基本信息
- 项目名称：
- 一种用甘蔗渣制备保水剂的方法
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本发明采用微波辐射技术，利用甘蔗废渣开发出了保水剂的合成工艺。该工艺具有高效、节能、减污等特点，降低了制备吸水树脂的生产成本, 且实现了可再生资源的高附加值利用。所研制的保水剂具有易降解，成本低廉、不易霉变的特点。本作品在缓解我国水资源紧缺矛盾、提高水肥利用效率，促进旱作农业的发展，促使农业生产向高产稳产方向发展方面具有重要的现实意义。
- 详细介绍：
- 本发明采用微波辐射技术，利用甘蔗废渣开发出了保水剂的合成工艺。该工艺具有高效、节能、减污等特点，降低了制备吸水树脂的生产成本, 且实现了可再生资源的高附加值利用。所研制的保水剂具有易降解，成本低廉、不易霉变的特点。制取保水剂最佳工艺条件为：过硫酸钾与单体的质量比为0.09:1；蔗渣与PVA的质量比为10:1；丙烯酸的中和度为75%；单体与蔗渣的质量比为3:1；交联剂与单体的质量比为0.008:1；丙烯酸与丙烯酰胺的质量比为4:1；微波功率为中低火；反应时间为60s。保水剂吸蒸馏水倍率达到109g/g，吸1%的尿素溶液倍率达到98g/g，吸0.1%氯化钠溶液倍率达到59.7g/g；吸蒸馏水水速率在5min内达到饱和值的94.5%；反复吸水次数10次后吸蒸馏水倍率仍然为72 g/g。保水剂对绿豆、玉米和小麦出苗率均有显著影响，其中0.1％保水剂处理既能起到提高发芽率又能促进作物生长的效果。本作品在缓解我国水资源紧缺矛盾、提高水肥利用效率，促进旱作农业的发展，促使农业生产向高产稳产方向发展方面具有重要的现实意义。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一、发明的目的： 一是为了解决现有合成聚合物类保水剂不利于人体健康、不易降解，淀粉类保水剂制造成本较高、产品易霉变的问题；二是要利用蔗渣制造高附加值产品。 二、发明的基本思路： 对甘蔗渣进行预处理、改性制得保水剂、对工艺条件进行优化，结构表征，最后对保水剂性能及应用作出探究。 三、创新点： 1、采用微波辐射技术使本发明具有高效、节能、减污等特点。 2、提高了甘蔗渣的附加值。 3、制备出了具有易降解，成本低廉、不易霉变等特点的保水剂。 四、技术关键： 1、原料的配比：本发明的保水剂原材料按重量百分比为：甘蔗渣15～30%、引发剂2～8%、丙烯酸50～70%、丙烯酰胺3～15%、交联剂0.09～0.6%、聚乙烯醇0.5～15%。 2、制备方法分为以下步骤： 步骤一、将干燥的甘蔗渣粉碎、碱蒸煮、经硝酸降解，洗涤至中性、干燥，待用； 步骤二、将经步骤一处理的甘蔗渣，加入到容器中，微波糊化； 步骤三、将糊化的甘蔗渣冷却至常温后，再加入丙烯酸、引发剂、交联剂、丙烯酰胺、聚乙烯醇，置于微波炉中反应。 步骤四、将粗产物取出，提纯后真空干燥，即制得保水剂。 五、主要技术指标： 本保水剂吸吸1%的尿素溶液倍率达到98g/g，吸蒸馏水水速率在5min内达到饱和值的94.5%；保水剂在反复吸水次数10次后吸蒸馏水倍率仍然为72 g/g。0.1％保水剂处理既能起到提高发芽率又能促进作物生长的效果。
科学性、先进性
- 本发明利用甘蔗废渣制成的具有高吸水保水能力的高分子聚合物。它能迅速吸收比自身重上百倍的蒸馏水，而且具有反复吸水功能，吸水后膨胀为水凝胶，可缓慢释放水分供作物吸收利用，从而增强土壤保水性，改良土壤结构，减少水的深层渗漏和土壤养分流失，提高水分利用率。本保水剂具有较高的应用价值。其特点在于制备方法的新颖性和原材料的独创性。 一、制备方法的新颖性。目前，制备保水剂的方法是先进行链引发、后进行链增长、最后链终止，用交联剂交联形成轻度交联的网络结构。本发明采取“一锅法”，采用了微波反应；将所有的原材料混合后，置于微波炉中反应即可，缩短了反应时间，避免了反应过程中加料的繁琐程序。较之常规方法，本方法反应后无其他残留物，避免了常规工艺在反应过程中带来的环境污染问题。 二、原材料的独创性。现有保水剂中；合成聚合物类残留丙烯酸，不利于人体健康，且不易被生物降解，属于非环境友好材料；淀粉类成本较高，而且产品容易霉变；纤维素类因原料来源广泛，而有降低成本、废物资源化和成为环境友好材料的潜力。
获奖情况及鉴定结果
- 一、在湖南人文科技学院第四期“质量工程”大学生学术研究课题活动和第五届“挑战杯” 大学生课外学术科技作品竞赛中获一等奖。 二、正积极申请专利，申请专利号为：201110053407.7
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 一、技术特点和优势： 本发明采用甘蔗渣为原料制取的保水剂为解决现有合成聚合物类保水剂不利于人体健康、不易降解，淀粉类保水剂制造成本较高、产品易霉变的问题。提供了一种解决的方法。该方法具有高效、节能、减污等特点；可降低制备吸水树脂的生产成本, 且实现了可再生资源甘蔗渣的高附加值利用。 二、适应范围： 本保水剂可应用于农业、建筑材料、包装材料等方面。 三、潜在市场分析： 据有关文献初步估算全国有3.7亿亩耕地处于干旱状态，若把此类耕地作为保水剂的需求市场，则保水剂的需求为18.5万吨。另外，若在我国中等以上城市的园林绿化中推广应用保水剂产品，市场需求量每年可达2万吨。故目前全国保水剂产品市场的总需求量超过20万吨。 四、经济效益预测： 根据制备工艺流程，得出本保水剂的原料成本为15.8元/千克。淀粉接型保水剂均价为28元/公斤，纤维素类保水剂均价为25元/公斤，聚丙烯酸型保水剂均价32元/公斤。从上述数字可以看出本保水剂在成本方面占据着明显的优势。
同类课题研究水平概述
- 一、国外研究进展: 在国际上保水剂已经被称为是继化肥、农药、地膜之后第四个最有希望被农民接受的农用化学制品。保水剂是调节土壤水、热、气状况，改善土壤结构，提高土壤肥力的有效手段。它安全、无毒,施于土壤中几年后被微生物分解，对环境无不良影响。其很多优异的特点是工程方法所不能比拟和解决的。 研制和开发使用保水剂最早的国家是美国，20世纪60年代初，美国农业部为有效的利用本国的丰产玉米，在其北方实验室采用玉米淀粉与丙烯腈聚合，研制出了淀粉型保水剂，并由Grain Processing Co.公司制成商品(SGP)于1974年投放市场，在玉米、大豆包衣和造林等方面应用，取得良好效果。之后，世界各国竞相研制出数十种保水剂。日本发展最快，已经成为世界上最大的超强吸水性树脂生产国。其生产公司有20余家，其中日本触媒公司生产量最大，年产达8万吨，并与埃及政府合作，在沙漠绿化计划中，已成为有效的节水应用技术。英国研制出防止土壤侵蚀、保证作物需水的防蚀聚合物和保水聚合物。法国研制出能吸水超出自身重500～700倍的“水合土”，用于改良沙特阿拉伯干旱地区的土壤结构。俄罗斯合成的保水剂用于节水农业，在伏尔加格勒地区每公顷使用100 kg，节水50%，农作物增产20%～70%。 二、国内研究进展： 我国保水剂研制和应用始于20世纪80年代中期，虽起步较晚，但发展较快。全国已有40余个单位参与研究开发，但均未进行批量化生产。90年代中期，我国保水剂的研制开发形成第二个高潮，现正处于上升时期。一批新型的保水剂厂家和产品陆续问世。例如，唐山博亚科技(集团)有限责任公司生产的高效抗旱保水剂有12个系列，年产1.5万吨；广东三九生物降解塑料有限公司采用西北工业大学技术生产的“三九旱植褓——缓释晶体水”，在提高造林成活率、花卉长效水等方面表现突出；兰州立信科技开发有限公司生产GR-18到GR-68“水星牌”系列产品；河北保定科技发展有限公司生产“科瀚98”系列高效抗旱保水剂，年产3000多吨。至今全国有据可查的研制单位约40多家，但由于保水剂生产工艺复杂、制造成本高，加上研究开发力度不足，产品走向市场还有相当大的差距。90年代以来，我国引进的国外保水剂产品虽都取得明显效果，但要大面积应用，仍受价格、进口渠道和适应条件的制约。
