本发明属于农林业生产资料制备领域，具体涉及一种泥炭农林用保水剂及其制备方法。
背景技术：
：保水剂是一种具有三维网络结构的有机高分子聚合物。当保水剂与水分子接触时，能够通过其自身的亲水性官能团与水分子之间形成的氢键吸收水分子进入其网络结构内部。这种被吸收到保水剂内部的水不能通过挤压的方法除去。因而，当保水剂施用于土壤中时，能够将雨水、浇灌或滴灌水迅速吸收并保持在其内部不渗失，进而可保证植物根系所处环境水分充足，促进植物生长发育。由于保水剂特有的吸水、储水和保水的性能，其在农业种植、园林绿化、改善生态环境、水土保持、土壤荒漠化治理及防风固沙等领域显示了广阔的前景。然而，在农业种植及植树造林等领域的实际应用情况来看，市场上现有的保水剂存在着严重问题。列举如下：（1）机械强度低下，在施用过程中容易破碎。（2）耐盐碱能力差，在土壤中吸水倍率非常低。（3）重复吸水能力很差，重复吸放水几次之后便失去吸水保水能力。（4）易造成土质酸化。（5）易造成土壤板结。（6）价格昂贵，通常此类保水剂的市场价格在28000元/吨以上，无法作为基本的农用生产资料。（7）性能单一。（8）与农民正常施用于作物的氮磷钾肥的兼容性差。综上所述，由于农林保水剂的特殊性，迫切需要针对现有农林保水剂的不足和缺陷，研发出一种适用于农作物和林木的，具有抗旱保墒、促进作物生长、提高作物微量元素吸收效率等多种特点，而且生产成本较低的农林保水剂产品。目前，市场上现有保水剂无论从性能上还是价格上，均无法满足农业及园林业的要求。这种窘况在中国已经持续了十多年时间，并且没有改善的迹象。这些问题急需科研人员在技术上进行开拓和革新。就目前市场上的农林保水剂来讲，其不足主要可归因于一下几点：（1）目前农林保水剂销售价格一般在25000-36000元/吨，按5kg/亩用量计，其成本为125-180元/亩。价格较高，农、牧民无法承受。（2）由于目前技术水平所限，绝大部分厂家所生产农林保水剂的原料并不适宜在土壤中直接施用。施用后经常造成土质酸化、土壤板结，土壤透气性变差，使作物根系无法正常呼吸，最终导致保水剂起到相反结果。（3）由于现有农林保水剂厂家所选择的原料性质的原因，其产品抗盐性能差，以致在土壤中的重复吸水能力低下。（4）由于现有农林保水剂厂家所选择的原料的原因，多数产品不但无任何促进植物吸收生长所需营养元素的能力，而且与施用的化肥互不兼容。（5）由于目前市场上的农林保水剂所选择的原料性质的问题，其机械强度很低，在土壤中容易破碎。泥炭是地表分布的一种矿产资源，是经过几千年所形成的天然沼泽地产物（又称为草炭或泥煤），是煤化程度最低的煤，是煤最原始的状态。一般形成于第四纪，并且现代仍可由自然界得到缓慢补充。泥炭的主要来源是泥炭苔或泥炭藓。泥炭具有无菌、无毒、无污染，质轻、疏松、透气透水性好及持水保肥等特性。泥炭有利于微生物活动，能够增强生物性能，且营养丰富，既是栽培基质，又是良好的土壤调解剂。泥炭是一种内在价值非常低的商品，只有对其进行加工改造才可使其增值。泥炭中腐植酸含量常为10～30%，高者可达70%以上。腐植酸是土壤中重要的营养物质，其分子结构中具有羧基、酚羟基、醇羟基、醌基、甲氧基、氨基、羰基等活性功能基团，对土壤中各种微量元素具有较强的络合能力及较高的吸附能力、具有刺激植物生长发育、增加作物的抗逆性、改善土壤团粒结构和调节植物营养状况的功效。由于腐植酸特殊的理化和生物活性，其被制成各种形式的液肥、复合肥及缓释肥，并被大量应用于农林、园艺领域，均取得了良好的生态效应和环境效应。全世界有4264亿吨泥炭，85%分布在纬度较高的温寒带湿润和半湿润气候区。中国是世界上泥炭资源丰富的国家之一，已探明储量可达46亿余吨。中国东北及西南高原的高寒地区有很多高位泥炭的分布，而在华中、华北、东北、西南的低洼地带则有大量低位泥炭的分布。技术实现要素：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种泥炭农林用保水剂及其制备方法。为实现本发明的目的，本发明提供了以下技术方案：一种泥炭农林用保水剂，原料包括泥炭、高分子单体、淀粉、交联剂和引发剂，以上原料聚合成为泥炭农林用保水剂，所述原料的重量百分比为：泥炭10-90%；高分子单体5-50%；淀粉2-10%；交联剂0.01-0.5%；引发剂0.05-0.5%。所述高分子单体为丙烯酰胺和丙烯酸的混合物，丙烯酸为用碱溶液中和至中和度为60-80%的丙烯酸盐溶液。所述碱溶液为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液和浓氨水溶液的任一种。所述碱溶液为质量百分比浓度20-40%的氢氧化钾溶液、质量百分比浓度20-40%氢氧化钠溶液和体积浓度为20-30%的浓氨水溶液的任一种。所述泥炭为具有反应活性的多孔填充剂。所述交联剂为N,N′-亚甲基双丙烯酰胺。所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾的任一种。一种泥炭农林用保水剂的制备方法，包括以下步骤：a、向反应容器中加入100重量份水、2~25重量份丙烯酰胺和2~25重量份丙烯酸，在室温下充分搅拌0.5小时；b、将泥炭在70-90oC下干燥，将干燥后的泥炭放入粉碎机中粉碎，将粉碎后的泥炭过标准筛，得到泥炭粉；c、称取2-20重量份的淀粉和10-90重量份的步骤b得到的泥炭粉，将淀粉和泥炭粉加入至反应容器中继续搅拌，充分分散均匀；d、加入一定量浓度的碱溶液，调节丙烯酸中和度至60～80%，控制温度低于40oC；e、加入0.01～0.50重量份交联剂和0.05～0.50重量份引发剂，搅拌5-10分钟；f、将反应液升高温度至70～80oC进行反应，控温不超过80oC；反应1-2小时至形成粘稠凝胶状产物时停止反应；g、冷却至室温，取出产物，切成小块，干燥，用粉碎机粉碎得到不同粒径的泥炭农林用保水剂。所述泥炭过标准筛为100-200目筛。本发明的优点在于：1、采用泥炭为主要原料合成保水剂，决定了其必将具有低廉的原料价格，可使泥炭保水剂的成本降到最低，为占据市场、强化竞争优势提供了不可比拟内在和外在条件，也为企业提供了极强的抗经济风险能力。2、本发明选取泥炭为主要原料，泥炭中所含腐植酸可与高分子单体丙烯酸/丙烯酰胺共聚，最终获得了一种对施用农作物和林木具有针对性的、高腐植酸含量的农林保水剂。本发明的保水剂以泥炭中腐植酸和高分子构成保水剂分子的三维网络结构的主体，泥炭作为一种有反应活性的多孔填充剂被引入保水剂分子内部使得保水剂具有高机械强度、多样化的亲水基团等多种功能。N,N′-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，使得保水剂的三维网格尺寸具有可调节特性，有利于制备出合适于当地土壤结构的农林保水剂。本发明的泥炭农林保水剂表面结构中既具有离子型亲水基团—COOH、—COO-，又具有多种非离子型的亲水基团—NH2、—NH-CO—、—COO—和—OH，同时还具有腐植酸及泥炭中不溶解成分（木质素、纤维素）的结构特征，具有无定形态的特点。本发明的保水剂的结构中存在下述三种有利于提高其吸水性能的因素：①亲水基团的多样化，保证了保水剂具有较高的吸水倍率和吸水速率的同时，也具有较强的耐电解质能力。②泥炭中腐植酸分子在保水剂分子中作为三维网络结构的主体，比传统保水剂的高分子网络具有了更大的溶胀能力。③泥炭中的木质素及纤维素作为保水剂的填充物极大的提高了保水剂的机械强度。当泥炭中的腐植酸参与共聚反应之后，留下的泥炭木质素和纤维素具有高比表面积和三维立体结构的特点，特别适合作为农林保水剂的填充物。④泥炭的三维多孔结构大大提高了保水剂颗粒的比表面积，从而使得保水剂的吸水速率得到了很大的提升。因此，本发明的泥炭农林保水剂具有吸水倍率高、吸水速率快、耐电解质能力强、机械强度高的特点。3、本发明专利中泥炭含量超高（可高达90%），且其所含腐植酸作为保水剂分子的主体结构，施用于土壤中时，腐植酸不易流失，可以随着保水剂的自然降解逐步分散在土壤中，起到缓释的效果。由于泥炭含量超高，本专利所述的保水剂产品成本价格异常低廉（可低达5000元/吨），远远低于行业内同类及类似产品，非常适合农、牧民在日常耕种时使用。4、本发明合成的系列泥炭保水剂的吸水（溶液）倍率：对去离子水吸水倍率550～750g/g；对自来水吸水倍率200～400g/g；对浓度0.9%的NaCl溶液吸液倍率90～210g/g；对浓度为0.5%的尿素溶液吸液倍率：800～950g/g。达到50%饱和吸水量的时间为1~2分钟。达到饱和吸水量的时间为5~25分钟。当型变量为80%时，保水剂吸水溶胀后最大可承受5~6MPa压力。同时本发明所合成的泥炭保水剂具有良好的重复吸水性能，重复吸水20次后，仍能达到第一次吸水量的50%。本专利中以泥炭为主体的保水剂的吸水能力已达到甚至超越了传统丙烯酸/丙烯酰胺合成系保水剂的吸水能力。具体实施方式为了更详细地说明本发明，给出下述制备实例。但本发明的范围并不局限于此。实施例1（1）向反应容器中加入1000g水、60g丙烯酰胺和100g丙烯酸，在室温下充分搅拌0.5小时；（2）将泥炭在70-90oC下干燥，将干燥后的泥炭放入粉碎机中粉碎，将粉碎后的泥炭过120目标准筛，得到泥炭粉；（3）向反应容器中加入50g淀粉和500g泥炭粉，充分搅拌至泥炭粉和淀粉在溶液中分散均匀；（4）加入一定量浓度为30.00%的氢氧化钾溶液，调节丙烯酸中和度至60～80%，严格控制温度，不可超过40oC；（5）加入2gN,N′-亚甲基双丙烯酰胺和2g过硫酸铵，搅拌5-10分钟；（6）将反应液升高温度至70～80oC进行反应，严格控温，不可超过80oC。反应1-2小时至形成粘稠凝胶状产物时停止反应；（7）取出产物，冷却至室温，切成小块，干燥，用粉碎机粉碎得到实施例1的泥炭农林用保水剂。实施例2（1）向反应容器中加入1000g水、50g丙烯酰胺和200g丙烯酸，在室温下充分搅拌0.5小时；（2）将泥炭在70-90oC下干燥，将干燥后的泥炭放入粉碎机中粉碎，将粉碎后的泥炭过150目标准筛，得到泥炭粉；（3）向反应容器中加入20g淀粉和600g泥炭粉，充分搅拌至泥炭粉和淀粉在溶液中分散均匀；（4）加入一定量浓度为30.00%的氨水溶液，调节丙烯酸中和度至60～80%，严格控制温度，不可超过40oC；（5）加入2gN,N′-亚甲基双丙烯酰胺和3g过硫酸铵，搅拌5-10分钟；（6）将反应液升高温度至70～80oC进行反应，严格控温，不可超过80oC。反应1-2小时至形成粘稠凝胶状产物时停止反应；（7）取出产物，冷却至室温，切成小块，干燥，用粉碎机粉碎得到实施例2的泥炭农林用保水剂。将实施例1制得的保水剂和普通保水剂进行试验对比测试，对比内容和结果如下：电解质溶液普通保水剂在电解质溶液浓度为0.05mol/L时吸水比率（E%）泥炭农林保水剂在电解质溶液浓度为0.05mol/L浓度时吸水比率（E1%）E1/ENaCl21321.52KCl22311.41NH4Cl20291.45CaCl23134.33MgCl22189.00FeCl311212.00表中数据显示，与普通保水剂相比泥炭农林保水剂表现出较好的耐盐性。尤其是当接触高价电解质溶液中时，泥炭农林保水剂体现出了非常优异的耐电介质溶液的能力。当施用于土壤环境中时，泥炭农林保水剂将更加能够适应土壤中高浓度的电解质环境。表2.实施例1泥炭农林保水剂与普通保水剂在不同pH值电解质溶液中吸水比率的对比pH值普通保水剂在电解质溶液中的吸水倍率（Q）泥炭农林保水剂在电解质溶液中的吸水倍率（Q1）Q1/Q1482.0026254.17340451.134761301.715832292.766823414.164-->7824014.8981934192.1793214201.31103303981.21112513701.47121063213.03表中数据显示，泥炭农林保水剂比普通保水剂体现出更好的耐酸碱性。与普通保水剂相比，泥炭农林保水剂不但在pH值1~12时均表现出较高吸水倍率，而且从pH为4~12的广阔区间里都表现出了相当高的吸水能力。这体现出了泥炭农林保水剂优异的耐酸碱的能力。表3.泥炭含量不同时泥炭农林保水剂的凝胶机械强度泥炭在产品中的浓度(%)泥炭农林保水剂的凝胶机械强度（MPa）*01.08101.36202.63304.49406.07506.35605.98705.76805.38904.08*泥炭农林保水剂型变量为80%。表中数据显示，泥炭农林保水剂在泥炭含量为50%时其凝胶机械强度达到最高；含量高于50%时，凝胶机械强度略有下降，但仍远远高于不添加泥炭的的普通保水剂。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。当前第1页1 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