本发明专利技术涉及一种具有缓释氮磷肥功能的秸秆基高吸水树脂的制备方法。它是由小麦秸秆、丙烯酸、聚乙烯醇为交联聚合物，在引发剂和交联剂的作用下接枝共聚形成三维网状聚合物，同时与交联聚合物聚乙烯醇互穿得到的半互穿网络结构的高吸水树脂，而加入的氮肥部分与丙烯酸进行了反应，部分进行了自缩合反应而包埋在树脂中；加入的磷肥则直接以其自身形态被包埋在树脂中。本发明专利技术制备的具缓释氮磷肥功能的高吸水树脂具有很好的吸水、耐盐及给作物持续提供肥料的性能，强度高，而且成本低，生产过程简单方便，可在农业保水及肥料施用中广泛应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有缓释肥料功能的半互穿网络结构的秸杆基高吸水树脂的制备方法，属于化学及环境
。
技术介绍
干旱缺水和土壤退化是制约我国农业可持续发展的重要因素。我国土地辽阔，有大面积的沙漠及干旱、半干旱地带。近年来，随着全球气候变暖，干旱加剧，农田干旱面积不断扩大。研究发现，在农业上使用高吸水性树脂，不仅可以减少灌溉水消耗、降低作物死亡率、加快作物生长、提高作物产量，而且可改良土壤，增加土壤抗侵蚀能力。所以，高吸水性树脂在农业中有着广泛的应用前景。 缓释肥料是能够在整个生长季节，甚至几个生长季节缓慢释放植物营养元素的肥料。在主要的营养元素中，氮的需用量是最大的，而在土壤中的保留量却最小。磷元素是组成原生质、核细胞的重要元素，能促进作物生长发育，开花结果。因此，研制具有缓释磷肥功能的高吸水性树脂具有重大意义。如果将普通磷肥与尿素通过缓释技术制备成缓释肥料就可以避免氮磷肥的浪费和由此引起的环境污染问题。CN200610042899.9公开了一种具有缓释肥料功能的纳米复合保水剂的制备方法，将丙烯酸加入反应器中，加入蒸馏水溶解后，再加入有机化凹凸棒土、腐殖酸、交联剂和引发剂，升温至40-70°C，反应2-4小时，反应结束后，产物用甲醇的水溶液洗涤，在60-80°C下烘干至恒重，粉碎，得到具有缓释肥料功能的保水剂。该专利文件得到的高吸水性树脂虽然具有缓释肥料的功能，但其产物在土壤中不易降解。而且，其原料为凹凸棒粘土，此原料并不普及。 IPN即互穿聚合物网络结构，是两种或两种以上的共混聚合物，分子链相互贯穿，并至少一种聚合物分子链以化学键的方式交链而形成的网络结构。由于IPN材料中2种或2种以上的聚合物网络相互缠结，互穿而不失去原聚合物固有的特性，从而获得其他聚合物无法比拟的独特性能。由于IPN材料表现出比一般共混更优良的力学性能和相容性，因此广泛用于对高聚物材料的改性。而一种线性高分子与一种交联聚合物网络互穿在一起称为半互穿聚合物网络结构(sem1-1PN)，目前该结构主要应用于涂料、粘合剂等领域，而在高吸水树脂方面的应用相对较少。 小麦秸杆是一种可再生的资源，不仅资源丰富，成本低廉，而且纤维素含量可高达40%左右。利用小麦秸杆的纤维素制备具有缓释氮磷肥功能的高吸水性树脂，可得到可生物降解、成本较低、耐盐性能较好的产物，同时，秸杆中的其他成分如木质素、半纤维素等均是有利于培肥土壤的有机质。但是，小麦秸杆多用于燃烧、堆积等，不仅污染环境，而且不利于资源的充分利用。
技术实现思路
针对现有技术中具有缓释肥料功能的高吸水树脂产品强度不高、耐盐性和环境友好型较差的问题，本专利技术提供一种具有保水保肥双重功效的环境友好型高吸水性树脂的制备方法，尤其提供一种具有缓释氮磷肥功能的秸杆基高吸水树脂的制备方法。该树脂是由处理后的小麦秸杆、丙烯酸、聚乙烯醇、尿素及磷酸氢二钾为主要原料合成的。 本专利技术的技术方案如下: 一种具有缓释氮磷肥功能的秸杆基高吸水树脂的制备方法，步骤如下: (I)将小麦秸杆清洗后烘干，粉碎，过100目筛，收集过筛的秸杆粉末备用； (2)将步骤(1)得到的秸杆粉末在浓度为10~15wt%的氨水中浸泡40~55小时，抽滤，固体用水清洗，65~75°C下烘干，所述步骤(1)得到的秸杆粉末和氨水的质量比为 1:(10 ~14)； (3)取步骤⑵烘干后得到的秸杆粉末，在95~105°C温度下于0.5~2mol/L的硝酸溶液中处理40~50min，抽滤，固体用水清洗，65~75°C下烘干，研磨，过100目筛，备用； (4)取步骤(3)制得的秸杆粉末置于三口烧瓶中，加入引发剂，引发15~20min ；加入尿素和中和度为55%~95%的丙烯酸,反应15~20min后加入磷酸氢二钾,然后加入分子量为18~20万的聚乙烯醇，最后加入交联剂，在45~55°C下反应3~5小时； 所述步骤⑶制得的秸杆粉末:丙烯酸:聚乙烯醇质量比=1: (6~14): (I~3);引发剂的加量占丙烯酸质量的0.5~3%，交联剂的加量占丙烯酸质量的0.2~1.0% ； 步骤⑶制得的秸杆粉末:尿素:磷酸氢二钾质量比=1: (I~5): (I~4)； (5)反应结束后，将产物取出，在65~80°C下烘干，研磨，过筛，即得。 根据本专利技术优选的，步骤(1)中，小麦秸杆清洗后烘干温度为60~80°C。 根据本专利技术优选的，步骤(3)中，硝酸溶液的浓度为lmol/L，硝酸溶液的处理温度为 98 ~102°C。 根据本专利技术优选的，步骤(4)中，所述的引发剂为过硫酸钾、硝酸铈铵和亚硫酸钠组成的复合引发剂，过硫酸钾:硝酸铺铵:亚硫酸钠的质量比=15:3:5。以纯品计。 根据本专利技术优选的，步骤(4)中，所述的交联剂为N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺。 根据本专利技术优选的，步骤⑷中，所述步骤⑶制得的秸杆粉末:丙烯酸:聚乙烯醇质量比=1: (8~10):2 ； 引发剂的加量占丙烯酸质量的1.5~2%，交联剂的加量占丙烯酸质量的0.4~ 0.5% ； 步骤(3)制得的秸杆粉末:尿素:磷酸氢二钾质量比=1: (I~3): (I~3)。 根据本专利技术优选的，步骤(5)中制得的产品研磨，过10~60目筛；进一步优选20~40目筛。 本专利技术步骤(4)中，所述的中和度55%~95%的丙烯酸是将丙烯酸用6mol/L KOH溶液中和而得。所述的聚乙烯醇是高聚合度聚乙烯醇，其粘度为40.0~65.0。 本专利技术是以小麦秸杆、丙烯酸、尿素、聚乙烯醇和磷酸氢二钾为原料，并在引发剂和交联剂的作用下，发生交联接枝共聚反应得到三维网状结构，同时与聚乙烯醇互穿得到分子结构中同时含氮、磷、钾元素的半互穿网络结构的秸杆基高吸水树脂。该反应属于高价铈离子在水溶剂中引发的自由基氧化-还原接枝共聚。通过引发剂使丙烯酸与秸杆中的纤维素骨架接枝共聚，形成三维空间网络结构，同时在聚乙烯醇线性大分子上激活某些活化点，与接枝共聚物进行互穿。所加入的氮肥以两种形式存在于树脂中:一部分通过尿素与丙烯酸的反应转变为酰胺类化合物而键接在高分子链上，另一部分则通过尿素的自缩合反应以缩脲类化合物的形式被包埋在产物中。所加入的磷肥不参与反应，以其自身形态直接被包埋在高吸水性树脂中。树脂吸水溶胀形成水凝胶后，肥料溶解于水凝胶中，从而向外界溶液中扩散，这样就得到了本专利技术制备的保水缓释肥料。聚合物中含羟基、羧基等亲水性集团，增加树脂的吸水能力，聚乙烯醇则能增加树脂的力学韧性。 本专利技术为保水缓释肥料，主要应用于农业方面，吸水率高，强度好。主要优点在于: 1、在农田中施用本专利技术制得的保水缓释肥料，能降低农田灌溉成本，大幅度降低农田肥料因挥发、淋溶造成的损失。 2、本专利技术以小麦秸杆为原料，其纤维素含量高，与丙烯酸、聚乙烯醇接枝共聚后具有较高的保水性，而且，小麦秸杆为天然肥料，制备的缓释肥料适施用于土壤中，能有效增加肥效，不会对农田造成污染，是一种环境友好型肥料。 3、本专利技术成本低，生产过程简单方便，反应条件温和，环保无污染，可在农业保水及肥料施用中广泛应用。 【附图说明】 图1为本专利技术实施例1所得具有缓释氮磷肥功能的秸杆基高吸水树脂的扫描电图。 图2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有缓释氮磷肥功能的秸秆基高吸水树脂的制备方法，步骤如下：(1)将小麦秸秆清洗后烘干，粉碎，过100目筛，收集过筛的秸秆粉末备用；(2)将步骤(1)得到的秸秆粉末在浓度为10～15wt％的氨水中浸泡40～55小时，抽滤，固体用水清洗，65～75℃下烘干，所述步骤(1)得到的秸秆粉末和氨水的质量比为1：(10～14)；(3)取步骤(2)烘干后得到的秸秆粉末，在95～105℃温度下于0.5～2mol/L的硝酸溶液中处理40～50min，抽滤，固体用水清洗，65～75℃下烘干，研磨，过100目筛，备用；(4)取步骤(3)制得的秸秆粉末置于三口烧瓶中,加入引发剂，引发15～20min；加入尿素和中和度为55％～95％的丙烯酸，反应15～20min后加入磷酸氢二钾，然后加入分子量为18～20万的聚乙烯醇，最后加入交联剂，在45～55℃下反应3～5小时；所述步骤(3)制得的秸秆粉末：丙烯酸：聚乙烯醇质量比＝1：(6～14)：(1～3)；引发剂的加量占丙烯酸质量的0.5～3％，交联剂的加量占丙烯酸质量的0.2～1.0％；步骤(3)制得的秸秆粉末：尿素：磷酸氢二钾质量比＝1：(1～5)：(1～4)；(5)反应结束后，将产物取出，在65～80℃下烘干，研磨，过筛，即得。...
【技术特征摘要】
1.一种具有缓释氮磷肥功能的秸杆基高吸水树脂的制备方法，步骤如下: (1)将小麦秸杆清洗后烘干，粉碎，过100目筛，收集过筛的秸杆粉末备用； (2)将步骤(1)得到的秸杆粉末在浓度为10~15wt%的氨水中浸泡40~55小时，抽滤，固体用水清洗，65~75°C下烘干，所述步骤(1)得到的秸杆粉末和氨水的质量比为1:(10 ~14)； (3)取步骤⑵烘干后得到的秸杆粉末，在95~105°C温度下于0.5~2mol/L的硝酸溶液中处理40~50min，抽滤，固体用水清洗，65~75°C下烘干，研磨，过100目筛，备用； (4)取步骤(3)制得的秸杆粉末置于三口烧瓶中，加入引发剂，引发15~20min;加入尿素和中和度为55%~95%的丙烯酸,反应15~20min后加入磷酸氢二钾,然后加入分子量为18~20万的聚乙烯醇，最后加入交联剂，在45~55°C下反应3~5小时； 所述步骤⑶制得的秸杆粉末:丙烯酸:聚乙烯醇质量比=1:(6~14):(1~3);弓|发剂的加量占丙烯酸质量的0.5~3%，交联剂的加量占丙烯酸质量的0.2~1.0% ; 步骤⑶制得的秸杆粉末:尿素:磷酸氢二钾质量比=1: (I~5): (I~4)； (5)反应结束后，将产物取出，在65~80°C下烘干，研磨，过筛，即得。2.根据权利要求1所述的具有缓释氮磷肥功能的秸杆基高吸水树脂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李倩，李小娣，苏园，岳钦艳，高宝玉，苏屹，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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