用水生植物制备高效吸水剂和保水肥料技术
用水生植物制备高效吸水剂和保水肥料技术,供应,水专项,太湖流域
用水生植物制备高效吸水剂和保水肥料技术
技术简介/摘要
（一）基本原理
用水生植物用纤维素接枝法和化学改性纤维法制备高效吸水剂和保水肥料，一方面抑制生态工程中水生植被二次污染的发生，另一方面可在一定程度上用可再生资源替代有机化学合成材料。
①运用纤维素接枝法制备超级吸水剂
选用过硫酸钾水溶性引发剂，其活化能较高，约140KJ/mol，适宜于中等的使用温度。用过硫酸钾为引发剂，纤维素接枝共聚制备超级吸水剂的原理如下：过硫酸钾引发体系在引发反应过程中首先生成SO4ˉ离子等自由基，然后纤维素葡萄糖单元上的碳或羟基被氧化成纤维素自由基，纤维素自由基在丙烯酸单体存在下引发接枝聚合，形成接枝链。
为了防止高吸水树脂在吸水时发生溶解，往往在接枝聚合时加入交联剂，使分子链之间发生交联，形成交联化合物。含多官能团有机物(如N，N-亚甲基双丙烯酰胺，NMBA)经参与共聚反应，起到“链桥”作用，从而形成立体网状结构。纤维素接枝聚合后，形成的分子键上含羧酸基团，线性的分子经交联形成立体网状结构。共聚和交联同时进行的反应，NMBA交联键为C-N键。因C-N键键能较高，约354KJ/mol，因此，受热时不易断裂，具较高的强度和热稳定性。
②运用化学改性的方法制备保水肥料
在水生植物纤维上引入亲水基团-CH2COO-，并经加入交联剂FeCl3、AlCl3
等高价金属盐的方法，使其形成网状结构，从而提高其吸水倍数，反应式如下：
其中，X表示Cl、Br等卤素；M为Fe、Al等高价金属离子。
（二）工艺流程
水生植物纤维素基吸水剂制备技术流程见图：I、前处理和活化：粉碎、碱化和糊化。水生植物洗净、烘干后用高速粉碎机粉碎，再进行糊化/碱化。加入丙烯酸与N，N-亚甲基双丙稀酰胺。Ⅱ、接枝共聚交联和中和反应：加引发剂，搅拌进行接枝、交联共聚反应。将一定量的25%氢氧化钠溶液，加入至交联体系中，进行中和。Ⅲ、共聚物提纯，再进行干燥、粉碎，得到吸水剂成品。工艺流程如下图所示：
保水肥料的制备流程如下：
Ⅰ、原料预处理：将打捞上来的新鲜水生植物体滤水、切碎、用高速粉碎机打成草浆。备用。
Ⅱ、水生植物化学改性：将尿素、KOH及水生植物草浆搅拌均匀后，常温碱化处理；将碱化处理的水生植物草浆置于带加热套的反应釜内，加入氯乙酸，通人蒸汽控制在搅拌醚化反应；待醚化反应结束后，加入交联剂处理后制得糊状物即为交链羧基纤维素。
Ⅲ、糊状交链羧基纤维素用CO2中和至pH在7~8，即可作为保水肥料，用于土壤改良与农业生产。
（三）关键技术
1）利用水生植物接枝共聚制备农林保水剂；
2）利用水生植物制备保水肥料。
（四）技术来源及知识产权概况
自主研发，已申请发明专利2项，分别为利用水生植物接枝共聚制备农林保水剂的方法（201110203776.X)、利用水生植物制备保水肥料的方法（201010513086.x）。
推广应用案例
应用单位：环境保护部南京环境科学研究所
实际应用案例介绍：建成了水生植物制备高效吸水剂的中试装置一套，规模为100kg/批。用水花生制备的吸水材料可吸收去离子水达795克/克，吸收自来水596克/克，吸收0.9% 氯化钠水溶液达89克/克；用菹草纤维制备吸水剂，纤维素：化学试剂=2.5:2，吸收去离子水为190g/g；每吨吸水剂成本约0.8万元。
制备保水肥料：将新鲜的水生植物体加工成糊状保水肥料(固含量约12%)。原料成本：450~500元/吨，总生产成本在550~600元/吨，可按650~700元/吨销售。
工艺流程图：
- 联系人：张毅敏
- 电话：zym@nies.org
- 单位：环境保护部南京环境科学研究所
- 地址：南京市玄武区蒋王庙街8号（210042）
