本发明公开了一种土壤保水剂，属于保水材料技术领域。
背景技术：
作为化控节水材料的一种，土壤保水剂又称高吸水性树脂，分子间为交联聚合而成的网状结构，含有很强的亲水性基团，它可以通过水合作用迅速吸收自身质量十倍、百倍甚至千倍的水分，形成凝胶，并且可以反复吸水。保水剂能够稳定土壤结构，降低土壤容重，提高土壤毛管持水量、增加水分入渗，控制土壤水分的蒸发，降低干旱胁迫，促进植物生长发育。
根据合成材料不同，保水剂可分为合成树脂类保水剂、淀粉类保水剂和纤维素类保水剂等3种类型。其中合成树脂类保水剂吸水、保水能力强，但可降解性差；淀粉类保水剂吸水后凝胶强度低，耐霉性差；纤维素类保水剂吸水率略低，但是其吸盐性能好，且ph值易调节，可生物降解，是一种环境友好型保水材料。纤维素是由葡萄糖组成的天然高分子多糖，分子式可表示为（c6h10o5）n，其分子是由d-葡萄糖基通过β-1，4-苷键连接而成的高分子化合物，也是一种吡喃式葡萄糖。纤维素高吸水性树脂的合成原理是自由基引发聚合，在引发剂的作用下，首先在纤维素大分子骨架上产生游离基，与单体反应，形成接枝共聚物。以秸秆纤维素为原料合成的保水剂可以明显抑制水分的损失和提高土壤对水肥的调控性能。
除此之外，土壤中沉淀的重金属离子随着时间的推移，被作物吸收被食用后进入人体，危害着人体健康；因此研发一种对重金属离子具有一定的吸附作用的保水剂，在土壤中可阻止有害的金属离子被作物吸收，减少土壤污染对作物的危害，也间接保护了人类的健康和安全。
因此，如何改善传统土壤保水剂保水性能及吸附重金属离子性能不佳的缺点，以获取更高综合性能的土壤保水剂，是其推广与应用于更广阔的领域，满足工业生产需求亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是：针对传统土壤保水剂保水性能及吸附重金属离子性能不佳的缺点，提供了一种土壤保水剂。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种土壤保水剂，是由以下重量份数的原料：
丙烯酸20～35份
丙烯酰胺10～14份
氢氧化钠4～10份
交联剂3～5份
改性沸石4～8份
过硫酸铵3～5份
活性炭5～8份
所述改性沸石的制备方法为：
将沸石粉碎后，加热处理，得热处理沸石，将热处理沸石与蛋白质混合液按质量比1：15～1：20混合，搅拌过滤，过滤，得预处理沸石，将预处理沸石与藻类粉末按质量比1：2～1：3混合，并加入预处理沸石质量2～3倍的水，恒温培养，过滤，得活化沸石，将活化沸石移入炭化炉炭化，得炭化沸石，将炭化沸石与丙烯酸按质量比1：12～1：15混合，并加入炭化沸石质量0.2～0.4倍的偶联剂，搅拌反应，过滤，得改性沸石；
所述土壤保水剂的制备方法为：
（1）按原料组成称量各组分；
（2）将活性炭于粉碎机中粉碎，得活性炭粉末，将丙烯酸与水按质量比1：10～1：15混合，于冰水浴中加入氢氧化钠，得混合液，将丙烯酰胺，交联剂，改性沸石，活性炭粉末加入混合液中，于室温状态下搅拌混合后，超声振荡，得预处理土壤保水剂，将预处理土壤保水剂与过硫酸铵混合，搅拌反应，干燥，粉碎，得土壤保水剂。
所述交联剂为过氧化二异丙苯或二亚乙基三胺中任意一种。
所述蛋白质混合液的制备方法为将蛋白质与水按质量比1：10～1：15混合；所述蛋白质为牛血清清蛋白或酪蛋白中任意一种。
所述藻类为蓝藻或绿藻中任意一种。
所述偶联剂为硅烷偶联剂kh-550，硅烷偶联剂kh-560或硅烷偶联剂kh-570中任意一种。
本发明的有益效果是：
（1）本发明在制备土壤保水剂时加入改性沸石，首先，沸石在经过热处理后，沸石内部产生丰富的孔隙结构，可以吸附大量的水分子，从而使产品的吸水性得到提高，其次，热处理沸石在经过改性处理后，藻类炭化后的碳质骨链可在偶联剂处理下与丙烯酸发生反应而连接，从而可以在孔隙中形成一定具有保水性能的三维网状结构，使沸石的保水性能得到提升，进而使产品的保水能力得到提高，并且由于沸石具有较强的吸附性，所以可以吸附土壤中的重金属离子，提高土壤的质量；
（2）本发明在制备土壤保水剂时加入活性炭，一方面，由于活性炭的强吸附性，在加入到土壤保水剂体系中后，可以进一步提高产品的吸水性和保水性，另一方面，活性炭可被三维网状结构固定在沸石孔隙中，从而使产品的吸水性和保水性得到长久保持。
附图说明
图1土壤保水剂吸水能力具体检测结果。
图2土壤保水剂保水性能具体检测结果。
具体实施方式
将沸石于粉碎机中粉碎，过60～100目筛，得粉碎沸石，将粉碎沸石于温度为260～300℃的条件下，加热处理45～70min，得热处理沸石，将热处理沸石与蛋白质混合液按质量比比1：15～1：20混合于烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为28～34℃，转速为250～280r/min的条件下，搅拌混合30～50min后，过滤，得预处理沸石，将预处理沸石与藻类粉末按质量比1：2～1：3混合于反应釜中，并向反应釜中加入预处理沸石质量2～3倍的水，于温度为15～25℃的条件下，恒温培养7～9天，过滤，得活化沸石，将活化沸石移入炭化炉，于温度为450～550℃的条件下，炭化45～70min，得炭化沸石，将炭化沸石与丙烯酸按质量比1：12～1：15混合于烧瓶中，并向烧瓶中加入炭化沸石质量0.2～0.4倍的偶联剂，将烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为50～60℃，转速为260～280r/min的条件下，搅拌反应2～3h后，过滤，得改性沸石；按重量份数计，依次称取20～35份丙烯酸、10～14份丙烯酰胺、4～10份氢氧化钠、3～5份交联剂、4～8份改性沸石、3～5份过硫酸铵和5～8份活性炭，先将活性炭于粉碎机中粉碎，过20～40目筛，得活性炭粉末，再将丙烯酸与水按质量比1：10～1：15混合于烧杯中，将烧杯移入冰水质量比为1：2～1：3的冰水浴中，并将氢氧化钠加入烧杯，搅拌反应，得混合液，待混合液温度降至室温后，将丙烯酰胺，交联剂，改性沸石，活性炭加入混合液中，于温度为28～36℃，转速为260～280r/min的条件下，搅拌混合50～80min后，得预处理混合液，将预处理混合液移入超声振荡仪，于频率为32～45khz的条件下，超声振荡5～10min，得预处理土壤保水剂，将预处理土壤保水剂与过硫酸铵混合，于温度为35～45℃，转速为300～320r/min的条件下，搅拌反应35～60min，得土壤保水剂坯料，将土壤保水剂坯料移入干燥箱，于温度为80～90℃的条件下干燥至恒重，再将干燥后的土壤保水剂坯料于粉碎机中粉碎，得土壤保水剂。所述交联剂为过氧化二异丙苯或二亚乙基三胺中任意一种。所述蛋白质混合液的制备方法为将蛋白质与水按质量比1：10～1：15混合；所述蛋白质为牛血清清蛋白或酪蛋白中任意一种。所述藻类粉末为蓝藻粉末或绿藻粉末中任意一种。所述偶联剂为硅烷偶联剂kh-550，硅烷偶联剂kh-560或硅烷偶联剂kh-570中任意一种。
实例1
将沸石于粉碎机中粉碎，过100目筛，得粉碎沸石，将粉碎沸石于温度为300℃的条件下，加热处理70min，得热处理沸石，将热处理沸石与蛋白质混合液按质量比比1：20混合于烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为34℃，转速为280r/min的条件下，搅拌混合50min后，过滤，得预处理沸石，将预处理沸石与藻类粉末按质量比1：3混合于反应釜中，并向反应釜中加入预处理沸石质量3倍的水，于温度为25℃的条件下，恒温培养9天，过滤，得活化沸石，将活化沸石移入炭化炉，于温度为550℃的条件下，炭化70min，得炭化沸石，将炭化沸石与丙烯酸按质量比1：15混合于烧瓶中，并向烧瓶中加入炭化沸石质量0.4倍的偶联剂，将烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为60℃，转速为280r/min的条件下，搅拌反应3h后，过滤，得改性沸石；按重量份数计，依次称取35份丙烯酸、14份丙烯酰胺、10份氢氧化钠、5份交联剂、8份改性沸石、5份过硫酸铵和8份活性炭，先将活性炭于粉碎机中粉碎，过40目筛，得活性炭粉末，再将丙烯酸与水按质量比1：15混合于烧杯中，将烧杯移入冰水质量比为1：3的冰水浴中，并将氢氧化钠加入烧杯，搅拌反应，得混合液，待混合液温度降至室温后，将丙烯酰胺，交联剂，改性沸石，活性炭加入混合液中，于温度为36℃，转速为280r/min的条件下，搅拌混合80min后，得预处理混合液，将预处理混合液移入超声振荡仪，于频率为45khz的条件下，超声振荡10min，得预处理土壤保水剂，将预处理土壤保水剂与过硫酸铵混合，于温度为45℃，转速为320r/min的条件下，搅拌反应60min，得土壤保水剂坯料，将土壤保水剂坯料移入干燥箱，于温度为90℃的条件下干燥至恒重，再将干燥后的土壤保水剂坯料于粉碎机中粉碎，得土壤保水剂。所述交联剂为过氧化二异丙苯。所述蛋白质混合液的制备方法为将蛋白质与水按质量比1：15混合；所述蛋白质为牛血清清蛋白。所述藻类粉末为蓝藻粉末。所述偶联剂为硅烷偶联剂kh-550。
实例2
按重量份数计，依次称取35份丙烯酸、14份丙烯酰胺、10份氢氧化钠、5份交联剂、5份过硫酸铵和8份活性炭，先将活性炭于粉碎机中粉碎，过40目筛，得活性炭粉末，再将丙烯酸与水按质量比1：15混合于烧杯中，将烧杯移入冰水质量比为1：3的冰水浴中，并将氢氧化钠加入烧杯，搅拌反应，得混合液，待混合液温度降至室温后，将丙烯酰胺，交联剂，活性炭加入混合液中，于温度为36℃，转速为280r/min的条件下，搅拌混合80min后，得预处理混合液，将预处理混合液移入超声振荡仪，于频率为45khz的条件下，超声振荡10min，得预处理土壤保水剂，将预处理土壤保水剂与过硫酸铵混合，于温度为45℃，转速为320r/min的条件下，搅拌反应60min，得土壤保水剂坯料，将土壤保水剂坯料移入干燥箱，于温度为90℃的条件下干燥至恒重，再将干燥后的土壤保水剂坯料于粉碎机中粉碎，得土壤保水剂。所述交联剂为过氧化二异丙苯。所述蛋白质混合液的制备方法为将蛋白质与水按质量比1：15混合；所述蛋白质为牛血清清蛋白。所述藻类粉末为蓝藻粉末。所述偶联剂为硅烷偶联剂kh-550。
实例3
将沸石于粉碎机中粉碎，过100目筛，得粉碎沸石，将粉碎沸石于温度为300℃的条件下，加热处理70min，得热处理沸石，将热处理沸石与蛋白质混合液按质量比比1：20混合于烧杯中，将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为34℃，转速为280r/min的条件下，搅拌混合50min后，过滤，得预处理沸石，将预处理沸石与藻类粉末按质量比1：3混合于反应釜中，并向反应釜中加入预处理沸石质量3倍的水，于温度为25℃的条件下，恒温培养9天，过滤，得活化沸石，将活化沸石移入炭化炉，于温度为550℃的条件下，炭化70min，得炭化沸石，将炭化沸石与丙烯酸按质量比1：15混合于烧瓶中，并向烧瓶中加入炭化沸石质量0.4倍的偶联剂，将烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为60℃，转速为280r/min的条件下，搅拌反应3h后，过滤，得改性沸石；按重量份数计，依次称取35份丙烯酸、14份丙烯酰胺、10份氢氧化钠、5份交联剂、8份改性沸石和5份过硫酸铵，将丙烯酸与水按质量比1：15混合于烧杯中，将烧杯移入冰水质量比为1：3的冰水浴中，并将氢氧化钠加入烧杯，搅拌反应，得混合液，待混合液温度降至室温后，将丙烯酰胺，交联剂，改性沸石加入混合液中，于温度为36℃，转速为280r/min的条件下，搅拌混合80min后，得预处理混合液，将预处理混合液移入超声振荡仪，于频率为45khz的条件下，超声振荡10min，得预处理土壤保水剂，将预处理土壤保水剂与过硫酸铵混合，于温度为45℃，转速为320r/min的条件下，搅拌反应60min，得土壤保水剂坯料，将土壤保水剂坯料移入干燥箱，于温度为90℃的条件下干燥至恒重，再将干燥后的土壤保水剂坯料于粉碎机中粉碎，得土壤保水剂。所述交联剂为过氧化二异丙苯。所述蛋白质混合液的制备方法为将蛋白质与水按质量比1：15混合；所述蛋白质为牛血清清蛋白。所述藻类粉末为蓝藻粉末。所述偶联剂为硅烷偶联剂kh-550。
对比例：任丘市某化工有限公司生产的土壤保水剂。
将实例1至3所得的土壤保水剂及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
1.吸水能力：吸水性能是判断土壤保水剂的根本指标，常用吸水倍率表示。先称取适量的试件于烧杯中，然后分别加入蒸馏水，在室温下溶胀至吸水饱和后，在200目的筛网下静置30min后称取此时保水剂的质量，并计算吸水倍率，吸水倍率按照（1）式计算：
q=（m1-m2）/m2（1）
式中q———吸水倍率，g/g；
m1———保水剂吸水饱和后的质量，g；
m2———保水剂吸水前的质量，g；
2.保水性能：保水性能是指吸水材料在充分吸水饱和后，当所处环境变化（如温度）时，仍可以保持一定的水分。称取50g吸水饱和后的保水剂凝胶置于培养皿中，放入55℃的恒温箱中，每隔2h取出称量凝胶的质量，直到质量稳定为止。保水率按照（2）式计算：
r=（m4-m3）/（m5-m3）×100%
式中r———保水率，%；
m3———培养皿的质量，g；
m4———某一时段保水剂凝胶和培养皿的质量和，g；
m5———吸水饱和的保水剂凝胶和培养皿的质量和，g；
3.吸附重金属离子性能测试：通过原子吸收分光光度计测试合成的土壤保水剂对重金属离子cu2+、pb2+的吸附性能，吸附量按（3）式计算：
q=（c0v0-ctvt）/m（3）
式中：q为保水剂的平衡吸附量（mg/g）；c0、ct分别为吸附前后溶液中金属离子的质量浓度（mg/l）；v0、vt分别为吸附前后溶液体积（l）；m为绝干保水剂质量。
吸水能力具体检测结果见附图说明图1。
保水性能具体检测结果见附图说明图2。
吸附重金属离子性能具体检测结果如表1所示：
表1
由图1、图2和表1检测结果可知，本发明技术方案制备的土壤保水剂兼备优异的保水性能及吸附重金属离子性能，在保水材料行业的发展中具有广阔的前景。