一种适合植物生长的吸水海绵及其制备方法与流程

1.本发明涉及园林绿化领域，具体是一种适合植物生长的吸水海绵及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，暴雨的侵袭使人们意识到“海绵城市”建设的重要性，海绵城市建设是在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，有利于生态环境保护，城市绿地土壤维系城市绿地植物生长，是建设海绵城市重要的“海绵体”。
3.全国各地应用较多的海绵体有透水路面、绿色屋顶、下沉式绿地等基础设施，虽然已有一定的建设成效，但是，透水路面、下沉式绿地是将雨水渗入地下土壤之中；由于常年人为干扰，城市绿地土壤整体退化，降低了城市绿地土壤的透气、透水、储水蓄水性能；因此在透水路面、下沉式绿地的建设中，因为土壤渗透能力、蓄水能力不足，效果会大幅降低。
4.建设海绵城市最重要的是“海绵体”的建设，“海绵体”的建设在于不断提高其规模、质量；然而，目前用于园林绿化植物生长的种植土普遍存在粘性大、透水率低等问题，不能满足海绵城市建设中对透水率指标要求，且存在浇水频率高、易滋生蚊虫等问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种适合植物生长的吸水海绵及其制备方法，以解决现有技术中的问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
7.一种适合植物生长的吸水海绵的制备方法，包括以下步骤：将聚乙烯醇、淀粉、去离子水超声搅拌0.5-1h，得到淀粉混合溶液；向其中加入甲醛后超声搅拌1-2h，加入盐酸后在50-80℃下发泡4h，剪切成颗粒状，得到一种适合植物生长的吸水海绵。
8.进一步的，以重量份数计，吸水海绵中各组分含量为：聚乙烯醇5-15份、淀粉2-8份、甲醛6-10份、盐酸2-5份、去离子水20-30份。
9.进一步的，以重量份数计，吸水海绵中各组分含量为：聚乙烯醇10份、淀粉5份、甲醛8份、盐酸3份、去离子水22份。
10.进一步的，颗粒状海绵的粒径为4-6mm。
11.利用聚乙烯醇与甲醛的缩聚反应，部分淀粉在酸性催化剂溶液中因膨胀而占据部分空间，水洗后即可造孔来制备吸水海绵；用聚乙烯醇、甲醛、淀粉构建孔径互相连通的多孔的吸水海绵，不仅使吸水海绵保持优秀的保水性，也使吸水海绵具有优异的抗菌性，适合植物生长，可防止易滋生蚊虫等问题；
12.进一步的，淀粉为辐照玉米淀粉、辐照酶解淀粉和辐照氧化淀粉以质量比为1:1:(1.5-2.4)配比而成。
13.进一步的，辐照酶解淀粉的制备方法包括以下步骤：用4kgy辐照玉米淀粉，加入去离子水配成质量分数为28％的淀粉乳液，调节ph为5.8-6.2，加入α-淀粉酶在50-60℃下搅
拌反应，调节ph为2.8-3，离心、洗涤、烘干得到辐照酶解淀粉。
14.进一步的，辐照氧化淀粉的制备方法包括以下步骤：用4kgy辐照玉米淀粉，加入去离子水配成质量分数为28％的淀粉乳液，调节ph为8-10，加入硫酸亚铁搅拌，在40-50℃下加过氧化氢，调节ph至6-6.2，然后加入等摩尔亚硫酸氢钠，离心、洗涤、烘干后得到辐照氧化淀粉。
15.虽然辐照使吸水海绵中大量羟基暴露出来，过氧化氢分子与分子内部大量羟基进行氧化作用，产生羰基羧基含量增加；但是淀粉氧化时会发生过氧化氢分解，部分过氧化氢分解产生自由基氧化淀粉，氧化效率降低，淀粉氧化时羧基基团替代了羟基，破坏淀粉结晶结构，分子链发生断裂，小分子增多，粘度降低；随辐照剂量的增加，会减低淀粉糊化温度，降低能源的损耗；辐照粉氧化后，生成亲水基团羧基，促进了吸水海绵在糊化过程中的吸水及淀粉分子链的伸展，简化糊化过程；或羧基的存在阻碍了分子间氢键的缔合作用，解聚大分子，破坏淀粉结晶结构，改变了吸水海绵中淀粉网状结构，简化糊化过程；
16.氧化后淀粉及辐照粉的粘附力均有提高，但是当辐照剂量增加时，淀粉的降解程度本就很高，而氧化能协同降解吸水海绵中淀粉，使吸水海绵中淀粉颗粒间的作用力减小，会降低粘附力；
17.玉米淀粉及辐照粉氧化产生羧基，羧基会与吸水海绵上羟基形成内氧键，阻碍了吸水海绵中氢键的缔合，提高透光率；羧基具有亲水性，提高了吸水海绵体系的保水性，提高吸水海绵体系交联度，防止小分子析出。
18.为保证淀粉即作为造孔剂构建可控制孔径的多孔海绵，也作为添加组分大幅提升吸水海绵的综合性能，本发明限定淀粉为辐照玉米淀粉、辐照酶解淀粉和辐照氧化淀粉以质量比为1:1:(1.5-2.4)配比而成，限定淀粉添加量大于盐酸的添加量，即保证部分淀粉在盐酸作用下为吸水海绵造孔，辐照玉米淀粉、辐照酶解淀粉和辐照氧化淀粉可大幅提升吸水海绵中羧基的含量，保证大幅提升吸水海绵中羧基的含量，增强吸水海绵的亲水性、保水性、抗菌持久性的同时提高其力学性能。
19.进一步的，吸水海绵改性处理，所述改性处理包括以下步骤：将聚合抗菌型两性离子单体磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯、硝酸溶液混合搅拌，得到硝酸混合溶液，在氮气保护下，加入颗粒状海绵、硝酸铈铵，依次用磷酸氢钠溶液、去离子水中对产物进行清洗，干燥后得到改性的吸水海绵。
20.进一步的，颗粒状海绵、硝酸铈铵的质量比为15:0.8。
21.聚乙烯醇缩甲醛在氧化还原引发体系中表面接枝聚合抗菌型两性离子单体磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯，不仅大幅提升吸水海绵的抗菌性能，且在吸水海绵中构建互相连通的大孔结构，大幅提升吸水海绵的亲水性、表面粗糙度，吸水海绵中的孔隙率高达88％以上，使吸水海绵在干态下具有良好的力学性能，在湿态下具有良好的回弹性。
22.一种适合植物生长的吸水海绵应用于盆栽种植、花坛种植、广场种植、室内绿植墙、道路绿化带、种植基地、无土栽培。
23.本发明的有益效果
24.本发明提供一种适合植物生长的吸水海绵及其制备方法，用聚乙烯醇、甲醛、淀粉构建多孔的吸水海绵，使吸水海绵保持优秀的透水率、抗菌性，用于植物生长的种植土时满足海绵城市建设中对透水率的要求；
25.本发明限定组分中淀粉的添加量大于盐酸的添加量，且淀粉为辐照玉米淀粉、辐照酶解淀粉和辐照氧化淀粉以质量比为1:1:(1.5-2.4)配比而成，使部分淀粉在盐酸作用下为吸水海绵造孔，也保证部分淀粉作为添加组分大幅提升吸水海绵中羧基的含量，增强吸水海绵的亲水保水性；
26.在吸水海绵表面接枝聚合抗菌型两性离子单体磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯，增强吸水海绵中大分子链的交联，在吸水海绵中构建具有抗菌性的互相连通的大孔结构，使吸水海绵具有持久的抗菌性。
具体实施方式
27.下面将结合本发明的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示诸如上、下、左、右、前、后
……
，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态如各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
29.以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
30.实施例1
31.一种适合植物生长的吸水海绵的制备方法包括以下步骤：将聚乙烯醇、淀粉、去离子水超声搅拌0.5h，得到淀粉混合溶液；向其中加入甲醛后超声搅拌1h，加入盐酸后在50℃下发泡4h，剪切成颗粒状，得到一种适合植物生长的吸水海绵；
32.以重量份数计，吸水海绵中各组分含量为：聚乙烯醇5份、淀粉4份、甲醛6份、盐酸2份、去离子水20份；
33.颗粒状海绵的粒径为4mm；
34.淀粉为辐照玉米淀粉、辐照酶解淀粉和辐照氧化淀粉以质量比为1:1:1.5配比而成；辐照玉米淀粉质量为1g，辐照酶解淀粉1g，辐照氧化淀粉为1.5g；
35.辐照酶解淀粉的制备方法包括以下步骤：用4kgy辐照玉米淀粉，加入去离子水配成质量分数为28％的淀粉乳液，调节ph为5.8，加入α-淀粉酶在50℃下搅拌反应，调节ph为2.8，离心、洗涤、烘干得到辐照酶解淀粉；
36.辐照氧化淀粉的制备方法包括以下步骤：用4kgy辐照玉米淀粉，加入去离子水配成质量分数为28％的淀粉乳液，调节ph为8，加入硫酸亚铁搅拌，在40℃下加过氧化氢，调节ph至6，然后加入等摩尔亚硫酸氢钠，离心、洗涤、烘干后得到辐照氧化淀粉；过氧化氢用量为7.6％；
37.吸水海绵改性处理，改性处理包括以下步骤：将聚合抗菌型两性离子单体磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯、硝酸溶液混合搅拌，得到硝酸混合溶液，在氮气保护下，加入颗粒状海
绵、硝酸铈铵，依次用磷酸氢钠溶液、去离子水中对产物进行清洗，干燥后得到改性的吸水海绵；颗粒状海绵、硝酸铈铵的质量比为15:0.8，颗粒状海绵为15g，硝酸铈铵为0.8g。
38.实施例2
39.一种适合植物生长的吸水海绵的制备方法包括以下步骤：将聚乙烯醇、淀粉、去离子水超声搅拌0.8h，得到淀粉混合溶液；向其中加入甲醛后超声搅拌1.5h，加入盐酸后在70℃下发泡4h，剪切成颗粒状，得到一种适合植物生长的吸水海绵；
40.以重量份数计，吸水海绵中各组分含量为：聚乙烯醇10份、淀粉5份、甲醛8份、盐酸3份、去离子水22份；
41.颗粒状海绵的粒径为5mm；
42.淀粉为辐照玉米淀粉、辐照酶解淀粉和辐照氧化淀粉以质量比为1:1:2配比而成；辐照玉米淀粉质量为1g，辐照酶解淀粉1g，辐照氧化淀粉为2g；
43.辐照酶解淀粉的制备方法包括以下步骤：用4kgy辐照玉米淀粉，加入去离子水配成质量分数为28％的淀粉乳液，调节ph为6，加入α-淀粉酶在55℃下搅拌反应，调节ph为2.9，离心、洗涤、烘干得到辐照酶解淀粉；
44.辐照氧化淀粉的制备方法包括以下步骤：用4kgy辐照玉米淀粉，加入去离子水配成质量分数为28％的淀粉乳液，调节ph为9，加入硫酸亚铁搅拌，在45℃下加过氧化氢，调节ph至6.1，然后加入等摩尔亚硫酸氢钠，离心、洗涤、烘干后得到辐照氧化淀粉；以重量份数计，过氧化氢用量为7.8％；
45.吸水海绵改性处理，改性处理包括以下步骤：将聚合抗菌型两性离子单体磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯、硝酸溶液混合搅拌，得到硝酸混合溶液，在氮气保护下，加入颗粒状海绵、硝酸铈铵，依次用磷酸氢钠溶液、去离子水中对产物进行清洗，干燥后得到改性的吸水海绵；颗粒状海绵、硝酸铈铵的质量比为15:0.8；颗粒状海绵为15g，硝酸铈铵为0.8g。
46.实施例3
47.一种适合植物生长的吸水海绵的制备方法包括以下步骤：将聚乙烯醇、淀粉、去离子水超声搅拌1h，得到淀粉混合溶液；向其中加入甲醛后超声搅拌2h，加入盐酸后在80℃下发泡4h，剪切成颗粒状，得到一种适合植物生长的吸水海绵；
48.以重量份数计，吸水海绵中各组分含量为：聚乙烯醇15份、淀粉8份、甲醛10份、盐酸5份、去离子水30份；
49.颗粒状海绵的粒径为6mm；
50.淀粉为辐照玉米淀粉、辐照酶解淀粉和辐照氧化淀粉以质量比为1:1:2.4配比而成；辐照玉米淀粉质量为1g，辐照酶解淀粉1g，辐照氧化淀粉为2.4g；
51.辐照酶解淀粉的制备方法包括以下步骤：用4kgy辐照玉米淀粉，加入去离子水配成质量分数为28％的淀粉乳液，调节ph为6.2，加入α-淀粉酶在60℃下搅拌反应，调节ph为3，离心、洗涤、烘干得到辐照酶解淀粉；
52.辐照氧化淀粉的制备方法包括以下步骤：用4kgy辐照玉米淀粉，加入去离子水配成质量分数为28％的淀粉乳液，调节ph为10，加入硫酸亚铁搅拌，在50℃下加过氧化氢，调节ph至6.2，然后加入等摩尔亚硫酸氢钠，离心、洗涤、烘干后得到辐照氧化淀粉；过氧化氢用量为7.9％；
53.吸水海绵改性处理，改性处理包括以下步骤：将聚合抗菌型两性离子单体磺酸甜
菜碱甲基丙烯酸酯、硝酸溶液混合搅拌，得到硝酸混合溶液，在氮气保护下，加入颗粒状海绵、硝酸铈铵，依次用磷酸氢钠溶液、去离子水中对产物进行清洗，干燥后得到改性的吸水海绵；颗粒状海绵、硝酸铈铵的质量比为15:0.8；颗粒状海绵为15g，硝酸铈铵为0.8g。
54.对比例1
55.一种适合植物生长的吸水海绵的制备方法包括以下步骤：将聚乙烯醇、淀粉、去离子水超声搅拌0.8h，得到淀粉混合溶液；向其中加入甲醛后超声搅拌1.5h，加入盐酸后在70℃下发泡4h，剪切成颗粒状，得到一种适合植物生长的吸水海绵；
56.以重量份数计，吸水海绵中各组分含量为：聚乙烯醇10份、淀粉5份、甲醛8份、盐酸3份、去离子水22份；
57.颗粒状海绵的粒径为5mm；
58.淀粉为辐照玉米淀粉、辐照酶解淀粉和辐照氧化淀粉以质量比为1:1:2配比而成；辐照玉米淀粉质量为1g，辐照酶解淀粉1g，辐照氧化淀粉为2g；
59.辐照酶解淀粉的制备方法包括以下步骤：用4kgy辐照玉米淀粉，加入去离子水配成质量分数为28％的淀粉乳液，调节ph为6，加入α-淀粉酶在55℃下搅拌反应，调节ph为2.9，离心、洗涤、烘干得到辐照酶解淀粉；
60.辐照氧化淀粉的制备方法包括以下步骤：用4kgy辐照玉米淀粉，加入去离子水配成质量分数为28％的淀粉乳液，调节ph为9，加入硫酸亚铁搅拌，在45℃下加过氧化氢，调节ph至6.1，然后加入等摩尔亚硫酸氢钠，离心、洗涤、烘干后得到辐照氧化淀粉；以重量份数计，过氧化氢用量为7.8％。
61.对比例2
62.一种适合植物生长的吸水海绵的制备方法包括以下步骤：将聚乙烯醇、淀粉、去离子水超声搅拌0.8h，得到淀粉混合溶液；向其中加入甲醛后超声搅拌1.5h，加入盐酸后在70℃下发泡4h，剪切成颗粒状，得到一种适合植物生长的吸水海绵；
63.以重量份数计，吸水海绵中各组分含量为：聚乙烯醇10份、淀粉5份、甲醛8份、盐酸3份、去离子水22份；
64.颗粒状海绵的粒径为5mm；
65.淀粉为辐照玉米淀粉、辐照酶解淀粉和辐照氧化淀粉以质量比为1:1:2.6配比而成；辐照玉米淀粉质量为1g，辐照酶解淀粉1g，辐照氧化淀粉为2.6g；
66.辐照酶解淀粉的制备方法包括以下步骤：用4kgy辐照玉米淀粉，加入去离子水配成质量分数为28％的淀粉乳液，调节ph为6，加入α-淀粉酶在55℃下搅拌反应，调节ph为2.9，离心、洗涤、烘干得到辐照酶解淀粉；
67.辐照氧化淀粉的制备方法包括以下步骤：用4kgy辐照玉米淀粉，加入去离子水配成质量分数为28％的淀粉乳液，调节ph为9，加入硫酸亚铁搅拌，在45℃下加过氧化氢，调节ph至6.1，然后加入等摩尔亚硫酸氢钠，离心、洗涤、烘干后得到辐照氧化淀粉；以重量份数计，过氧化氢用量为7.8％；
68.吸水海绵改性处理，改性处理包括以下步骤：将聚合抗菌型两性离子单体磺酸甜菜碱甲基丙烯酸酯、硝酸溶液混合搅拌，得到硝酸混合溶液，在氮气保护下，加入颗粒状海绵、硝酸铈铵，依次用磷酸氢钠溶液、去离子水中对产物进行清洗，干燥后得到改性的吸水海绵；颗粒状海绵、硝酸铈铵的质量比为15:0.8；颗粒状海绵为15g，硝酸铈铵为0.8g。
2.4)配比而成，可大幅提升吸水海绵的综合性能，对吸水海绵改性处理，大幅提升抗菌持久性，延长海绵的使用寿命。
90.以上所述仅为本发明的为实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。