一種可降解玉米芯生物質(zhì)保水劑的制備方法與流程

本發(fā)明屬于生物質(zhì)材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及保水劑，尤其涉及一種可降解玉米芯生物質(zhì)保水劑的制備方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，植物纖維資源豐富，玉米芯是玉米脫去籽粒后的穗軸，一般占玉米穗的20-30%左右。2015/16年度中國(guó)玉米產(chǎn)量預(yù)計(jì)為2.25億噸，可以副產(chǎn)4000萬(wàn)噸的玉米芯，每年數(shù)千萬(wàn)噸的玉米芯被燒掉，既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境。對(duì)玉米芯深加工不但可以提高玉米副產(chǎn)品的利用價(jià)值，又具有較高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的發(fā)展前景。玉米芯含有豐富的纖維素(32%-36%),半纖維素(35%-40%)和木質(zhì)素(17%-20%)，玉米芯粉本身具有海綿結(jié)構(gòu)可吸收四倍于自重的液體，是一種很有發(fā)展的吸附材料資源，而且具有許多毛細(xì)管作用的纖維狀物質(zhì)。但是通常都是直接將玉米芯粉碎曬干，直接糊化、加交聯(lián)劑、引發(fā)劑等制備可降解生物質(zhì)保水劑，采用此方法制備的保水劑吸水能力有限，保水時(shí)間有限，在干旱的地區(qū)使用時(shí)，用量大，成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種利用改性玉米芯制備可降解生物質(zhì)保水劑的方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的一種可降解玉米芯生物質(zhì)保水劑的制備方法，具體包括以下步驟：

A.改性玉米芯：先用粉碎機(jī)將干燥的玉米芯粉碎至5-500目，經(jīng)微波輻射100-300w改性5-20min，然后酸酐改性；所述酸酐改性是將微波輻射后的玉米芯投入0.1-1mol/L酸酐溶液中，在50-90℃下改性4-10h，然后用水沖洗2-3次，烘干，備用；

B.制備可降解生物質(zhì)保水劑：將步驟A中二次改性后的玉米芯粉末分散于水中，在30-80℃糊化0.5-1h；然后向該分散體系中加入丙烯酰胺，攪拌均勻，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加入交聯(lián)劑、引發(fā)劑至凝膠生成，最后用乙醇洗滌，干燥，即得可降解玉米芯生物質(zhì)保水劑。

所述的酸酐溶液是甲酸酐、乙酸酐、鄰苯二甲酸酐、馬來(lái)酸酐中的任意一種。

所述改性玉米芯粉末與丙烯酰胺的質(zhì)量比為：1:5-1:10。

所述交聯(lián)劑為：N，N-二甲基甲酰胺、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺、丙三醇、雙氧水中的任意一種。

所述引發(fā)劑為：過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸銨-亞硫酸氫鈉、過(guò)硫酸鉀、2-酮戊二酸中的任意一種。

優(yōu)選的，所述改性玉米芯粉末與交聯(lián)劑的質(zhì)量比為：100:0.5-100:5。

優(yōu)選的，所述改性玉米芯粉末與引發(fā)劑的質(zhì)量比為：100:1-100:10。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1. 本發(fā)明采用廢棄的玉米芯為原料，大大降低了保水劑的生產(chǎn)成本；本發(fā)明是以改性玉米芯、丙烯酰胺為主要原料，加入交聯(lián)劑、引發(fā)劑，通過(guò)反應(yīng)交聯(lián)聚合而得。本發(fā)明的玉米芯通過(guò)兩次改性，首先通過(guò)對(duì)玉米芯微波照射改性，嚴(yán)格控制時(shí)間和微波照射強(qiáng)度，使玉米芯內(nèi)水分蒸發(fā)、且通過(guò)微波徹底打通玉米芯大分子的內(nèi)部通道，使其內(nèi)部通到更為疏松和通暢，吸附率增加。

2.本發(fā)明在微波照射一次改性后，再采用酸酐對(duì)玉米芯進(jìn)行二次改性，使酸酐與玉米芯的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素上的羥基發(fā)生反應(yīng)，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使玉米芯帶有更強(qiáng)和更多的親水基團(tuán)，同時(shí)還有造孔的作用，進(jìn)一步增大微孔和提高孔隙率。對(duì)玉米芯改性，玉米芯結(jié)構(gòu)具有更多的微孔和孔隙率，吸附性能大大提高。通過(guò)本發(fā)明的方法制備的保水劑與通用的玉米芯保水劑相比具有良好的吸水性、保水性和降解性能，是一種綠色環(huán)保的保水劑。

3.本發(fā)明實(shí)施例中制備的玉米芯生物質(zhì)保水劑的吸水率可達(dá)到320g/g以上，吸0.9％鹽水率為81 g/g以上。通過(guò)高吸水樹脂能夠明顯抑制土壤表面的水分蒸發(fā)，隨著樹脂施用量的增加，抑制蒸發(fā)作用增強(qiáng)。

本發(fā)明保水劑的表征：

1.紅外表征

在670-1048cm^-1出現(xiàn)的是玉米芯的-CH2-振動(dòng)吸收峰，說(shuō)明玉米芯接枝了丙烯酸。

2.熱穩(wěn)定性表征

圖2為保水劑熱穩(wěn)定性曲線。從圖2可以看出，改性玉米芯保水劑從50℃到410 ℃失重率為71%，400-700℃失重率基本穩(wěn)定，這是由于保水劑形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使保水劑具有較好的穩(wěn)定性。

3.掃描電鏡表征

圖3為保水劑的微觀形貌掃描電鏡照片。從照片可以看出，改性玉米芯保水劑吸水前有大量的微孔結(jié)構(gòu)，便面粗糙，比表面積大。從圖4可以看出，與現(xiàn)有的玉米芯為主料生產(chǎn)的保水劑相比本發(fā)明制備的保水劑具有大量的微孔，大量的微孔可以容納更多的水，吸水后比較飽滿。

附圖說(shuō)明

圖1. 本發(fā)明保水劑的紅外光譜圖；

圖2. 保水劑的熱穩(wěn)定性曲線圖；

圖3. 本發(fā)明的改性玉米芯保水劑吸水前的掃描電鏡圖；

圖4. 本發(fā)明的改性玉米芯保水劑吸水后的掃描電鏡圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種可降解玉米芯生物質(zhì)保水劑的制備方法，其具體制備工藝如下：先用粉碎機(jī)將干燥的玉米芯粉碎至200目，稱取1000g在100w下微波輻射改性10min，將微波輻射后的玉米芯投入2L 0.5mol/L的乙酸酐溶液中，在60℃下反應(yīng)4h，然后用水沖洗2-3次，烘干，備用。

稱取二次改性后的玉米芯粉末10g分散于150ml水中，在50℃糊化0.5h；然后向體系中加入80g丙烯酰胺，攪拌均勻，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加入0.12g N,N-亞甲基雙丙烯酰胺、0.8g過(guò)硫酸銨-亞硫酸氫鈉至凝膠生成，最后用95%乙醇洗滌，干燥，即得可降解玉米芯生物質(zhì)保水劑。

實(shí)施例2

一種可降解玉米芯生物質(zhì)保水劑的制備方法，其具體制備工藝如下：先用粉碎機(jī)將干燥的玉米芯粉碎至100目，稱取1000g在200w下微波輻射改性5min，將微波輻射后的玉米芯投入4L 1mol/L的甲酸酐溶液中，在30℃下反應(yīng)10h，然后用水沖洗2-3次，烘干，備用。

稱取二次改性后的玉米芯粉末10g分散于200ml水中，在80℃糊化1h；然后向體系中加入50g丙烯酰胺，攪拌均勻，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加入0.4g N，N-二甲基甲酰胺，0.5g過(guò)硫酸銨至凝膠生成，最后用50%乙醇洗滌，干燥，即得可降解玉米芯生物質(zhì)保水劑。

實(shí)施例3

一種可降解玉米芯生物質(zhì)保水劑的制備方法，其具體制備工藝如下：先用粉碎機(jī)將干燥的玉米芯粉碎至500目，稱取1000g在100w下微波輻射改性20min，將微波輻射后的玉米芯投入2L 0.8mol/L的鄰苯二甲酸酐溶液中，在80℃下反應(yīng)6h，然后用水沖洗2-3次，烘干，備用。

稱取二次改性后的玉米芯粉末10g分散于100ml水中，在65℃糊化0.8h；然后向體系中加入100g丙烯酰胺，攪拌均勻，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加入0.1g 丙三醇，0.6g過(guò)硫酸鉀，最后用50%乙醇洗滌，干燥，即得可降解玉米芯生物質(zhì)保水劑。

實(shí)施例4

一種可降解玉米芯生物質(zhì)保水劑的制備方法，其具體制備工藝如下：先用粉碎機(jī)將干燥的玉米芯粉碎至50目，稱取1000g在150w下微波輻射改性15min，將微波輻射后的玉米芯投入3L 0.3mol/L的馬來(lái)酸酐溶液中，在50℃下反應(yīng)5h，然后用水沖洗2-3次，烘干，備用。

稱取二次改性后的玉米芯粉末10g分散于300ml水中，在30℃糊化0.5h；然后向體系中加入60g丙烯酰胺，攪拌均勻，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加入0.4g 雙氧水，0.2g 2-酮戊二酸至凝膠生成至凝膠生成，最后用95%乙醇洗滌，干燥，即得可降解玉米芯生物質(zhì)保水劑。