一种沙漠绿化用保水剂、制备方法及其应用与流程

本发明属于保水剂材料技术领域，具体涉及一种沙漠绿化用保水剂、制备方法及其应用。

背景技术：

沙漠是在纯自然因素作用下，形成于地质历史时期的产物。而沙漠的演变、发展却是自然和人类活动共同作用造成的，并逐渐对人们的生产、生活等发生着直接和间接的深刻影响。中国是世界上沙漠化危害比较严重的国家之一，沙漠面积较大，分布较广，全国近1/3的国土面积受到沙漠化威胁，每年因沙漠化危害造成的直接经济损失高达540亿元。

土壤沙漠化的主要原因是水资源缺乏和降水分布不均，因此防治沙漠化情况继续恶化，有效地开发利用大面积低肥力的风沙土，不仅需要合理开发和利用现有水资源，还需要不断发展节水保水技术，以提高水资源利用率。在目前的节水保水技术中，施用保水剂因为成本低、使用方便、效果明显等原因成为改良风沙土，提高风沙土作物产量的一个最为有效的途径。

保水剂(superabsorbentpolymer,sap)含有大量的羧基、羟基、酰胺基、磺酸基等强亲水基团和一定的交联度的三维空间网状结构，具有自身数十倍乃至数千倍的吸水能力和加压也不脱水的高保水性能，其吸收的水分可供植物缓慢利用。sap具有节水抗旱、保持水土、改良土壤、保肥增产、提高造林成活率、防风固沙等诸多效应，在农林业生产、水土保持和荒漠化修复方面具有广阔的应用前景，对我国生态文明建设具有十分重大的现实意义。

sap的类型比较多，可以通过它的亲水基团的类型、原料来源、制品形态以及交联方法等实施分类。根据原料来源分类，把sap分为6大类：淀粉系、纤维素系、化学合成树脂系、蛋白质系，其他天然及衍生物系，共混物及复合系，目前国内外研究较多的主要是化学合成树脂系sap，其制备方法主要采用溶液聚合、反相悬浮聚合和反相乳液聚合等。这些方法均需要化学引发剂、有一定污染，工艺复杂、操作困难、能源消耗大，合成品不可降解、污染土壤，且功能单一、反复使用性差等缺点，限制了其在水土保持和荒漠化修复领域的应用。

技术实现要素：

本发明的目的正是针对上述现有技术所存在的问题而提供的一种沙漠绿化用保水剂及其制备方法，本发明提供的用于沙漠绿化的专用保水剂，克服了化学合成树脂系sap的应用局限，采用先进的核技术辐照合成工艺，制备出性能高效、环境友好、可生物降解、不污染土壤的绿色sap，以满足水土保持和荒漠化防治的需求。本发明的沙漠绿化用保水剂的制备方法，通过辐照工艺调节，辐照反应箱的特殊设计，淀粉碱法低温糊化，选用弱碱性中和剂，凝胶分段干燥，降低了能耗，提高了辐照剂量利用率和生产效率，具有创新性；淀粉采用加碱低温糊化法，大大降低了糊化温度，降低生产能耗，且不用冷却即可与丙烯酸中和液混合，减少了冷却环节，提高了生产效率；制备过程中加入了黄腐酸钾，可以大大提高保水剂的吸水和耐盐碱性能，具有固氮、解磷、活化钾，强化植物根系的附着力和快速吸收能力，特别适合于荒漠化治理；通过控制自动传输系统的传送速度，调节辐照剂量，设计了专用的辐照反应箱，解决了辐照剂量分布控制与辐照聚合反应容器的配合难题，提高了辐照反应效率；采用二段干燥技术，在不影响保水剂性能的前提下缩短了干燥时间，提高了生产效率。

本发明的另一个目的是提供一种应用保水剂进行沙漠绿化保水的方法，网格可以阻止沙土移动，加固植物生长环境；有机质层可以起到供给碳源，吸收多余的水分，透气的作用；保水层可以贮存水分和肥料供植物生长利用；三种措施协同作用可大大提高沙漠中栽植苗木的成活率，与现有技术相比，具有显著的进步。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种沙漠绿化用保水剂，其特征在于，所述保水剂由以下重量份数的成分组成：

丙烯酸100份；

黄腐酸钾50～100份；

淀粉10～50份；

中和用碱50～90份；

koh0.1～3份；

辐照敏化剂0.05～0.25份；

去离子水1000～1200份。

优选地，所述丙烯酸纯度≥99.9％。

优选地，所述黄腐酸钾纯度≥75％。

优选地，所述淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉的一种或几种。

优选地，所述中和用碱为碳酸钾、碳酸铵、氨水的一种或几种。

优选地，所述辐照敏化剂为n,n’-亚甲基双丙烯酰胺、三烯丙基异氰酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的一种或几种。

本发明还提供了上述沙漠绿化用保水剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)碱溶液配制

在配碱釜中，投入一定量的固体碱，搅拌下加去离子水使之溶解，冷却至室温待用。

(2)中和

在中和反应釜中投入一定量的丙烯酸，在搅拌条件下，将步骤(1)中的碱溶液通过输送泵缓慢送至中和反应釜，中和反应完毕后冷却至室温待用。

(3)淀粉糊化

在淀粉糊化反应釜中投入一定量的淀粉，并加入一定量的去离子水，边搅拌边加入一定量的koh，在30～60℃水浴下糊化20～60min制备糊化淀粉，冷却至室温待用。

(4)混合装箱

将步骤(3)中的糊化淀粉输送至步骤(2)的中和反应釜中，搅拌下加入一定量的辐照敏化剂，搅拌均匀。在另一反应釜中投入一定量的黄腐酸钾，搅拌下加去离子水使之完全溶解，之后输送至中和反应釜并搅拌均匀，之后将溶液输送至内衬聚酯袋的辐照反应箱中，溶液的装入量为辐照反应箱容积的60～80％。

(5)辐照合成

将步骤(4)中的辐照反应箱经输送系统进入辐照室，利用其中的辐照装置进行辐照反应，辐照剂量为3～10kgy。

(6)切片造粒

料液完成聚合反应后成为凝胶状，将其取出，先切成片状，再切块，使用凝胶造粒机造粒，粒径为3～5mm。

(7)干燥

将步骤(6)中的凝胶颗粒送入热风干燥系统，烘干至水分含量≤6％，经过筛分、质检和包装，即可得到沙漠绿化用保水剂产品。

本发明所公开的上述技术方案中，采用天然生物材料淀粉、黄腐酸钾与有机单体结合通过辐照技术合成的环保型高吸水性sap，既克服了纯天然材料吸水倍率低、保水性能差、降解速率过快等缺点，又克服了现有技术制备的化学合成树脂系sap难以降解，易造成环境污染等缺点。黄腐酸钾的加入，不仅可以增大保水剂的孔隙度，进而提高吸水性能，还能提高保水剂的耐盐碱性，为保水剂在干旱、盐碱性强的荒漠修复中的应用提供可能。

优选地，步骤(2)中，所述中和反应的中和度为50～90％。

优选地，步骤(3)中，所述淀粉在40～50℃水浴下糊化30～40min。

优选地，步骤(5)中，所述辐照剂量为4～9kgy，剂量不均匀度＜1.5。

优选地，步骤(5)中，所述辐照装置采用⁶⁰coγ装置时，设置2个装卸货位，辐照箱通过自动装卸系统自动进入输送系统，通过传输系统实现自动换层和换面，运行方式采用连续运行，速度为3～9m/min。

进一步地，步骤(5)中，所述辐照装置采用⁶⁰coγ装置时，其⁶⁰co放射源的总活度为50～200万居里，放射源排列方式为单板源或双板源，优选为双板源。

进一步地，步骤(5)中，所述辐照装置采用⁶⁰coγ装置时，放射源架外形尺寸(长×宽×高)不小于1972mm×89mm×2856mm，可安装放射源面积不小于1800mm×2545mm，可安装放射源棒数量不少于600根。

进一步地，步骤(5)中，所述辐照箱内容积的最大规格(长×宽×高)为1220mm×200mm×1350mm，宽度优选为100～200mm。

进一步地，步骤(5)中，所述辐照采用⁶⁰coγ装置时，输送系统可采用重型积放式悬挂链型、悬挂链+移行式过源机械型、辊道型的一种。

优选地，步骤(5)中，所述辐照装置采用电子加速器时，将辐照箱置于输送系统送入辐照室进行辐照，一次辐照不换面。

进一步地，步骤(5)中，所述辐照装置采用电子加速器时，其能量为1～10mev，束功率为50～100kw，扫描宽度为100cm。

进一步地，步骤(5)中，所述辐照采用电子加速器时，辐照箱为上开口型，最大宽度为1000mm，高度为50～100mm。

进一步地，步骤(5)中，所述辐照采用电子加速器时，辐照输送系统可采用辊道式、履带式、链式的一种。

优选地，步骤(7)中，所述热风干燥系统分为两段，一段干燥温度为110～150℃，干燥时间为1～2h，二段干燥温度为40～80℃，干燥时间为8～12h。

本发明还提供了应用上述保水剂进行沙漠绿化保水的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)挖穴

在绿化地挖深度为30～100cm，长、宽为30～60cm的树穴。

(2)铺设网格

在树穴四周设置一层由藤条或树枝编制的网格，以固定树穴。

(3)填充有机质

在树穴底部铺设5～20cm的有机质，该有机质可以是树叶、秸秆、杂草或者他们的发酵产物。

(4)铺设保水层

将本发明的保水剂、有机肥、沙土按一定比例混合均匀，铺设在有机质层上。

(5)栽植苗木

按常规方法将苗木置于树穴的保水层上方，回填一半的沙土，踏实后浇足水分，再回填另一半沙土。

优选地，步骤(1)中，当栽植灌木时，所述树穴深度为30～60cm，长、宽为30～40cm；当栽植乔木时，所述树穴深度为60～100cm，长、宽为40～60cm。

优选地，步骤(4)中，所述保水剂施用量为20～60g、有机肥为保水剂的1～2倍，沙土为保水剂的300～500倍。

优选地，步骤(5)中，所述苗木可以是沙棘、沙柳、胡杨等沙生植物，也可以是耐旱的枸杞、枣树、杏树等经济林木。

与现有技术相比，本发明的沙漠绿化用保水剂及其应用方法，其显著的技术优点是：

(1)本发明的沙漠绿化用保水剂，性能高效，优于传统的化学合成树脂系sap，而且环境友好、可生物降解、不污染土壤，加入了淀粉、黄腐酸钾，大大提高了吸水和耐盐碱性能，降低了生产成本，可以满足荒漠化治理的需求，产品应用价值高，具有实用性。

(2)本发明的沙漠绿化用保水剂的制备方法，通过辐照工艺调节，辐照反应箱的特殊设计，淀粉碱法低温糊化，选用弱碱性中和剂，凝胶分段干燥，降低了能耗，提高了辐照剂量利用率和生产效率，具有创新性。

(3)本发明的沙漠绿化用保水剂的应用方法，网格可以阻止沙土移动，加固植物生长环境；有机质层可以起到供给碳源，吸收多余的水分，透气的作用；保水层可以贮存水分和肥料供植物生长利用；三种措施协同作用可大大提高沙漠中栽植苗木的成活率，与现有技术相比，具有显著的进步。

(4)本发明的沙漠绿化用保水剂的制备方法，淀粉采用加碱低温糊化法，大大降低了糊化温度，降低生产能耗，且不用冷却即可与丙烯酸中和液混合，减少了冷却环节，提高了生产效率。

(5)本发明的沙漠绿化用保水剂的制备方法，加入了黄腐酸钾，可以大大提高保水剂的吸水和耐盐碱性能，具有固氮、解磷、活化钾，强化植物根系的附着力和快速吸收能力，特别适合于荒漠化治理。

(6)本发明的沙漠绿化用保水剂的制备方法，通过控制自动传输系统的传送速度，调节辐照剂量，设计了专用的辐照反应箱，解决了辐照剂量分布控制与辐照聚合反应容器的配合难题，提高了辐照反应效率。

(7)本发明的沙漠绿化用保水剂的制备方法，采用二段干燥技术，在不影响保水剂性能的前提下缩短了干燥时间，提高了生产效率。

(8)本发明的沙漠绿化用保水剂的应用方法，施工简单，应用区域广泛，不仅可以应用在沙漠化防治，也适合应用于其他类型的荒漠治理。

附图说明

图1所示是本发明提供的沙漠绿化用保水剂的制备工艺流程图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解。需要说明的是，以下所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明的内容不局限于下面的实施例。实际上，在未背离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变化，这对本领域技术人员来说将是显而易见的。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用来产生又一个实施例。因此，意图是本发明将这样的修改和变化包括在所附的权利要求书和它们的等同物的范围内。

实施例1：制备沙漠绿化用保水剂

参见图1所示的沙漠绿化用保水剂的制备工艺流程图。

(1)碱溶液配制

在配碱釜中，投入240kg的碳酸钾固体，搅拌下加去离子水使之溶解，冷却至室温待用。

(2)中和

在中和反应釜中投入300kg的丙烯酸，在搅拌条件下，将(1)中的碳酸钾溶液通过输送泵缓慢送至中和反应釜，中和反应完成后冷却至室温待用。

(3)淀粉糊化

在淀粉糊化反应釜中投入100kg的玉g米淀粉，用输送泵加入一定量的去离子水，打开搅拌装置，加入0.5的koh，在40℃水浴下糊化40min，冷却至室温。

(4)混合装箱

将(3)中的玉米淀粉糊输送泵送至中和反应釜，搅拌下加入0.2kg的n,n’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀。在另一反应釜中投入200kg的黄腐酸钾，搅拌下加去离子水使之完全溶解，用输送泵送至中和反应釜并搅拌均匀，用输送泵送入内衬聚酯袋的辐照反应箱，溶液的装入量为反应箱容积的60％。

(5)辐照合成

将(4)中的辐照反应箱经输送系统进入辐照室，采用80万居里⁶⁰coγ辐照装置进行辐照反应，辐照剂量为9kgy。

(6)切片造粒

料液完成聚合反应后成为凝胶状，将其取出，先切成片状，再切块，使用凝胶造粒机造粒，粒径为3～5mm。

(7)干燥

将(6)中的凝胶颗粒送入热风干燥系统，在温度为150℃下烘干1h，然后在80℃烘干8h，烘干至水分含量≤6％，经过筛分、质检和包装，即可得到沙漠绿化用保水剂产品。

上述步骤(5)中，辐照装置的放射源采用双板源的排列方式，放射源架外形尺寸(长×宽×高)为1972mm×89mm×2856mm，可安装放射源面积为1800mm×2545mm，可安装放射源棒数量为600根，辐照箱内容积规格(长×宽×高)为1220mm×180mm×1350mm，辐照箱通过传输系统进行自动换层和换面，辐照传输系统采用悬挂链+移行式过源机械型，运行方式采用连续运行，速度为5m/min。

对保水剂的吸水性能进行测定，吸纯净水倍数为869g/g，吸盐水(0.9％nacl)倍数为230g/g。

实施例2：制备沙漠绿化用保水剂

参见图1所示的沙漠绿化用保水剂的制备工艺流程图。

(1)碱溶液配制

在配碱釜中，投入200kg的碳酸铵固体，搅拌下加去离子水使之溶解，冷却至室温待用。

(2)中和

在中和反应釜中投入300kg的丙烯酸，在搅拌条件下，将(1)中的碳酸铵溶液通过输送泵缓慢送至中和反应釜，中和反应结束后冷却至室温待用。

(3)淀粉糊化

在淀粉糊化反应釜中投入120kg的木薯淀粉，用输送泵加入一定量的去离子水，打开搅拌装置，加入2.4kg的koh，在50℃水浴下糊化30min，冷却至室温。

(4)混合装箱

将(3)中的木薯淀粉糊输送泵送至中和反应釜，搅拌下加入0.4kg的辐照敏化剂三烯丙基异氰酸酯，搅拌均匀。在另一反应釜中投入300kg的黄腐酸钾，搅拌下加去离子水使之完全溶解，用输送泵送至中和反应釜并搅拌均匀，用输送泵送入内衬聚酯袋的辐照反应箱，溶液的装入量为反应箱容积的80％。

(5)辐照合成

将(4)中的辐照反应箱经输送系统进入辐照室，采用150万居里⁶⁰coγ辐照装置进行辐照反应，辐照剂量为7kgy。

(6)切片造粒

料液完成聚合反应后成为凝胶状，将其取出，先切成片状，再切块，使用凝胶造粒机造粒，粒径为3～5mm。

(7)干燥

将(6)中的凝胶颗粒送入热风干燥系统，在温度为140℃下烘干2h，然后在70℃烘干10h，烘干至水分含量≤6％，经过筛分、质检和包装，即可得到沙漠绿化用保水剂产品。

上述步骤(5)中，辐照装置的放射源采用双板源的排列方式，放射源架外形尺寸(长×宽×高)为1972mm×89mm×2856mm，可安装放射源面积为1800mm×2545mm，可安装放射源棒数量为600根，辐照箱内容积规格(长×宽×高)为1220mm×200mm×1350mm，辐照箱通过传输系统进行自动换层和换面，辐照传输系统采用悬挂链+移行式过源机械型，运行方式采用连续运行，速度为9m/min。

对保水剂的吸水性能进行测定，吸纯净水倍数为925g/g，吸盐水(0.9％nacl)倍数为260g/g。

实施例3：制备沙漠绿化用保水剂

参见图1所示的沙漠绿化用保水剂的制备工艺流程图。

(1)碱溶液配制

在配碱釜中，投入270kg的氨水待用。

(2)中和

在中和反应釜中投入300kg的丙烯酸，在搅拌条件下，将(1)中的氨水通过输送泵缓慢送至中和反应釜，中和反应结束后冷却至室温待用。

(3)淀粉糊化

在淀粉糊化反应釜中投入80kg的马铃薯淀粉，用输送泵加入一定量的去离子水，打开搅拌装置，加入1.6kg的koh，在30℃水浴下糊化60min，冷却至室温。

(4)混合装箱

将(3)中的马铃薯淀粉糊输送泵送至中和反应釜，搅拌下加入0.3kg的辐照敏化剂三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，搅拌均匀。在另一反应釜中投入300kg的黄腐酸钾，搅拌下加去离子水使之完全溶解，用输送泵送至中和反应釜并搅拌均匀，用输送泵送入内衬聚酯袋的辐照反应箱，溶液的装入量为反应箱容积的70％。

(5)辐照合成

将(4)中的辐照反应箱经输送系统进入辐照室，采用10mev的电子加速器作为辐照装置进行辐照反应，辐照剂量为4kgy。

(6)切片造粒

料液完成聚合反应后成为凝胶状，将其取出，先切成片状，再切块，使用凝胶造粒机造粒，粒径为3～5mm。

(7)干燥

将(6)中的凝胶颗粒送入热风干燥系统，在温度为110℃下烘干2h，然后在40℃烘干12h，烘干至水分含量≤6％，经过筛分、质检和包装，即可得到环保型农林保水剂产品。

上述步骤(5)中，电子加速器的束功率为100kw，扫描宽度为100cm，辐照输送系统采用辊道式，辐照箱宽度为1000mm，高度为100mm。

对保水剂的吸水性能进行测定，吸纯净水倍数为578g/g，吸盐水(0.9％nacl)倍数为160g/g。

实施例4：沙漠绿化保水剂应用

(1)挖穴

在绿化地挖深度为30cm，长、宽为30cm的树穴。

(2)铺设网格

在树穴四周设置一层由藤条编制的网格，以固定树穴。

(3)填充有机质

在树穴底部铺设5cm厚的小麦秸秆。

(4)铺设保水层

将20g本发明的保水剂、20g有机肥、6000g沙土按一定比例混合均匀，铺设在有机质层上。

(5)栽植沙棘

将1～2年树龄的沙棘置于树穴的保水层上方，回填一半的沙土，踏实后浇足水分，再回填另一半沙土。

经过一年的观察计算，沙棘的成活率为92％。

实施例5：沙漠绿化保水剂应用

(1)挖穴

在绿化地挖深度为60cm，长、宽为40cm的树穴。

(2)铺设网格

在树穴四周设置一层由树枝编制的网格，以固定树穴。

(3)填充有机质

在树穴底部铺设10cm厚发酵后的树叶、杂草混合物。

(4)铺设保水层

将40g本发明的保水剂、60g有机肥、16000g沙土按一定比例混合均匀，铺设在有机质层上。

(5)栽植苗木

将1～2年树龄的胡杨置于树穴的保水层上方，回填一半的沙土，踏实后浇足水分，再回填另一半沙土。

经过一年的观察计算，胡杨的成活率为85％。

实施例6：沙漠绿化保水剂应用

(1)挖穴

在绿化地挖深度为100cm，长、宽为60cm的树穴。

(2)铺设网格

在树穴四周设置一层由葡萄藤编制的网格，以固定树穴。

(3)填充有机质

在树穴底部铺设20cm厚切碎后的玉米秸秆。

(4)铺设保水层

将60g本发明的保水剂、120g有机肥、30000g沙土按一定比例混合均匀，铺设在有机质层上。

(5)栽植苗木

将2～3年树龄的枣树置于树穴的保水层上方，回填一半的沙土，踏实后浇足水分，再回填另一半沙土。

经过一年的观察计算，枣树的成活率为95％。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。