草木灰渣保水剂的制备及表征.docx

草木灰渣保水剂的制备及表征

摘要:本研究以生物发电厂废弃产物——草木灰渣为原料、以丙烯酸、丙烯酰胺为单体、以N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂制备保水剂。通过改变液料比、中和度、交联剂质量、引发剂质量、温度等单因素试验条件制备保水剂，以吸水性能为参考指标，得到最佳实验条件为：交联剂0.22%、引发剂2.0%、中和度65%、温度85℃，保水剂的吸水量为74.86g/0.1g。2.在单因素接触上进行正交试验，得到最佳的制备条件为：交联剂0.22%、引发剂2.0%中和度65%、温度95℃，保水剂的吸水量为68.98g/0.1g。本实验采用来源更广、价格更廉价的原料--草木灰渣制备出稀释水性能较好的草木灰渣保水剂，既解决了生物发电厂废弃物处理的问题，也实现了废弃资源的最大化利用。

关键词：草木灰渣；保水剂；稀释水性能

1前言

1.1实验的目的与意义

水是人类生产与发展的重要资源，我国具有多种地理环境，还因为山脉阻隔导致南北方气候条件不一，所以干旱等自然灾害在我国局部地区频发。从1949年建国以来[1],几乎每年都会发生或大或小的旱灾。干旱造成的后果众所周知，田地颗粒无收，有的地方甚至会发生蝗灾。例如半干旱区的内蒙古大兴安岭南段“罕山次生林区”出现了大面积森林死亡现象[2-4]，森林动态变化剧烈。沙漠化的恶劣生态环境主要发生在北方干旱、半干旱以及部分半湿润地区，这些地区是生态环境中易于被破坏的部分，水土流失造成的严重后果我们每个人都要承担，所以水环境的保护与水资源的合理利用是现在要解决的重大难题。保水剂作为抗旱节水材料，不仅能够改良土壤结构增加土壤持水力，还能吸附土壤速效养分，使养分的淋溶流失减少，从而实现保水保肥的作用[5]，无毒无害，可以反复释水、吸水，在农业生产使用中大大的改善了土地干旱的情况[6]，人们把它比喻为微型水库。但是由于较高的原料成本，将保水剂大范围应用在干旱、荒漠化的土地上成为了奢侈。农作物秸秆作为可再生资源，我国每年的产量约9亿t，秸秆的应用大多是焚烧还田，这样不仅仅会让自然环境受到伤害，也造成可利用资源的严重损耗。

1999年国家环保总局颁布了《秸秆禁烧和综合利用管理办法》，我国各地也纷纷建立起生物发电厂用于处理秸秆，随之而来的是产生的大量固体废弃物—草木灰渣，草木灰渣是生物发电厂中秸秆燃烧物经高温后冷水浸泡的产物，这些草木灰渣只有少量的用于制造灰渣砖，大多数的灰渣被堆放在厂区，不仅占用工厂面积，也污染环境，大多数工厂只能通过补贴运费的方法让人运走，这些草木灰渣不但没有产生经济效益，反而还成为了企业的负担。经生物发电厂产生的草木灰渣有两种收集方式，收集物也就可以分为两种：飞灰和底灰。飞灰多呈现烟尘状，易于扩散可在燃烧炉上部分收集；底灰是燃烧剩下的无机物及其他杂质，因其质量较大可以在燃烧炉底部收集，这部分分为两类炉灰和底渣，底灰的形状大都不同，具有疏松多孔的性质[7]。草木灰渣具有植物所含有的所有矿物元素还包括多种微量、痕量元素[8-9]，以及独特的蓬松结构，能很好地吸收和保持水分。若能以草木灰渣为基质，制备出草木灰渣保水剂，将极大程度降低生产成本、扩大使用范围、提高企业经济效益，从而实现资源的最大优化利用。

1.2保水剂的研究现状

美国农业部研发出超强吸水性树脂,德国日本相继研发出超强吸水性树脂[10]。我国起步较晚20世纪80年代才开始研发，现在我国对于保水剂研发正在蓬勃发展的阶段。在保水剂的制备过程中合成原料、制备工艺、产品种类的不同会使产品具有不同的效果，所以市面上的保水剂种类五花八门，并没有统一的分类方法，文献报道中的分类也主要是依据原料来源、亲水性、产品状态等[11]。按照原料来源保水剂被分为淀粉系、纤维素系和合成树脂系[12]三大类。但是近年来出现的腐殖酸，膨润土等改性保水剂改变了这种格局。淀粉系的制备原理是在淀粉主链上接枝丙烯酰胺、丙烯酸盐、烯丙基磺酸盐等单体[13]制备而成。李云仙等人用氧化还原引发接枝共聚反应的办法将马铃薯、木薯淀粉及二者的混合淀粉作为实验的主要原料，制备出环保保水剂[14]。

赵利则在紫外辐照条件下以磷酸酯双淀粉为主要原料,添加被中和过的丙烯酸,制备出一种能够促进植物发育的复合保水剂。在最佳条件下,蒸馏水保水率1185.4g·g-1，生理盐水中110.2g·g-1[15]。纤维素类是通过接枝亲水性基团制得。张慧瑛等人以秸秆纤维素为原料制备保水剂[16]。龚磊等人采用溶液聚合法，收集废弃物柚子皮制备了柚皮粉保水剂[17]。这两位的实验原理是相同的，利用植物纤维素的特殊结构与其他助剂结合，提高保水剂的交联度以达到提高吸水效果的目的。除了秸秆、果皮等，还可以尝试采用植物的其他部分作为原料。合成聚合类高吸水树脂的种类很多[18]。在该种保水剂的制备过程中，引发剂与交联剂具有很大的作用