[发明专利]一种炭基吸水剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及废弃物利用和吸水剂领域，具体而言，涉及一种炭基吸水剂及其制备方法。本发明的炭基吸水剂主要应用于土壤，旨在提高土壤保水能力，并起到固碳增肥的作用，也可应用于其他吸水剂行业。

背景技术

在我国，水资源关系到各行各业，水资源匮乏严重影响我国国计民生的发展。干旱、半干旱地区已约占国土面积的51%，且水土流失严重，土壤保水能力持续下降，加之降水时空分布不均，使土壤水库无法应对枯水期，导致大量作物减产。而土壤吸水剂的应用可以减缓作物干旱的威胁，是保持土壤水分，提高水分利用率的一种重要手段。

相关技术中，吸水剂是由丙烯酸或丙烯酸盐的聚合物形成的，产物吸水性能也较佳，但在生产和应用中，存在问题较多，如：强度低，重复吸能力低，耐盐性差，制造成本高等。

发明内容

本发明的目的在于从吸水剂填充物着手，使用有机废弃物高温炭化物——生物炭为吸水剂填充物，应用超声波将其与丙烯酸等单体充分交联，合成一种新型高吸水性炭基吸水剂。该吸水剂的吸水能力大，凝胶强度高，重复吸水性好，并含有植物所需的微量元素，尤其富含碳元素。应用到土壤后，不仅能提高土壤水分含量和利用率，而且还可起到固碳增肥的作用，是一种新型的可吸水固碳增肥的土壤炭基吸水剂。

本发明的实施例一方面提供了一种炭基吸水剂，由下述重量份的原料制得：部分中和的丙烯酸：5.245-5.255，丙烯酰胺：1.5-2.0，填充物：1.72-2.58，引发剂：0.1-0.22，交联剂：0.001-0.0015；

所述部分中和的丙烯酸的中和度为：70-80%；

所述填充物包括生物炭和膨润土，所述生物炭和膨润土按照重量比例为1:1-2。

本发明的实施例另一方面提供了一种炭基吸水剂的制备方法，包括：

a.将生物炭和膨润土，加入蒸馏水中混匀，超声处理使生物炭和膨润土充分分散在蒸馏水中，得到生物炭和膨润土的混合悬浊液，作为制备炭基吸水剂的所述填充物；

b.向丙烯酸溶液中加入碱性溶液，并进行搅拌，得到中和度为70-80%的丙烯酸溶液；

c.向步骤b得到的中和后的丙烯酸溶液中加入丙烯酰胺和交联剂，以及步骤a得到的生物炭和膨润土的混合悬浊液，混合均匀；然后向上述混合液中加入引发剂溶液，搅拌均匀后密闭；

d.将上述处于密闭条件下的混合液加热升温至30-60℃，然后在250w的条件下，超声处理3～5h至混合液呈凝胶状，即为炭基吸水剂。

本发明实施例提供的炭基吸水剂及其制备方法，与现有技术中的填充淀粉类物质的吸水剂相比，通过添加超声处理后的生物炭和膨润土，其表面有大量活性基团被激活，合成出来的吸水剂，不仅具有高的吸水倍率，而且不会发生霉变和分解；同时，由于原料是由有机废弃物炭化形成的一种碳含量极其丰富的生物炭，埋到地下后上百年不会消失，其中所含的矿质微量元素也可以为土壤补充有机物的含量，提高土壤的肥力，改善土壤结构；此外，在制备生物炭的过程中，利用了来源广泛，价格便宜，易加工的生物质原料。因此，利用生物炭制备的吸水剂，还具有缓解生物质原料处理的压力和环境污染问题的功效。

附图说明

图1示出了实施例1和对比例提供的吸水剂的吸水能力曲线图；

图2示出了实施例1和对比例提供的吸水剂的保水能力曲线图；

图3示出了实施例1和对比例提供的吸水剂的红外光谱图；

图4示出了实施例1提供的吸水剂的透射电镜扫描图；

图5示出了对比例提供的吸水剂的透射电镜扫描图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例，并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

本发明实施例提供的一种炭基吸水剂，由下述重量份的原料制得：部分中和的丙烯酸：5.245-5.255份，丙烯酰胺：1.5-2.0份，填充物：1.72-2.58份，引发剂：0.1-0.22份，交联剂：0.001-0.0015份；

所述部分中和的丙烯酸的中和度为：70-80%；

所述填充物包括生物炭和膨润土，所述生物炭和膨润土按照重量比例为1:1-2。

其中，引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的一种。本发明实施例的引发剂优选过硫酸铵，引发剂用量直接影响聚合反应的速度和聚合产物的分子质量及聚合物分子链的长短，从而影响聚合物的网络结构。本发明实施例中过硫酸铵溶液的浓度优选为100g/L，过硫酸铵溶液的体积优选为2.0-3.0ml。