l.8kGy。
[0009]二、复合保水剂的表征 1、红外表征
图1玉米芯、马铃薯废渣、坡缕石黏土及保水剂的红外光谱图。由图a曲线(丙烯酸AA)可见，3064 01^,2955 01^,960 cm1，和1704cm 1处的4个峰分别为丙烯酸单体的-0H，C-Η的振动吸收峰。由图b曲线(马铃薯WPR)可见，在3411cm1和2923cm 1处吸收峰为马铃薯废渣中0-H和C-Η伸缩振动吸收峰，1155cm 1和1029cm 1处为C-0-C伸缩振动吸收峰。由图c曲线(WS玉米芯)可见，3495cm ^29220111处的峰为玉米芯的_0H，C-Η的振动吸收峰，在1701cm \ 924cm 1处为玉米芯特征吸收峰；由图d曲线(保水剂PAR)可见3489cm \1092cm 1为坡缕石粘土特征吸收峰，2959cm \ 1522cm \ 924cm \ 605cm 1处为马铃薯废渣特征吸收峰，1599cm 1处为聚丙烯的振动吸收峰，同时马铃薯废渣，坡缕石羟基峰及丙烯酸的碳碳双键消失或减弱，说明在辐照作用下马铃薯废渣、玉米芯、坡缕石黏土与丙烯酸发生化学反应形成了新的物质。
[0010]2、热稳定性表征
图2为保水剂热稳定性曲线。从图2可以看出，保水剂从23°C到352°C失重率为29%，主要是其所含物理状态水的蒸发和马铃薯废渣以及玉米芯的碳化；从352°C到800°C有3次失重变化，失重率分别是17%、25%、16%。主要原因是复合材料在程序升温的过程中丙烯酸分子链段热分解，坡缕石黏土中有机物的碳化及所含物理状态水的蒸发。而由于坡缕石黏土的引入使复合材料形成了理想的三维网状结构，对热的屏蔽效应使高吸水树脂具有较好的热稳定性。
[0011]3、扫描电镜表征
图3为保水剂微观形貌扫描电镜照片及表面元素分析。从电镜照片可以得出，高吸水树脂断面有大量大孔结构，表面粗糙，比表面积增大，有利于提高树脂吸液速率和吸液倍率。
[0012]4、元素分析
图4为保水剂表面元素分析图。从图4元素分析可以看出，保水剂中有Si元素的存在，可见，坡缕石粘土很好的参与了聚合反应，改善了吸水树脂致密平滑的表面形貌，使其表面粗糙，比表面积增大，有利于提高树脂吸液速率和吸液倍率。
[0013]三、复合保水剂的性能
1、吸水量
准确称量mlg干燥的高吸水复合材料，置于盛有1000ml雨水的烧杯中，复合材料达到溶胀平衡后(质量记为m2)测定其吸水量(Qeq)，单位为g/g。采用下面公式计算该高吸水复合材料吸水量:
Qeq=( m2 mi)/ mi
测定结果:吸附雨水量:740~850g/g。
[0014]2、反复吸水性能
将吸水后的保水剂干燥，循环测试其吸水量，循环次数按照吸水能力减少至行业标准规定的吸水量为止。
[0015]测定结果:可反复吸