一種基于稻殼炭的生物質基樹脂材料及其制備方法和應用與流程

本發明涉及生物質處理技術領域，更具體地，涉及一種基于稻殼炭的生物質基樹脂材料及其制備方法和應用。

背景技術：

高吸水性樹脂是一種新型的高分子材料，它能夠吸收自身重量幾百倍至幾千倍的水分，無毒、無害、無污染；吸水能力特強，保水能力特高，通過丙烯酸聚合得到的高分子量聚合物→高保水量，高負荷下吸收量的平衡，所吸水分不能被簡單的物理方法擠出，并且可反復釋水、吸水。

稻殼炭是碳化的稻殼，稻殼炭成份中有大量二氧化硅和炭，通過一定的物理、化學過程后，使其在橡膠制品中作為填充補強材料具有良好的補強性能，由于其薄殼狀結構，在空氣中形成阻隔，因此具有極為優越的保溫、絕熱性能。對鏈鑄、鋼水包、鐵水包、連水中間罐及其他金屬覆蓋起到很好的保溫隔熱，可以減少鋼材縮孔，對提高鋼材的成材率極為有利。

稻殼炭作為生物質，其來源廣泛，產量豐富且廉價，生物質基的樹脂材料是目前的研究熱點，申請號為201510495434.8的中國專利公開了一種稻殼炭基保水劑的制備方法及稻殼炭基保水劑，但該專利僅僅研究了所得到的保水劑在不同酸堿環境下吸水能力，然而現有技術中的樹脂材料不僅要考察吸水能力，還要考察吸鹽水能力，吸尿素能力（農業中）以及保水能力和保尿素能力，現有技術目前還沒有一種吸水能力、吸鹽水能力、吸尿素能力（農業中）、保水能力、保尿素能力都很強的樹脂材料的制備方法。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種基于稻殼炭的生物質基樹脂材料的制備方法。

本發明的第二個目的是提供上述方法獲得的基于稻殼炭的生物質基樹脂材料。

本發明的第三個目的是提供所述基于稻殼炭的生物質基樹脂材料的應用。

本發明的目的是通過以下技術方案予以實現的：

一種基于稻殼炭的生物質基樹脂材料的制備方法，包括以下步驟：將稻殼炭與丙烯酰胺溶液混合后，加入引發劑和交聯劑，在70～90℃下進行接枝聚合反應，將接枝后的聚合產物用水解、洗滌干燥后即得生物質基樹脂材料；所述丙烯酰胺與稻殼炭的質量比為1.5：1～2.5：1，且稻殼炭與丙烯酰胺的質量比不等于1：1。

本發明是將稻殼炭與丙烯酰胺聚合獲得樹脂材料，在實際獲得樹脂材料時，不僅要考慮樹脂本身的吸水性能，還要考慮其對環境的友好性，以及吸收除了水之外的其他液體的性能，本發明通過改進樹脂材料的制備方法，發現，稻殼炭和丙烯酰胺在聚合反應過程中，稻殼炭（原料）和丙烯酰胺（單體）的質量以及聚合溫度顯著影響最終獲得樹脂材料的性能，在綜合多個因素下，優化出了一種基于稻殼炭的生物質基樹脂材料，其吸水能力、吸鹽水能力、吸尿素能力（農業中）、保水能力、鹽水能力、保尿素能力都很強。

優選地，所述與丙烯酰胺與稻殼炭的質量比為1.5：1；所述接枝聚合反應的溫度為70℃。

本發明還提供上述方法獲得的基于稻殼炭的生物質基樹脂材料。

本發明所述基于稻殼炭的生物質基樹脂材料可用于常規的吸水，也可用于農業中吸鹽水或者尿素增加肥效，因此，本發明還提供所述稻殼炭的生物質基樹脂材料在吸水、保水中的應用，還提供所述稻殼炭的生物質基樹脂材料在增加肥效中的應用。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

本發明提供了一種基于稻殼炭的生物質基樹脂材料的制備方法，包括以下步驟：將稻殼炭與丙烯酰胺溶液混合后，加入引發劑和交聯劑，在70～90℃下進行接枝聚合反應，將接枝后的聚合產物用水解、洗滌干燥后即得生物質基樹脂材料；所述丙烯酰胺與稻殼炭的質量比為1.5：1～2.5：1，且稻殼炭與丙烯酰胺的質量比不等于1：1，利用本發明獲得的樹脂材料不僅可生物降解，對環境友好，而且其吸水能力、吸鹽水能力、吸尿素能力（農業中）、保水能力、鹽水能力、保尿素能力都很強，具有廣泛的應用價值。

附圖說明

圖1為單體質量對樹脂材料的吸水倍數的影響。

圖2為原料質量對樹脂材料的吸水倍數的影響。

圖3為接枝聚合溫度對樹脂材料的吸水倍數的影響。

具體實施方式

下面結合說明書附圖和具體實施例進一步說明本發明的內容，但不應理解為對本發明的限制。在不背離本發明精神和實質的情況下，對本發明方法、步驟或條件所作的簡單修改或替換，均屬于本發明的范圍；若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段。

生物質基樹脂材料的制備過程：將一定量的丙烯酰胺溶于100ml水中，完全溶解后，與稻殼炭原料在30℃混合，再一并加入500ml燒杯中，攪拌半小時，并加熱到50～90℃。向燒杯中加入90ml一定濃度的引發劑（過硫酸鉀，0.02469M）溶液和60ml的交聯劑（N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺，0.00866M）溶液，在70～90℃溫度下發生接枝聚合反應，并控制好攪拌速度為500r/min。體系中生成凝膠物質，即接枝后的聚合產物；向燒杯中加入100ml 0.7mol/L的NaOH溶液，攪拌，分散均勻。水浴加熱，水解反應一段時間后，水洗成中性，再用乙醇沉淀，洗滌，放干燥箱干燥即得生物質基樹脂材料。

實施例1～11

實施例1～11的制備方案按照表1進行（每個實施例的具體制備方案中，交聯劑和引發劑的用量都一致，其中交聯劑的用量為0.08g，引發劑的用量為0.6g），由表1可知，實施例8所述制備方案獲得的樹脂材料吸水性能最好。

實施例12 單體質量對樹脂制備的影響

結果如圖1（原料質量10g，合成溫度90℃）所示，原料質量一定，且小于等于單體質量時，隨著單體的質量增加，原料的質量和單體的質量相差越來越大，吸水倍數增加，但當單體的質量等于原料質量時，就會影響樹脂的成型（如表1實施例2），使吸水效果下降。

實施例13 原料質量對樹脂制備的影響

結果如圖2（單體質量15g，合成溫度90℃）所示，單體質量一定且大于原料質量時，隨著原料質量的增加，原料的質量和單體的質量相差越來越小，吸水倍數增加，但是結合原料質量一定，單體質量變化時的吸水倍數變化發現（實施例12）：當單體的質量接近原料質量時，就會影響吸水劑的成型，使吸水效果下降。即吸水倍數先增加，到峰值后，繼續增加單體的投入量，吸水倍數有所下降。

實施例14 接枝聚合溫度對樹脂制備的影響

結果如圖3（單體質量21g，原料質量10g）所示，合成溫度的增加，高吸水樹脂的吸水倍數先增加，到峰值后，吸水倍數下降。溫度是影響反應的重要因素之一，升高溫度使引發劑分解更容易，單體分子擴散加速，從而鏈引發和鏈增長反應更快得進行。但是如果溫度太高，則反應速度太快，同時反應過程中放出大量的聚合熱，導致鏈終止和鏈轉移反應速度增加。溫度太低則共聚樹脂的三維網絡結構無形成。總之，當溫度較低時，反應很難發生，反應物不形成凝膠；溫度較高時，會發生暴聚，反應無法控制。

實施例15 實施例1～11的保水能力

本實施例考察的是實施例實施例1～11所述制備方案獲得的樹脂材料的保水能力，結果如表2。

由于實施例2和實施例10的制備方案獲得的樹脂材料的成型效果差，不能用于后續的實驗研究中，因此，表2考察了其他實施例的制備方案獲得的樹脂材料的保水能力，實施例11獲得的樹脂材料的保水能力最強，其次是實施例5和實施例6制備得到的樹脂材料。

實施例16 實施例1～11的吸鹽水能力和保鹽水能力

本實施例考察的是實施例1～11所述制備方案吸0.9%鹽水的能力和保0.9%鹽水的能力，結果如表3和表4。

在吸鹽水能力方面，從表3中可以看出，實施例7所述制備方案獲得的樹脂材料吸鹽水能力最強，從表4可知實施例6所述制備方案獲得的樹脂材料的保鹽水能力最強。

實施例17 實施例1～11的吸尿素能力和保尿素能力

本實施例考察的是實施例1～11所述方案吸0.9%尿素的能力和保0.9%尿素的能力，結果如表5和表6。

在吸尿素方面，實施例6所述制備方案獲得的樹脂材料能力最強（表5），在保持尿素不流失方面，實施例8所述制備方案獲得的樹脂材料能力最強（表6），綜合表1～6，最終是實施例6所述制備方案獲得的樹脂材料在各方面效果最好。