一种土壤保水剂的制备方法与流程

本发明涉及土壤治理技术领域，具体涉及一种土壤保水剂的制备方法。

背景技术：

我国干旱半干旱地区总面积为455万hm²，占国土总面积的47%，随着我国战略重点逐步向西部转移，水资源越来越成为国民经济发展的重要制约因素之一。我国农业用水占总用水量的73.4%，每年农业缺水约300亿m³，由于缺水和水分生产效率低，农业用水危机不断加剧。发展以充分利用自然降水为中心的节水灌溉和旱地农业节水保水技术已成为农业可持续发展的必然选择，其中利用土壤保湿剂达到节水增产是现代农业节水的一种有效途径和方法。土壤保湿剂又称土壤保水剂、高吸水剂，是利用强吸水性树脂制成的一种具有高吸水保水能力的高分子聚合物，它能吸收比自身重数百倍甚至上千倍的水分，并缓慢释放供作物吸收利用，从而增强土壤保水性，减少水的深层渗漏及土壤养分流失，提高水分利用率。土壤保湿剂既可以从潮湿空气中吸收水分，也可以吸收土壤深层向上运动的水汽，增强土壤的持水能力。保湿剂是一种具有超强吸水、保水性能的新型高分子材料，对抑制土壤水分流失效果显著，能很好地缓解因降水偏少对农业生产造成的影响。世界上首先应用保湿剂的国家是美国，1969年美国农业部北部研究中心（nrrc）首先研制出保湿剂并于70年代中期将其应用于玉米和大豆种子涂层、树苗移栽等方面。随后，美国农业部森林服务部和一些大学采用terra-sorb（tab）进行了一系列试验，发现tab用于地面撒施可节约用水50%~85%。1974年，保湿剂在美国公司实现了工业化生产。但日本随后重金购买了其专利，并在此基础上迅速赶上并超过了美国，相继开发了聚丙烯酸盐高吸水性树脂。80年代初，法国里昂沙菲姆化学公司研制成功保湿剂，并将其应用于沙特阿拉伯干旱地区的土壤改良。1998年，世界保湿剂需求总量在70万吨左右，并且近两年以8%幅度递增。另外，发展中国家如墨西哥、东南亚及中东地区也开始推广应用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题：针对目前土壤保水剂稳定性差，保水时间短的问题，提供一种土壤保水剂的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

一种土壤保水剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：

（1）取聚琥珀酰亚胺按质量比1：4~6加入n,n’-二甲基甲酰胺，于75~80℃搅拌混合，再加入二甲基甲酰胺质量20~25%的水合肼，于35~40℃搅拌混合，抽滤，取滤渣干燥，得干燥物；

（2）取干燥物按质量比1：7~10加入去离子水，调节ph至9~10，再加入去离子水质量3~5%的乙二醇二缩水甘油醚，于45~50℃搅拌混合，得搅拌混合物，备用；

（3）按质量份数计，取15~20份甲基丙烯酸、10~15份乙烯基磷酸二甲酯、2~4份2,2'-偶氮二异丁腈、50~70份乙腈，超声分散，得混合物，取混合物按质量比80~90：1~3加入乙二醇二甲基丙烯酸酯，升温至95~100℃搅拌混合，得搅拌混合物a，取搅拌混合物a按质量比1：5~7加入盐酸中，于100~105℃搅拌混合，旋转蒸发，离心，取沉淀经去离子水洗涤，干燥，得干燥物a；

（4）取聚醚醚酮按质量比1：10~13加入硫酸，于25~30℃搅拌混合，升温至40~45℃保温6~8h，调节ph至7~7.5，得混合物a，取干燥物a、步骤（2）备用的搅拌混合物按质量比2~5：3~7：10~13加入n,n’-二甲基甲酰胺搅拌混合30~40min，得混合液a，取混合物a按质量比1：4~6加入n,n’-二甲基甲酰胺搅拌混合40~50min，得混合液b，取混合液a按质量比2~5:3~6加入混合液b，于25~30℃搅拌混合，于60~80℃保温10~12h，冷却至室温，冷冻干燥，即得土壤保水剂。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明以聚琥珀酰亚胺与水合肼发生聚合反应，然后与乙二醇二缩水甘油醚发生反应，得到以叔胺、醚键键合的网络结构，在温度较高时，形成的保水凝胶不会发生酯键的水解断裂，提高了保水的稳定性能；

（2）本发明以甲基丙烯酸、乙烯基磷酸二甲酯为原料，加入交联和引发剂，采用沉淀共蒸馏的方法制备磷酸微球，在微球上引入磷酸根，其为两性载体，既可以作为质子的供体也可以作为受体，而且磷酸根与土壤水分子之间可以形成快速的动态氢键网络，促进了质子载体运动活性，此外，磷酸根在低湿度下甚至无水情况下能够快速自解离，促进膜内质子在低湿度下的传递，加入聚醚醚酮进行磺化，将磷酸微球填充到其中，形成复合膜对保水活性物进行包裹，形成微囊结构，微囊表面大量的磷酸根促进质子以跳跃机理进行传递的同时，微囊内腔为水的存储提供了大量的空间，提高了膜的吸水保水能力，强化了质子以运输机理进行传递，在土壤水分充足与水分缺失的状态下相互调节，保证土壤水分的平衡。

具体实施方式

一种土壤保水剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）取聚琥珀酰亚胺按质量比1：4~6加入n,n’-二甲基甲酰胺，于75~80℃搅拌混合20~30min，再加入二甲基甲酰胺质量20~25%的水合肼，于35~40℃搅拌混合3~4h，抽滤，取滤渣干燥，得干燥物；

（2）取干燥物按质量比1：7~10加入去离子水，调节ph至9~10，再加入去离子水质量3~5%的乙二醇二缩水甘油醚，于45~50℃搅拌混合2~3h，得搅拌混合物，备用；

（3）按质量份数计，取15~20份甲基丙烯酸、10~15份乙烯基磷酸二甲酯、2~4份2,2'-偶氮二异丁腈、50~70份乙腈，超声分散20~30min，得混合物，取混合物按质量比80~90：1~3加入乙二醇二甲基丙烯酸酯，升温至95~100℃搅拌混合60~70min，得搅拌混合物a，取搅拌混合物a按质量比1：5~7加入浓度为10mol/l的盐酸中，于100~105℃搅拌混合18~24h，旋转蒸发，离心，取沉淀经去离子水洗涤，干燥，得干燥物a；

（4）取聚醚醚酮按质量比1：10~13加入质量分数为98%的硫酸，于25~30℃搅拌混合1~2h，升温至40~45℃保温6~8h，调节ph至7~7.5，得混合物a，取干燥物a、步骤（2）备用的搅拌混合物按质量比2~5：3~7：10~13加入n,n’-二甲基甲酰胺搅拌混合30~40min，得混合液a，取混合物a按质量比1：4~6加入n,n’-二甲基甲酰胺搅拌混合40~50min，得混合液b，取混合液a按质量比2~5:3~6加入混合液b，于25~30℃搅拌混合1~2h，于60~80℃保温10~12h，冷却至室温，冷冻干燥，即得土壤保水剂。

实施例1

一种土壤保水剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）取聚琥珀酰亚胺按质量比1：4加入n,n’-二甲基甲酰胺，于75℃搅拌混合20min，再加入二甲基甲酰胺质量20%的水合肼，于35℃搅拌混合3h，抽滤，取滤渣干燥，得干燥物；

（2）取干燥物按质量比1：7加入去离子水，调节ph至9，再加入去离子水质量3%的乙二醇二缩水甘油醚，于45℃搅拌混合2h，得搅拌混合物，备用；

（3）按质量份数计，取15份甲基丙烯酸、10份乙烯基磷酸二甲酯、2份2,2'-偶氮二异丁腈、50份乙腈，超声分散20min，得混合物，取混合物按质量比80：1加入乙二醇二甲基丙烯酸酯，升温至95℃搅拌混合60min，得搅拌混合物a，取搅拌混合物a按质量比1：5加入浓度为10mol/l的盐酸中，于100℃搅拌混合18h，旋转蒸发，离心，取沉淀经去离子水洗涤，干燥，得干燥物a；

（4）取聚醚醚酮按质量比1：10加入质量分数为98%的硫酸，于25℃搅拌混合1h，升温至40℃保温6h，调节ph至7，得混合物a，取干燥物a、步骤（2）备用的搅拌混合物按质量比2：3：10加入n,n’-二甲基甲酰胺搅拌混合30min，得混合液a，取混合物a按质量比1：4加入n,n’-二甲基甲酰胺搅拌混合40min，得混合液b，取混合液a按质量比2:3加入混合液b，于25℃搅拌混合1h，于60℃保温10h，冷却至室温，冷冻干燥，即得土壤保水剂。

实施例2

一种土壤保水剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）取聚琥珀酰亚胺按质量比1：5加入n,n’-二甲基甲酰胺，于78℃搅拌混合25min，再加入二甲基甲酰胺质量23%的水合肼，于38℃搅拌混合3.5h，抽滤，取滤渣干燥，得干燥物；

（2）取干燥物按质量比1：9加入去离子水，调节ph至9.5，再加入去离子水质量4%的乙二醇二缩水甘油醚，于48℃搅拌混合2.5h，得搅拌混合物，备用；

（3）按质量份数计，取18份甲基丙烯酸、13份乙烯基磷酸二甲酯、3份2,2'-偶氮二异丁腈、60份乙腈，超声分散25min，得混合物，取混合物按质量比85：2加入乙二醇二甲基丙烯酸酯，升温至98℃搅拌混合65min，得搅拌混合物a，取搅拌混合物a按质量比1：6加入浓度为10mol/l的盐酸中，于103℃搅拌混合21h，旋转蒸发，离心，取沉淀经去离子水洗涤，干燥，得干燥物a；

（4）取聚醚醚酮按质量比1：11加入质量分数为98%的硫酸，于28℃搅拌混合1.5h，升温至43℃保温7h，调节ph至7.3，得混合物a，取干燥物a、步骤（2）备用的搅拌混合物按质量比3：5：12加入n,n’-二甲基甲酰胺搅拌混合35min，得混合液a，取混合物a按质量比1：5加入n,n’-二甲基甲酰胺搅拌混合45min，得混合液b，取混合液a按质量比4:5加入混合液b，于28℃搅拌混合1.5h，于70℃保温11h，冷却至室温，冷冻干燥，即得土壤保水剂。

实施例3

一种土壤保水剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）取聚琥珀酰亚胺按质量比1：6加入n,n’-二甲基甲酰胺，于80℃搅拌混合30min，再加入二甲基甲酰胺质量25%的水合肼，于40℃搅拌混合4h，抽滤，取滤渣干燥，得干燥物；

（2）取干燥物按质量比1：10加入去离子水，调节ph至10，再加入去离子水质量5%的乙二醇二缩水甘油醚，于50℃搅拌混合3h，得搅拌混合物，备用；

（3）按质量份数计，取20份甲基丙烯酸、15份乙烯基磷酸二甲酯、4份2,2'-偶氮二异丁腈、70份乙腈，超声分散30min，得混合物，取混合物按质量比90：3加入乙二醇二甲基丙烯酸酯，升温至100℃搅拌混合70min，得搅拌混合物a，取搅拌混合物a按质量比1：7加入浓度为10mol/l的盐酸中，于105℃搅拌混合24h，旋转蒸发，离心，取沉淀经去离子水洗涤，干燥，得干燥物a；

（4）取聚醚醚酮按质量比1：13加入质量分数为98%的硫酸，于30℃搅拌混合2h，升温至45℃保温8h，调节ph至7.5，得混合物a，取干燥物a、步骤（2）备用的搅拌混合物按质量比5：7：13加入n,n’-二甲基甲酰胺搅拌混合40min，得混合液a，取混合物a按质量比1：6加入n,n’-二甲基甲酰胺搅拌混合50min，得混合液b，取混合液a按质量比5:6加入混合液b，于30℃搅拌混合2h，于80℃保温12h，冷却至室温，冷冻干燥，即得土壤保水剂。

对比例：临沂市某公司生产的土壤保湿剂。

将实施例1、2、3、及对比例所得土壤保湿剂分别用于对小麦出芽率统计试验，选用4块相同种植条件的小麦种植地进行小麦的种植，土壤持水量为60%，分别按5kg/亩的量施加保水剂。播种小麦15天、30天后对小麦的出芽率进行统计，测试结果见表1。

表1：

综合上述，由上表中检测数据可以看出，本发明制得的土壤保湿剂保水量大，保水时间较长，具有广阔的应用前景。