一种玉米芯纤维素基农林保水剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种玉米芯纤维素基农林保水剂的制备方法，玉米芯颗粒通过进行碱解、氧漂预处理后用去离子水配制玉米芯纤维素悬浊液；加入腐殖酸调节该悬浊液pH后进行酶解，酶解结束后与丙烯酸中和度30％的二元单体进行缩聚，制得凝胶状的玉米芯纤维素基农林保水剂。本发明专利技术将原材料玉米芯与丙烯酸单体的质量比增至4:9，所得保水剂的吸水性能符合标准，且保水剂在失效降解后可以为土壤和植物提供养分物质，实现农林废弃物资源的循环再利用。实现农林废弃物资源的循环再利用。

【技术实现步骤摘要】
一种玉米芯纤维素基农林保水剂的制备方法


[0001]本专利技术属于农林保水剂材料和农林废弃物资源再利用
，涉及一种玉米芯纤维素基农林保水剂的制备方法。

技术介绍

[0002]玉米是主要粮食作物之一，年产量巨大。而玉米芯是玉米生产过程中的副产物，其质量约占玉米产量的1/3，纤维素作为玉米芯的主要成分，占比可达40％～45％。据统计，目前每年能够得到利用的玉米芯约占其总量的17％，大部分玉米芯作为农林废弃物直接被丢弃或燃烧，造成了极大的资源浪费和环境污染。
[0003]以纤维素作为原料合成高吸水性树脂(super
‑
absorbent polymer，SAP)，具有原材料来源丰富、价格低廉、可再生、可微生物降解、安全无毒、吸水保水性良好、耐盐等特点，在农林业生产、水土保持和荒漠化修复方面具有巨大的应用潜力。但是，天然纤维素的高度结晶结构使大部分羟基处于氢键缔结状态，限制了其吸水能力，因此需将原材料中的纤维素进行处理，并通过化学方法与丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)等物质接枝、交联以增强其吸水能力和吸水后的凝胶强度。
[0004]目前纤维素基保水剂的合成工艺中，原材料的纤维素提纯等处理过程存在能源消耗高和废料产生多的问题，并且原材料与单体(例如丙烯酸)的质量比不超过1:7，因此亟需提出一种符合清洁生产指标、同时提升纤维素原材料利用占比的农林保水剂合成工艺。中国专利CN106635036A公开了一种可降解的大棚种植用复合保水剂，其制备工艺无需单独提取纤维素，故降低了废物排放，而且制得的保水剂吸水后为凝胶颗粒，但是该专利中原材料纤维素有50％～59％是化学品羧甲基纤维素，天然纤维素农作物秸秆用量较低，尿素、硫酸钾和氯化钾等物料添加量超过了天然纤维素的用量，而且制得的保水剂无吸水倍率效果说明。中国专利CN103993042A公开了纤维素类物质(例如玉米芯)“经碱法预处理、木聚糖酶酶解、固液分离后分别制得半纤维素水解液(木糖液)和固相残渣”的工艺过程。但是该专利碱法预处理工艺中碱的浓度低，不足以降低纤维素的结晶度，最终利用纤维素类物质制得的是生物乙醇和普鲁兰糖。

技术实现思路

[0005]为解决上述现有技术中存在的问题和不足，本专利技术提供一种清洁、环保、廉价的玉米芯纤维素基农林保水剂的制备方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0007]该玉米芯纤维素基农林保水剂的制备方法包括以下步骤：
[0008]1)将玉米芯原料依次进行碱解、氧漂处理，得到玉米芯纤维素固形物；
[0009]2)将玉米芯纤维素固形物制成悬液后直接在引发剂和交联剂作用下与由聚合单体和交联单体构成的二元单体进行缩聚，或者，将玉米芯纤维素固形物制成悬液后经过改性处理再在引发剂和交联剂作用下与由聚合单体和交联单体构成的二元单体进行缩聚；所
述玉米芯原料:聚合单体的质量比≥1/7，缩聚前聚合单体的中和度≤70％；
[0010]3)将经过步骤2缩聚得到的凝胶状产物进行制粒后干燥，得到玉米芯纤维素基农林保水剂。
[0011]优选的，所述步骤1具体包括以下步骤：
[0012]1.1)将玉米芯颗粒用质量分数10％～24％的氢氧化钾(KOH)溶液在15～35℃条件下浸渍8～24h，然后通过离心进行固液分离，得到钾碱处理的玉米芯纤维素固形物；碱法预处理(碱解)中纤维素晶格发生溶胀，降低纤维素的结晶度，提高纤维素在缩合反应中的反应活性；
[0013]1.2)将步骤1.1得到的玉米芯纤维素固形物用质量分数2％～6％的过氧化氢溶液在15～35℃条件下浸渍8～24h，然后通过离心进行固液分离，得到漂白的玉米芯纤维素固形物。
[0014]优选的，所述步骤1.1中，玉米芯颗粒是将干燥玉米芯粉碎后过10～40目筛(粒径0.425～2mm)而得到的。
[0015]优选的，所述步骤1.1中，玉米芯颗粒的质量为氢氧化钾溶液质量的5％～50％。
[0016]优选的，所述步骤1.2中，过氧化氢溶液用量相当于为步骤1.1中的玉米芯颗粒质量的3～7.5倍。
[0017]优选的，所述步骤1.1和步骤1.2中，离心的条件为：转速为4000～8000rpm，每次离心的时间为4～8min，次数为1～5次。
[0018]优选的，所述步骤2中，悬液的配制条件为：以利用2～6g玉米芯原料(具体为玉米芯颗粒)制得的玉米芯纤维素固形物(具体指步骤1.2所得玉米芯纤维素固形物)使用10～15g水的比例，将该玉米芯纤维素固形物与水在15～35℃条件下混匀。
[0019]优选的，所述步骤2中，改性处理包括以下步骤：通过加入一定量腐殖酸，调整悬液的pH至4～6。
[0020]优选的，所述步骤2中，改性处理还包括以下步骤：在悬液中加入腐殖酸后，再按照每4g玉米芯原料使用≤1g生物酶的比例加入生物酶进行酶解，其中，酶解的温度为15～35℃，时间为4～8h。
[0021]优选的，所述生物酶选自β
‑
1,4
‑
葡聚糖
‑4‑
葡聚糖水解酶、木聚糖酶、葡甘聚糖酶、Mn
‑
过氧化氢酶、漆酶的一种或多种。这些生物酶可以作用于玉米芯中纤维素的1,4
‑
β
‑
D
‑
葡萄糖苷键，催化水解纤维素分子为低聚纤维素和糖；将半纤维素聚合物降解为单糖或寡糖；在木素聚合物内形成自由基，从而破坏木质素大分子。
[0022]优选的，所述步骤2中，二元单体的制备方法具体包括以下步骤：在中和反应釜中投入一定量的聚合单体和交联单体，在搅拌、
–
2～0℃水浴的条件下再加入碱性试剂，从而通过发生酸碱中和反应使得聚合单体的中和度达到30％～50％。
[0023]优选的，所述聚合单体为丙烯酸(AA)，交联单体为2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸(AMPS)，酸碱中和反应中丙烯酸(AA)的用量按照玉米芯原材料:丙烯酸(AA)的质量比为2～6:9确定。
[0024]优选的，所述丙烯酸(AA)和2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸(AMPS)的质量比为9～18:1。
[0025]优选的，所述丙烯酸(AA)和2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸(AMPS)的质量比为9～
12:1。
[0026]优选的，所述酸碱中和反应的条件为：反应温度为
–
2～0℃，反应时间为10～20min，反应中采用的碱性试剂为氢氧化钾溶液，该溶液中氢氧化钾的质量分数是25％～35％。
[0027]优选的，所述步骤2中，缩聚的条件为：以过硫酸钾(KPS)或过硫酸铵(APS)为引发剂，N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)为交联剂，在55～65℃的恒温水浴中进行缩聚交联反应2～5h。
[0028]优选的，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种玉米芯纤维素基农林保水剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将玉米芯原料依次进行碱解、氧漂处理，得到玉米芯纤维素固形物；2)将玉米芯纤维素固形物制成悬液后在引发剂和交联剂作用下与聚合单体和交联单体进行缩聚，或者，将玉米芯纤维素固形物制成悬液后经过改性处理再在引发剂和交联剂作用下与聚合单体和交联单体进行缩聚；所述玉米芯原料:聚合单体的质量比≥1/7，缩聚前聚合单体的中和度≤70％；3)将经过缩聚得到的凝胶状产物进行制粒后干燥，得到玉米芯纤维素基农林保水剂。2.根据权利要求1所述一种玉米芯纤维素基农林保水剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1具体包括以下步骤：将玉米芯颗粒用质量分数10％～24％的氢氧化钾溶液在15～35℃条件下浸渍8～24h后进行固液分离，然后用质量分数2％～6％的过氧化氢溶液在15～35℃条件下浸渍8～24h，再进行固液分离，得到玉米芯纤维素固形物。3.根据权利要求1所述一种玉米芯纤维素基农林保水剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，悬液的配制条件为：以利用2～6g玉米芯原料制得的玉米芯纤维素固形物使用10～15g水的比例，将该玉米芯纤维素固形物与水在15～35℃条件下混匀。4.根据权利要求1所述一种玉米芯纤维素基农林保水剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，改性处理包括以下步骤：通过加入一定量腐殖酸，调整悬液的pH至4～6。5.根据权利要求4所述一种玉米芯纤维素基农林保水剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，改性处理还包括以下步骤：在悬液中加入腐殖酸后，再按...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵串串，王羽琴，王竞铮，王御钦，张莎，谢林花，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：