一种基于稻壳炭的生物质基树脂材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及生物质处理技术领域，更具体地，涉及一种基于稻壳炭的生物质基树脂材料及其制备方法和应用。

背景技术：

高吸水性树脂是一种新型的高分子材料，它能够吸收自身重量几百倍至几千倍的水分，无毒、无害、无污染；吸水能力特强，保水能力特高，通过丙烯酸聚合得到的高分子量聚合物→高保水量，高负荷下吸收量的平衡，所吸水分不能被简单的物理方法挤出，并且可反复释水、吸水。

稻壳炭是碳化的稻壳，稻壳炭成份中有大量二氧化硅和炭，通过一定的物理、化学过程后，使其在橡胶制品中作为填充补强材料具有良好的补强性能，由于其薄壳状结构，在空气中形成阻隔，因此具有极为优越的保温、绝热性能。对链铸、钢水包、铁水包、连水中间罐及其他金属覆盖起到很好的保温隔热，可以减少钢材缩孔，对提高钢材的成材率极为有利。

稻壳炭作为生物质，其来源广泛，产量丰富且廉价，生物质基的树脂材料是目前的研究热点，申请号为201510495434.8的中国专利公开了一种稻壳炭基保水剂的制备方法及稻壳炭基保水剂，但该专利仅仅研究了所得到的保水剂在不同酸碱环境下吸水能力，然而现有技术中的树脂材料不仅要考察吸水能力，还要考察吸盐水能力，吸尿素能力（农业中）以及保水能力和保尿素能力，现有技术目前还没有一种吸水能力、吸盐水能力、吸尿素能力（农业中）、保水能力、保尿素能力都很强的树脂材料的制备方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于稻壳炭的生物质基树脂材料的制备方法。

本发明的第二个目的是提供上述方法获得的基于稻壳炭的生物质基树脂材料。

本发明的第三个目的是提供所述基于稻壳炭的生物质基树脂材料的应用。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的：

一种基于稻壳炭的生物质基树脂材料的制备方法，包括以下步骤：将稻壳炭与丙烯酰胺溶液混合后，加入引发剂和交联剂，在70～90℃下进行接枝聚合反应，将接枝后的聚合产物用水解、洗涤干燥后即得生物质基树脂材料；所述丙烯酰胺与稻壳炭的质量比为1.5：1～2.5：1，且稻壳炭与丙烯酰胺的质量比不等于1：1。

本发明是将稻壳炭与丙烯酰胺聚合获得树脂材料，在实际获得树脂材料时，不仅要考虑树脂本身的吸水性能，还要考虑其对环境的友好性，以及吸收除了水之外的其他液体的性能，本发明通过改进树脂材料的制备方法，发现，稻壳炭和丙烯酰胺在聚合反应过程中，稻壳炭（原料）和丙烯酰胺（单体）的质量以及聚合温度显著影响最终获得树脂材料的性能，在综合多个因素下，优化出了一种基于稻壳炭的生物质基树脂材料，其吸水能力、吸盐水能力、吸尿素能力（农业中）、保水能力、盐水能力、保尿素能力都很强。

优选地，所述与丙烯酰胺与稻壳炭的质量比为1.5：1；所述接枝聚合反应的温度为70℃。

本发明还提供上述方法获得的基于稻壳炭的生物质基树脂材料。

本发明所述基于稻壳炭的生物质基树脂材料可用于常规的吸水，也可用于农业中吸盐水或者尿素增加肥效，因此，本发明还提供所述稻壳炭的生物质基树脂材料在吸水、保水中的应用，还提供所述稻壳炭的生物质基树脂材料在增加肥效中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种基于稻壳炭的生物质基树脂材料的制备方法，包括以下步骤：将稻壳炭与丙烯酰胺溶液混合后，加入引发剂和交联剂，在70～90℃下进行接枝聚合反应，将接枝后的聚合产物用水解、洗涤干燥后即得生物质基树脂材料；所述丙烯酰胺与稻壳炭的质量比为1.5：1～2.5：1，且稻壳炭与丙烯酰胺的质量比不等于1：1，利用本发明获得的树脂材料不仅可生物降解，对环境友好，而且其吸水能力、吸盐水能力、吸尿素能力（农业中）、保水能力、盐水能力、保尿素能力都很强，具有广泛的应用价值。

附图说明

图1为单体质量对树脂材料的吸水倍数的影响。

图2为原料质量对树脂材料的吸水倍数的影响。

图3为接枝聚合温度对树脂材料的吸水倍数的影响。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的简单修改或替换，均属于本发明的范围；若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

生物质基树脂材料的制备过程：将一定量的丙烯酰胺溶于100ml水中，完全溶解后，与稻壳炭原料在30℃混合，再一并加入500ml烧杯中，搅拌半小时，并加热到50～90℃。向烧杯中加入90ml一定浓度的引发剂（过硫酸钾，0.02469M）溶液和60ml的交联剂（N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，0.00866M）溶液，在70～90℃温度下发生接枝聚合反应，并控制好搅拌速度为500r/min。体系中生成凝胶物质，即接枝后的聚合产物；向烧杯中加入100ml 0.7mol/L的NaOH溶液，搅拌，分散均匀。水浴加热，水解反应一段时间后，水洗成中性，再用乙醇沉淀，洗涤，放干燥箱干燥即得生物质基树脂材料。

实施例1～11

实施例1～11的制备方案按照表1进行（每个实施例的具体制备方案中，交联剂和引发剂的用量都一致，其中交联剂的用量为0.08g，引发剂的用量为0.6g），由表1可知，实施例8所述制备方案获得的树脂材料吸水性能最好。

实施例12 单体质量对树脂制备的影响

结果如图1（原料质量10g，合成温度90℃）所示，原料质量一定，且小于等于单体质量时，随着单体的质量增加，原料的质量和单体的质量相差越来越大，吸水倍数增加，但当单体的质量等于原料质量时，就会影响树脂的成型（如表1实施例2），使吸水效果下降。

实施例13 原料质量对树脂制备的影响

结果如图2（单体质量15g，合成温度90℃）所示，单体质量一定且大于原料质量时，随着原料质量的增加，原料的质量和单体的质量相差越来越小，吸水倍数增加，但是结合原料质量一定，单体质量变化时的吸水倍数变化发现（实施例12）：当单体的质量接近原料质量时，就会影响吸水剂的成型，使吸水效果下降。即吸水倍数先增加，到峰值后，继续增加单体的投入量，吸水倍数有所下降。

实施例14 接枝聚合温度对树脂制备的影响

结果如图3（单体质量21g，原料质量10g）所示，合成温度的增加，高吸水树脂的吸水倍数先增加，到峰值后，吸水倍数下降。温度是影响反应的重要因素之一，升高温度使引发剂分解更容易，单体分子扩散加速，从而链引发和链增长反应更快得进行。但是如果温度太高，则反应速度太快，同时反应过程中放出大量的聚合热，导致链终止和链转移反应速度增加。温度太低则共聚树脂的三维网络结构无形成。总之，当温度较低时，反应很难发生，反应物不形成凝胶；温度较高时，会发生暴聚，反应无法控制。

实施例15 实施例1～11的保水能力

本实施例考察的是实施例实施例1～11所述制备方案获得的树脂材料的保水能力，结果如表2。

由于实施例2和实施例10的制备方案获得的树脂材料的成型效果差，不能用于后续的实验研究中，因此，表2考察了其他实施例的制备方案获得的树脂材料的保水能力，实施例11获得的树脂材料的保水能力最强，其次是实施例5和实施例6制备得到的树脂材料。

实施例16 实施例1～11的吸盐水能力和保盐水能力

本实施例考察的是实施例1～11所述制备方案吸0.9%盐水的能力和保0.9%盐水的能力，结果如表3和表4。

在吸盐水能力方面，从表3中可以看出，实施例7所述制备方案获得的树脂材料吸盐水能力最强，从表4可知实施例6所述制备方案获得的树脂材料的保盐水能力最强。

实施例17 实施例1～11的吸尿素能力和保尿素能力

本实施例考察的是实施例1～11所述方案吸0.9%尿素的能力和保0.9%尿素的能力，结果如表5和表6。

在吸尿素方面，实施例6所述制备方案获得的树脂材料能力最强（表5），在保持尿素不流失方面，实施例8所述制备方案获得的树脂材料能力最强（表6），综合表1～6，最终是实施例6所述制备方案获得的树脂材料在各方面效果最好。