基于废弃枝条高吸水树脂的制备及其对尿素释放行为的研究

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高吸水树脂是一种具有三维网状结构的新型功能高分子材料,能够吸收自重几百倍乃至上千倍的水分,具有保留水分的能力,在农林保墒抗旱方面有巨大的应用前景。目前农林废弃物的处理方式多为就地焚烧或堆弃,其中废弃的植物枝条富含多糖和木质素,可作为大分子骨架在其分子链上接枝亲水性单体来制备高吸水树脂。将废弃植物枝条制备的高吸水树脂作为载体,并与植物生长所需的肥料、养料等相结合,来制备既能吸水保水又能缓释控释肥料的新型功能材料用于农业领域,对于提高农业经济效益,实现废弃资源高值化再利用具有重大的现实意义。论文优化了基于废弃桑树枝条的高吸水树脂的合成条件,并对其吸水保水、生物降解等性能进行了研究。利用样品的吸水溶胀特性直接吸附尿素并研究其对尿素的负载能力和释放行为;随后将高吸水树脂与海藻酸钠、尿素分子共混,经氯化钙交联制备包裹尿素的样品,并对其尿素的负载能力和释放行为进行了研究。具体的研究内容和实验结论概括如下:1.基于桑树枝条高吸水树脂样品的制备及吸水保水、降解性能研究高吸水树脂制备采用水溶液聚合,热自由基引发,优化得到的工艺条件为:单体总量6g/gPMB,AA/AM质量比4:1,丙烯酸中和度60%,引发剂0.05g/gPMB,交联剂0.02g/gPMB,得到样品的吸水倍率570g/g;在5℃、25℃、45℃下吸水倍率分别为482g/g、533g/g、542g/g;在pH4~10之间,具有较大吸水倍率,最大吸水倍率可达570g/g;粒径为0.8-1mm的样品在20min内可达到吸水饱和,而粒径小于0.1mm的样品在2min内即可达到吸水饱和;在45℃下12小时后的保留水分为原有的50.8%;在100g土壤中施用0.5g样品,在第11天土壤可保持原有10%以上的含水量;通过生物降解实验可知,样品浸泡在土壤提取液中30天后可降解自重的50%以上,掩埋在自然土壤中90天后的降解率为33%。以上数据充分说明合成的高吸水树脂具有良好的吸水保水性能和可生物降解性。2.吸附尿素型样品的制备以及对尿素吸附/释放行为研究将高吸水树脂在尿素溶液中溶胀以吸附和负载尿素。随着样品浸置液中尿素浓度增加,样品对尿素的负载率逐渐提高;样品在水中的尿素释放曲线呈现出典型的一阶释放规律,即初始释放速率较大,随后释放速率快速减小;初始粒径0.8-1mm的样品其尿素释放率在起始时与初始粒径比其小的样品的尿素释放率相近,随后释放速率变慢;温度越高,尿素在介质中的释放速率越快;在酸性环境中,样品对尿素的初始释放慢;在碱性环境中,样品对尿素的释放周期更长;样品在含水量30%的土壤中对尿素的释放可持续10天以上,起到了缓慢释放的作用。3.包裹尿素型样品的制备以及对尿素吸附/释放行为研究制备高吸水树脂/海藻酸钙/尿素复合材料,综合考虑样品的吸水和负载尿素性能,优化得到的合成工艺条件为:滴头直径2mm,Alg/SAP质量比1:1,氯化钙浓度0.5%。随着尿素浓度增加,样品直径增大,尿素负载率增加。样品的尿素释放速率开始较快,随后减慢。在尿素释放后期,释放介质中的尿素含量呈现上下波动的趋势。与直接吸附尿素型的样品相比,在土壤中5天内其对尿素的释放更为缓慢,可以起到更好缓释尿素的作用。
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