一种半互穿凝胶包裹生物炭基保水增肥剂及其制备方法技术

一种半互穿凝胶包裹的生物炭基保水增肥复合剂的制备方法，其特征在于新型保水增肥复合剂按以下重量份配置：环境敏感高分子复合单体5~25份、混合生物炭10~35份、羧甲基纤维素0.5~4.5份、琼脂0.1~0.8份、皂土0.5~2.5份、N,N‑亚甲基双丙烯酰胺0.1~0.6份、过硫酸钾0.2~0.5份、水40~75份。本发明专利技术所采用的环境敏感半互穿凝胶随外界环境温度、pH变化能作出响应，通过凝胶网络的收缩/溶胀过程形成了智能化的保水保肥复合体系，而蔗叶生物炭和其它不同物料来源的生物质炭混合进一步提高土壤肥力。本发明专利技术提供的保水增肥复合剂制备过程简单、成本低廉、原料可再生、及有绿色环保的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种半互穿凝胶包裹生物炭基保水增肥剂及其制备方法
本专利技术涉及一种保水增肥剂及其制备方法，尤其涉及一种半互穿凝胶包裹的生物炭基保水增肥复合剂及其制备方法，属保水控肥

技术介绍
高分子凝胶材料体在农田保水保肥方面具有重要的应用价值。传统的高分子凝胶往往缺乏区域环境适应性，其保水保肥性能得不到充分发挥。与传统的高分子材料相比，环境敏感型高水凝胶（如温度敏感性水凝胶、pH敏感性水凝胶）是一类理想的保水保肥材料，其在养分肥料控释、水肥管理等方面具有很大的应用潜力。特别是，聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶及其共聚物是一类具有温度敏感性的水凝胶，在30℃左右体积剧烈变化并产生相分离，这个温度被定义为较低临界溶液温度（LCST）。当外界环境温度低于LCST，温敏性水凝胶通过高分子网络溶胀作用大量吸水；反之，外界温度高于LCST时，温敏性水凝胶三维网络剧烈收缩并将所吸收于凝胶内部的水排出。这种独特的“溶胀吸水/收缩排水”特性，对于亚热带气候条件下进一步促进水肥一体化管理过程具有重要的应用意义。另一方面，生物炭是一种低成本、多功能的环保材料，已被广泛用于农田酸性土壤改良、温室气体减排以及环境污染修复等领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种半互穿凝胶包裹的保水增肥复合剂及其制备方法，采用该方法所制备的保水增肥材料可显著提高农田水肥利用效率。为达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术的一种半互穿凝胶包裹的保水增肥复合剂的制备方法，其特征在于制备步骤如下：（1）按重量份配置，取环境敏感型高分子复合单体5~25份、混合生物炭10~35份、羧甲基纤维素0.5~4.5份、琼脂0.1~0.8份、皂土0.5~2.5份、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.1~0.6份、过硫酸钾0.2~0.5份、水40~75份，混匀；（2）80～85℃加热15~60min，然后，冷却至室温，即为半互穿凝胶包裹的保水增肥复合剂。其中，所述环境敏感型高分子复合单体为温度敏感高分子单体N-异丙基丙烯酰胺、pH敏感高分子单体丙烯酸和丙烯酸钠。所述环境敏感型高分子复合单体中温度敏感高分子单体和pH敏感高分子单体的重量比为1∶0.5~3。所述混合生物炭为蔗叶生物炭和另一种不同物料来源的生物炭的混合物，所述不同物料来源的生物炭为蔗渣生物炭、或玉米芯生物炭、或花生壳生物炭、或稻壳生物炭、或油菜籽壳生物炭。所述混合生物炭为两种不同物料来源的生物炭混合，其重量比为1∶0.05~0.5。所述复合单体的重量占比为N-异丙基丙烯酰胺50%、丙烯酸30%和丙烯酸钠20%。所述混合生物炭的重量占比为蔗叶生物炭70%、玉米芯生物炭30%。本专利技术的优点及有益效果是：本专利技术采用温度和pH双敏感型水凝胶包裹不同来源的生物炭，充分结合了人工/合成高分子材料、可再生生物质炭、有机无/机充粘结剂，进而构建具有环境敏感型的保水增肥复合体系，通过外界环境温度、pH的变化控制凝胶复合体系中水分、养分吸纳与供给过程，极大增加了其在提高农田水肥资源利用效率方面的应用潜力。本专利技术具有以下优点：1、采用温度和pH双敏感型水凝胶包裹体系，通过智能高分子的三维网络，增强水肥的吸纳与供给效果。2、同时结合人工/合成高分子材料、可再生生物质炭、有机无/机充粘结剂，实现不同材料的优势互补，其中生物质原料可再生、成本低廉，炭化制备过程简单易行、经济环保。本专利技术采用的环境敏感半互穿凝胶能够随外界环境温度、pH变化作出响应，通过高分子聚合物三维网络的收缩/溶胀过程形成了保水保肥的复合体系，不仅大幅度提高了雨水资源和肥料的利用效率，同时也改善了土壤结构和质量。本专利技术使用的蔗叶生物炭和其它不同物料来源的生物质炭按比例混合，所得混合生物炭具有更加丰富的植物必需的营养元素，补足土壤亏缺的大量和中微量的植物营养元素，进一步增强土壤养分平衡与培肥地力。本专利技术提供的保水增肥复合剂制备过程简单、成本低廉、原料可再生，并且具有环境友好、智能化、绿色环保的优点。具体实施方式为了进一步阐明本专利技术而不是限制本专利技术，以下结合实例加以说明。以下将结合具体实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。若未特别指明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所采用的试剂和产品也均为可商业获得的。所用试剂的来源、商品名以及有必要列出其组成成分者，均在首次出现时标明。实施例1、一种半互穿凝胶包裹的保水增肥复合剂的制备方法，包括以下步骤：（1）按重量份配置，取环境敏感型高分子复合单体25份、混合生物炭30份、羧甲基纤维素2.0份、琼脂0.3份、皂土0.5份、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.3份、过硫酸钾0.5份、水50份；所述复合单体的重量份占比为N-异丙基丙烯酰胺50%、丙烯酸30%和丙烯酸钠20%；混匀，80～85℃加热15~60min，然后，冷却至室温，即为半互穿凝胶包裹的保水增肥复合剂；所述混合生物炭的重量占比为蔗叶生物炭70%、玉米芯生物炭30%。称取本实施例的保水增肥复合剂，与50克的蔗田连作土壤混合，添加的复合剂占土壤干重的1%~5%，并设置不添加复合剂的土壤为对照。将土壤或土壤混合物转移至装有滤纸的漏斗，漏斗底部放置装有250ml水的塑料瓶，室温下静置培养，并适时加水，保证漏斗底部滤纸始终保持在水面以下。定期测量土壤含水量，测量结果表明，与对照土壤相比，本专利技术的保水增肥剂添加土壤的持水量最高增加了50%以上，说明所使用的复合剂显著提高了土壤的保水效果。当土壤持水量达到平衡后，倒空塑料瓶中的水，从土壤表面处加入50mg/L的尿素溶液，定期从塑料瓶中收集淋溶液，检测淋溶液中尿素氮的浓度变化。检测结果表明，添加保水增肥剂的土壤中尿素氮比对照土壤下降了70%以上，说明保水增肥剂大幅度提高土壤的保肥性能。实施例2、一种半互穿凝胶包裹的保水增肥复合剂的制备方法，包括以下步骤：（1）按重量份配置，取环境敏感型高分子复合单体10份、混合生物炭25份、羧甲基纤维素1.5份、琼脂0.6份、皂土1.5份、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.2份、过硫酸钾0.5份、水60份；混匀，80～85℃加热15~60min，冷却后所得产物即为复合剂；所述复合单体的重量占比为N-异丙基丙烯酰胺50%、丙烯酸30%和丙烯酸钠20%；所述混合生物炭的重量占比为蔗叶生物炭70%、玉米芯生物炭30%。本实施例的环境敏感型半互穿凝胶包裹的保水增肥复合剂，除可作为水分、肥料缓释材料外，其自身可作为一种辅助缓释肥料使用。按重量份数，取0.5~10份本专利技术的保水增肥复合剂于塑料瓶中，加入50~100份水，混匀后置于恒温摇床，在25℃的恒温条件下以50~200转/min持续搅拌。分析结果表明，本专利技术的保水增肥复合剂持续不断释放出氮、磷、钾、钙、镁、硫、钼和锌，这些养分形态均具有生物有效性，主要包括铵态氮、硝态氮、磷酸盐、钾离子、钙离子、镁离子、硫酸盐、铜离子、锰离子、锌离子，钼离子可溶态的速效养分。可见，应用半互穿凝胶包裹的生物炭作为保水增肥复合剂兼具保水和增加肥效的功能，是一种环境友好型水肥缓控材料。此外，蔗叶与不同物料来源的生物炭含有丰富的有效态氮、磷、钾，具有稳定、可循环的复合肥料效应；生物炭本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半互穿凝胶包裹生物炭基保水增肥复合剂的制备方法，其特征在于制备步骤如下：（1）按重量份配置，取环境敏感型高分子复合单体5~25份、混合生物炭10~35份、羧甲基纤维素0.5~4.5份、琼脂0.1~0.8份、皂土0.5~2.5份、N,N‑亚甲基双丙烯酰胺0.1~0.6份、过硫酸钾0.2~0.5份、水40~75份，混匀；（2）80～85℃加热15~60min，然后，冷却至室温，即为半互穿凝胶包裹的保水增肥复合剂。

【技术特征摘要】
1.一种半互穿凝胶包裹生物炭基保水增肥复合剂的制备方法，其特征在于制备步骤如下：（1）按重量份配置，取环境敏感型高分子复合单体5~25份、混合生物炭10~35份、羧甲基纤维素0.5~4.5份、琼脂0.1~0.8份、皂土0.5~2.5份、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.1~0.6份、过硫酸钾0.2~0.5份、水40~75份，混匀；（2）80～85℃加热15~60min，然后，冷却至室温，即为半互穿凝胶包裹的保水增肥复合剂。2.根据权利要求1所述的一种半互穿凝胶包裹生物炭基保水增肥复合剂的制备方法，其特征在于所述环境敏感型高分子复合单体为温度敏感高分子单体N-异丙基丙烯酰胺、pH敏感高分子单体丙烯酸和丙烯酸钠。3.根据权利要求1所述的一种半互穿凝胶包裹生物炭基保水增肥复合剂的制备方法，其特征在于所述环境敏感型高分子复合单体中温度敏感高分子单体和pH敏感高分子单体的重量比为1∶0.5~3。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡朝华，袁照年，
申请(专利权)人：福建农林大学，
类型：发明
国别省市：福建,35