本发明属于新型材料领域，具体涉及一种赋肥保水剂及其制备方法，尤其涉及一种聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂及其制备方法。
背景技术
中国作为农业大国，却一直被干旱和土壤养分少这两个重大难题所制约。要使中国农业走上一条可持续发展的道路，水肥一体化是我国农业发展的方向，而且会带来巨大的社会效益和经济利益。
保水材料在农业上应用十分广泛，其中高吸水性树脂材料是一种含有大量羟基和羧基等强亲水性基团，并具有共聚交联结构、遇水吸水膨胀的高分子聚合复合物，能吸收自身重量上千倍的水分，且吸水后即使在加压情况下也难脱水。纯有机材料作为吸水保水剂，材料成本高、与土壤结合度差、容易板结、使用后生物降解性能差等，无法真正与土壤实现水肥的交换，效率较低。因此，目前这类材料主要用于生活用品等领域，其在农牧业、建筑业、环保产业、卫生、园艺等方面的应用受到极大限制。
亚洲第一矿上天梯矿区的膨润土含量约8亿吨，其中钠基膨润土含量约占6亿吨，由于珍珠岩、沸石与膨润土为伴生矿，目前主要使用附加值更高的珍珠岩矿物，膨润土废料没有得到充分利用，如何实现膨润土废料的回收利用，是目前亟需解决的问题。目前，还未发现有关膨润土和高吸水性材料联合作为赋肥保水剂的报道。
技术实现要素：
有鉴于此，确有必要提供一种聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂及其制备方法，以克服上述问题。
具体地，本发明提供一种聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂，其主要包括聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土和分散于该聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂中的矿物微肥。
其中，所述矿物微肥是依据植物和土壤条件而选择的。
基于上述，所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土为多孔材料形成有多个微孔，且所述微孔中包含有所述矿物微肥。
基于上述，所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂由以下重量份的原料组成：膨润土6～12份、丙烯酸钠8～15份、扩层剂0.2～0.5份和矿物微肥0.2～0.9份，其中，所述膨润土中的蒙脱石的含量为83%～95%。
所述膨润土主要是指对天然膨润土进行提纯得到的纯的膨润土，其中的蒙脱土的含量主要在83%～95%，当然，其中的蒙脱土的含量可以进一步限定为90%～95%、83%～88%、85%～88%。
基于上述，所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂由以下重量份的原料组成：膨润土8～12份、丙烯酸钠10～12份、扩层剂0.3～0.4份和矿物微肥0.3～0.8份。
基于上述，所述扩层剂为甘油或三乙醇胺。
本发明还提供一种聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂的制备方法，其包括以下步骤：
原料混合按照上述质量份，将蒙脱石的含量为83%～95%的膨润土、丙烯酸钠和扩层剂均匀混合，得到原料预混物；
半成品制备向所述原料预混物中加入微肥，发生聚合反应，得到大块的聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土半成品；
切割造粒对所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土半成品进行切割处理，得到半成品颗粒；将所述半成品颗粒在120℃～200℃下烘干1～3小时并进行造粒处理，得到聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂成品。
基于上述，所述蒙脱石的含量为83%～95%的膨润土的制备方法包括：先依次对天然膨润土进行烘干、粉碎、粗分离处理，然后进行球磨处理得到膨润土细粉，再采用旋风分离器进行细分处理即得到蒙脱石的含量为83%～95%的膨润土。
基于上述，所述原料混合的步骤包括：先将蒙脱石的含量为83%～95%的所述膨润土与所述丙烯酸钠混合并加入搅拌机中，然后加入所述扩层剂，并在所述搅拌机中搅拌30～90min，得到所述原料预混物。
基于上述，所述半成品制备的步骤包括：将所述原料预混物输送至聚合床，并加入所述微肥，聚合反应1～3h后得到大块的所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土半成品。
基于上述，所述切割造粒的步骤包括：将所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土半成品运送至切割机中并被切割成粒径均匀的所述半成品颗粒；将所述半成品颗粒送至烘干箱中在120℃～200℃下烘干1～3h，然后输送至造粒机中进行造粒处理即得所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂成品。
与现有技术相比，本发明提供的聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂包括所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土，该聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土主要是将聚丙烯酸钠插层进入膨润土中的蒙脱石而得到的，其中蒙脱石是带有一定活性功能基团的天然廉价粘土类矿石，层间距在1.5nm左右，可以做基体接枝树脂材料，将聚丙烯酸钠插层进入蒙脱石层间后，可以扩大蒙脱石的层间距，大大增加所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土的吸水倍率，最高吸水倍率可达2000倍，所以本发明提供的聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土保持了膨润土与土壤的良好结合度，又具有有机材料聚丙烯酸钠的高吸水性；另外，本发明提供的上述赋肥保水剂包括分布于所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土的微孔中的矿物微肥，可以同时发挥水肥互作效应，提高土壤的持水能力，缓慢释放矿物微肥，有利于养料的吸收和水分的利用，可增加产量，改善品质，提高抗病性；还可以有效改善土壤团粒结构，增强土壤通气性，促进水气吸收，改进土壤的持续稳产能力；所以，本发明提供的上述赋肥保水剂可施用于各种不同的场合，尤其在沙漠和缺水地区具有极高的使用价值。另外，本发明提供的上述赋肥保水剂中的聚丙烯酸钠插层修改的膨润土利用了上天梯的廉价膨润土废料，降低了成本，提高了矿产资源利用率。
在使用过程中，所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂具有良好的分散性，混于土壤中，所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土与土壤有良好的结合度并形成微型缓释池，作为水分和养分交换的微中心，使水分和养分在土壤与所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土之间自由传输，为植物生长提供稳定的营养源泉，可应用于海绵城市换填土、护坡堤、沙漠和缺水地区等。在环保方面具有较大的意义，本发明提供的上述赋肥保水剂中的高吸水性倍率材料聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土可以把水分瞬间固定，并形成无机凝胶，在防洪与堵漏方面也有较大应用前景。
因此，本发明提供的上述赋肥保水剂具有较好的保水赋肥性，可持续释放肥料，发挥水肥互作效应提高土壤持水能力，改善土壤结构，是一种新型集释放肥料、保水剂、土壤改良剂于一体的新型绿色矿物赋肥保水剂；可广泛应用在农牧业、环保业等领域，满足农业市场和环境双层需求，将会对社会农业和环境友好的发展做出重要贡献。
本发明还提供了一种上述赋肥保水剂的制备方法，该制备方法在半成品制备的步骤中，根据植物和土壤条件，加入不同的微肥，微肥涵于蒙脱石含量为83%～95%的膨润土的微孔中，缓慢释放，满足植物生长需要，可以显著提高农产品品质和形貌，以及提高农作物抗病性。本发明提供的赋肥保水剂的制备方法可以实现上述赋肥保水剂的连续化、产业化生产，且该产业化生产方法简单、生产周期短、产物产率较高、产物释肥吸水性能优异、生产全程环保无污染。该产业化生产的聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂克服了单纯基体树脂交联形成的保水材料成本高、凝胶强度低、保水性能差、使用后生物降解性差等缺陷问题。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例一
本实施例提供一种聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂，其主要包括聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土和分散于该聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂中的矿物微肥。其中，所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土为多孔材料形成有多个微孔，且所述微孔中包含有所述矿物微肥，该矿物微肥可以依据植物和土壤条件而选择。该赋肥保水剂由以下重量份的原料组成：膨润土0.8吨、丙烯酸钠1.2吨、扩层剂0.03吨和矿物微肥0.05吨，其中，所述膨润土中的蒙脱石的含量约为95%。本实施例中所述扩层剂为甘油。
本实施例还提供一种上述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂的制备方法，包括以下步骤：
原料混合先依次对天然膨润土进行烘干、粉碎、粗分离处理，然后进行球磨处理得到膨润土细粉，再采用旋风分离器进行细分处理，收集得到蒙脱石的含量为95%的膨润土；先将0.8吨蒙脱石的含量95%的所述膨润土与1.2吨所述丙烯酸钠混合并加入搅拌机中，然后加入所述扩层剂，并在所述搅拌机中充分搅拌30min，得到原料预混物；
半成品制备将所述原料预混物输送至聚合床，并加入所述微肥，聚合反应1.5h后得到大块的所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土半成品。
切割造粒将所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土半成品运送至切割机中并被切割成粒径均匀的所述半成品颗粒；将所述半成品颗粒送至烘干箱中在200℃下烘干1.5h，然后输送至造粒机中进行造粒处理即得所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂成品。
实施例二
本实施例提供一种聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂，该赋肥保水剂与实施例一提供的赋肥保水剂基本相同，不同之处在于：本实施例提供的上述赋肥保水剂由以下重量份的原料组成：膨润土0.6吨、丙烯酸钠1.4吨、扩层剂0.02吨和矿物微肥0.03吨，其中，所述膨润土中的蒙脱石的含量约为88%，所述扩层剂为三乙醇胺。
本实施例提供一种上述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂的制备方法，包括以下步骤：
原料混合先依次对天然膨润土进行烘干、粉碎、粗分离处理，然后进行球磨处理得到膨润土细粉，再采用旋风分离器进行细分处理，收集得到蒙脱石的含量为88%的膨润土；先将0.6吨蒙脱石的含量88%的所述膨润土与1.4吨所述丙烯酸钠混合并加入搅拌机中，然后加入所述扩层剂，并在所述搅拌机中充分搅拌45min，得到原料预混物；
半成品制备将所述原料预混物输送至聚合床，并加入所述微肥，聚合反应2h后得到大块的所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土半成品。
切割造粒将所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土半成品运送至切割机中并被切割成粒径均匀的所述半成品颗粒；将所述半成品颗粒送至烘干箱中在150℃下烘干2.5h，然后输送至造粒机中进行造粒处理即得所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂成品。
实施例三
本实施例提供一种聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂，该赋肥保水剂与实施例一提供的赋肥保水剂基本相同，不同之处在于：本实施例提供的上述赋肥保水剂由以下重量份的原料组成：膨润土1.2吨、丙烯酸钠1吨、扩层剂0.03吨和矿物微肥0.02吨，其中，所述膨润土中的蒙脱石的含量约为85%。
本实施例提供一种上述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂的制备方法，包括以下步骤：
原料混合先依次对天然膨润土进行烘干、粉碎、粗分离处理，然后进行球磨处理得到膨润土细粉，再采用旋风分离器进行细分处理，收集得到蒙脱石的含量为85%的膨润土；先将1.2吨蒙脱石的含量85%的所述膨润土与1吨所述丙烯酸钠混合并加入搅拌机中，然后加入所述扩层剂，并在所述搅拌机中充分搅拌1.5h，得到原料预混物；
半成品制备将所述原料预混物输送至聚合床，并加入所述微肥，聚合反应2h后得到大块的所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土半成品。
切割造粒将所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土半成品运送至切割机中并被切割成粒径均匀的所述半成品颗粒；将所述半成品颗粒送至烘干箱中在180℃下烘干2h，然后输送至造粒机中进行造粒处理即得所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂成品。
实施例四
本实施例提供一种聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂，该赋肥保水剂与实施例一提供的赋肥保水剂基本相同，不同之处在于：本实施例提供的上述赋肥保水剂由以下重量份的原料组成：膨润土1吨、丙烯酸钠0.9吨、扩层剂0.04吨和矿物微肥0.08吨，其中，所述膨润土中的蒙脱石的含量约为90%。
本实施例提供一种上述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂的制备方法，包括以下步骤：
原料混合先依次对天然膨润土进行烘干、粉碎、粗分离处理，然后进行球磨处理得到膨润土细粉，再采用旋风分离器进行细分处理，收集得到蒙脱石的含量为90%的膨润土；先将1吨蒙脱石的含量90%的所述膨润土与0.9吨所述丙烯酸钠混合并加入搅拌机中，然后加入所述扩层剂，并在所述搅拌机中充分搅拌1h，得到原料预混物；
半成品制备将所述原料预混物输送至聚合床，并加入所述微肥，聚合反应1h后得到大块的所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土半成品。
切割造粒将所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土半成品运送至切割机中并被切割成粒径均匀的所述半成品颗粒；将所述半成品颗粒送至烘干箱中在120℃下烘干3h，然后输送至造粒机中进行造粒处理即得所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂成品。
实施例五
本实施例提供一种聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂，该赋肥保水剂与实施例一提供的赋肥保水剂基本相同，不同之处在于：本实施例提供的上述赋肥保水剂由以下重量份的原料组成：膨润土1.2吨、丙烯酸钠0.8吨、扩层剂0.05吨和矿物微肥0.09吨，其中，所述膨润土中的蒙脱石的含量约为92%。
本实施例提供一种上述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂的制备方法，包括以下步骤：
原料混合先依次对天然膨润土进行烘干、粉碎、粗分离处理，然后进行球磨处理得到膨润土细粉，再采用旋风分离器进行细分处理，收集得到蒙脱石的含量为92%的膨润土；先将1.2吨蒙脱石的含量92%的所述膨润土与1.4吨所述丙烯酸钠混合并加入搅拌机中，然后加入所述扩层剂，并在所述搅拌机中充分搅拌2.5h，得到原料预混物；
半成品制备将所述原料预混物输送至聚合床，并加入所述微肥，聚合反应2.5h后得到大块的所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土半成品。
切割造粒将所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土半成品运送至切割机中并被切割成粒径均匀的所述半成品颗粒；将所述半成品颗粒送至烘干箱中在200℃下烘干1h，然后输送至造粒机中进行造粒处理即得所述聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂成品。
上述各实施例提供的聚丙烯酸钠插层修饰的膨润土赋肥保水剂主要性能如下表所示：
表1不同配比制备的聚丙烯酸插层修饰的膨润土赋肥保水剂的性能测试
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。