两种保水剂的制备及其在盐碱地改良中的应用

发布时间：2020-05-25 08:40

【摘要】：目前,随着人类经济活动的增强,人地矛盾日益加剧,大力开发利用盐碱地能够有效地缓解人们对耕地需求的压力,如何进行盐碱地改良在现阶段显得尤为重要。水作为土壤盐分运移的载体,在土壤盐分向表层积结的过程中起着至关重要的作用。因此,降低盐碱土壤水分蒸发,提高土壤保水保肥性能势必成为改善盐碱土地的有效途径之一。保水剂分子自身具有很好的吸水保水能力,近年来发展迅速,保水剂技术已逐渐成为了一项高新的节水技术。本研究采用水溶液聚合法,在过硫酸铵(APS)的引发作用下,通过加入交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA),成功合成了两种保水剂:高耐盐型保水剂(Super-absorbent Polymers of High Anti-salt,SRS)和环境友好型保水剂(Environmentally Friendly Super-absorbent Polymers,C-G-SAP)。其中SRS的主要成分为:部分中和的丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和异戊烯基聚氧乙烯醚(TPEG-2600A);C-G-SAP的主要成分为:部分中和的丙烯酸(AA)、壳聚糖(Chitosan)和瓜尔胶(Guar Gum)。同时,利用单因素试验对合成过程中的各因素进行最优化确定。在不同环境条件下(溶液温度、pH、盐溶液类型及浓度),对两种保水剂的环境适应性进行测定,并将它们加入到盐碱土中进行淋溶试验和水肥蒸发试验,确定两种自制保水剂的保水保肥效果。具体得到如下结论:(1)SRS的最佳反应条件为:AA中和度为80%、TPEG-2600A添加量为1.5 g、APS添加量为单体总量的0.20%、NMBA添加量为单体总量的0.02%,此时SRS在去离子水和0.9%NaCl溶液中的吸收效率分别达到2688 g g~(-1)和233 g g~(-1);C-G-SAP的最佳反应条件为:AA中和度为85%、GG添加量为0.2 g、APS添加量为单体总量的0.30%、NMBA添加量为单体总量的0.02%,此时C-G-SAP在去离子水和0.9%NaCl溶液中的吸收效率分别达到1128 g g~(-1)和185 g g~(-1)。(2)环境温度(4~80℃)和溶液pH(4~10)的改变对SRS和C-G-SAP吸水性能的影响较小,不同阳离子盐溶液中两种保水剂的吸水性能变化较大,随溶液盐浓度的增加,两种保水剂的吸收效率明显降低,阳离子类型对吸收效率的影响次序依次为:Mg~(2+)Ca~(2+)Na~+K~+。同时,两种保水剂在高温或低温的环境下都具有良好的保水效果。(3)淋溶试验发现,SRS和C-G-SAP的加入不仅能够有效降低盐碱土壤中钾肥和氮肥的淋溶累积损失,而且能够提高土壤保水效果,且都随保水剂添加量的增加土壤保水保肥效果越发明显。(4)土壤水肥蒸发试验发现,两种保水剂的加入有利于降低盐碱土壤水分和氮肥的损失。对于土壤含水量而言,随着保水剂添加量的增加土壤水分蒸发损失量降低,土壤含水量升高,但是当盐碱土壤中加入氮肥时,土壤水分蒸发量会增加,且随氮肥添加量的增加水分蒸发量升高;对于土壤氮肥含量而言,保水剂的加入能够抑制土壤中NO_3~--N和NH_4~+-N的损失,其中SRS最佳投加量为盐碱土壤总重的0.10%,C-G-SAP最佳投加量为盐碱土壤总重的0.05%。
【图文】：

保水剂,网状结构,离子,分子网络结构

图 1.1 保水剂的离子网状结构图 1.2 保水剂吸水前后分子形态到水中的保水剂分子，与水接触时其分子中的离子型亲水基团间的静电斥力使得保水剂分子网络结构发生扩张。同时为维持电

保水剂,分子形态

- 3 -图 1.2 保水剂吸水前后分子形态到水中的保水剂分子，，与水接触时其分子中的离子型亲水基团发间的静电斥力使得保水剂分子网络结构发生扩张。同时为维持电离的离子不能扩散至外部溶剂中，网络内外的质量分数差逐渐增透压作用下渗入保水剂内部。在保水剂分子网络扩张的同时其分子在增加，分子间的静电斥力被逐渐消除，最终达到吸水平衡[22]。对离子化凝胶的溶胀机理做了解释[17]。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S156.4;TQ317

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