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基本信息

項目名稱：
一種用甘蔗渣制備保水劑的方法
小類：
能源化工
簡介：
本發(fā)明采用微波輻射技術(shù)，利用甘蔗廢渣開發(fā)出了保水劑的合成工藝。該工藝具有高效、節(jié)能、減污等特點，降低了制備吸水樹脂的生產(chǎn)成本, 且實現(xiàn)了可再生資源的高附加值利用。所研制的保水劑具有易降解，成本低廉、不易霉變的特點。本作品在緩解我國水資源緊缺矛盾、提高水肥利用效率，促進(jìn)旱作農(nóng)業(yè)的發(fā)展，促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)方向發(fā)展方面具有重要的現(xiàn)實意義。
詳細(xì)介紹：
本發(fā)明采用微波輻射技術(shù)，利用甘蔗廢渣開發(fā)出了保水劑的合成工藝。該工藝具有高效、節(jié)能、減污等特點，降低了制備吸水樹脂的生產(chǎn)成本, 且實現(xiàn)了可再生資源的高附加值利用。所研制的保水劑具有易降解，成本低廉、不易霉變的特點。制取保水劑最佳工藝條件為：過硫酸鉀與單體的質(zhì)量比為0.09:1；蔗渣與PVA的質(zhì)量比為10:1；丙烯酸的中和度為75%；單體與蔗渣的質(zhì)量比為3:1；交聯(lián)劑與單體的質(zhì)量比為0.008:1；丙烯酸與丙烯酰胺的質(zhì)量比為4:1；微波功率為中低火；反應(yīng)時間為60s。保水劑吸蒸餾水倍率達(dá)到109g/g，吸1%的尿素溶液倍率達(dá)到98g/g，吸0.1%氯化鈉溶液倍率達(dá)到59.7g/g；吸蒸餾水水速率在5min內(nèi)達(dá)到飽和值的94.5%；反復(fù)吸水次數(shù)10次后吸蒸餾水倍率仍然為72 g/g。保水劑對綠豆、玉米和小麥出苗率均有顯著影響，其中0.1％保水劑處理既能起到提高發(fā)芽率又能促進(jìn)作物生長的效果。本作品在緩解我國水資源緊缺矛盾、提高水肥利用效率，促進(jìn)旱作農(nóng)業(yè)的發(fā)展，促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)方向發(fā)展方面具有重要的現(xiàn)實意義。

作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

一、發(fā)明的目的： 一是為了解決現(xiàn)有合成聚合物類保水劑不利于人體健康、不易降解，淀粉類保水劑制造成本較高、產(chǎn)品易霉變的問題；二是要利用蔗渣制造高附加值產(chǎn)品。 二、發(fā)明的基本思路： 對甘蔗渣進(jìn)行預(yù)處理、改性制得保水劑、對工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)構(gòu)表征，最后對保水劑性能及應(yīng)用作出探究。 三、創(chuàng)新點： 1、采用微波輻射技術(shù)使本發(fā)明具有高效、節(jié)能、減污等特點。 2、提高了甘蔗渣的附加值。 3、制備出了具有易降解，成本低廉、不易霉變等特點的保水劑。 四、技術(shù)關(guān)鍵： 1、原料的配比：本發(fā)明的保水劑原材料按重量百分比為：甘蔗渣15～30%、引發(fā)劑2～8%、丙烯酸50～70%、丙烯酰胺3～15%、交聯(lián)劑0.09～0.6%、聚乙烯醇0.5～15%。 2、制備方法分為以下步驟： 步驟一、將干燥的甘蔗渣粉碎、堿蒸煮、經(jīng)硝酸降解，洗滌至中性、干燥，待用； 步驟二、將經(jīng)步驟一處理的甘蔗渣，加入到容器中，微波糊化； 步驟三、將糊化的甘蔗渣冷卻至常溫后，再加入丙烯酸、引發(fā)劑、交聯(lián)劑、丙烯酰胺、聚乙烯醇，置于微波爐中反應(yīng)。 步驟四、將粗產(chǎn)物取出，提純后真空干燥，即制得保水劑。 五、主要技術(shù)指標(biāo)： 本保水劑吸吸1%的尿素溶液倍率達(dá)到98g/g，吸蒸餾水水速率在5min內(nèi)達(dá)到飽和值的94.5%；保水劑在反復(fù)吸水次數(shù)10次后吸蒸餾水倍率仍然為72 g/g。0.1％保水劑處理既能起到提高發(fā)芽率又能促進(jìn)作物生長的效果。

科學(xué)性、先進(jìn)性

本發(fā)明利用甘蔗廢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餾水，而且具有反復(fù)吸水功能，吸水后膨脹為水凝膠，可緩慢釋放水分供作物吸收利用，從而增強(qiáng)土壤保水性，改良土壤結(jié)構(gòu)，減少水的深層滲漏和土壤養(yǎng)分流失，提高水分利用率。本保水劑具有較高的應(yīng)用價值。其特點在于制備方法的新穎性和原材料的獨創(chuàng)性。 一、制備方法的新穎性。目前，制備保水劑的方法是先進(jìn)行鏈引發(fā)、后進(jìn)行鏈增長、最后鏈終止，用交聯(lián)劑交聯(lián)形成輕度交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采取“一鍋法”，采用了微波反應(yīng)；將所有的原材料混合后，置于微波爐中反應(yīng)即可，縮短了反應(yīng)時間，避免了反應(yīng)過程中加料的繁瑣程序。較之常規(guī)方法，本方法反應(yīng)后無其他殘留物，避免了常規(guī)工藝在反應(yīng)過程中帶來的環(huán)境污染問題。 二、原材料的獨創(chuàng)性?，F(xiàn)有保水劑中；合成聚合物類殘留丙烯酸，不利于人體健康，且不易被生物降解，屬于非環(huán)境友好材料；淀粉類成本較高，而且產(chǎn)品容易霉變；纖維素類因原料來源廣泛，而有降低成本、廢物資源化和成為環(huán)境友好材料的潛力。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

一、在湖南人文科技學(xué)院第四期“質(zhì)量工程”大學(xué)生學(xué)術(shù)研究課題活動和第五屆“挑戰(zhàn)杯” 大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中獲一等獎。 二、正積極申請專利，申請專利號為：201110053407.7

作品所處階段

實驗室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無

作品可展示的形式

實物、產(chǎn)品

使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

一、技術(shù)特點和優(yōu)勢： 本發(fā)明采用甘蔗渣為原料制取的保水劑為解決現(xiàn)有合成聚合物類保水劑不利于人體健康、不易降解，淀粉類保水劑制造成本較高、產(chǎn)品易霉變的問題。提供了一種解決的方法。該方法具有高效、節(jié)能、減污等特點；可降低制備吸水樹脂的生產(chǎn)成本, 且實現(xiàn)了可再生資源甘蔗渣的高附加值利用。 二、適應(yīng)范圍： 本保水劑可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、建筑材料、包裝材料等方面。 三、潛在市場分析： 據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)初步估算全國有3.7億畝耕地處于干旱狀態(tài)，若把此類耕地作為保水劑的需求市場，則保水劑的需求為18.5萬噸。另外，若在我國中等以上城市的園林綠化中推廣應(yīng)用保水劑產(chǎn)品，市場需求量每年可達(dá)2萬噸。故目前全國保水劑產(chǎn)品市場的總需求量超過20萬噸。 四、經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測： 根據(jù)制備工藝流程，得出本保水劑的原料成本為15.8元/千克。淀粉接型保水劑均價為28元/公斤，纖維素類保水劑均價為25元/公斤，聚丙烯酸型保水劑均價32元/公斤。從上述數(shù)字可以看出本保水劑在成本方面占據(jù)著明顯的優(yōu)勢。

同類課題研究水平概述

一、國外研究進(jìn)展: 在國際上保水劑已經(jīng)被稱為是繼化肥、農(nóng)藥、地膜之后第四個最有希望被農(nóng)民接受的農(nóng)用化學(xué)制品。保水劑是調(diào)節(jié)土壤水、熱、氣狀況，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力的有效手段。它安全、無毒,施于土壤中幾年后被微生物分解，對環(huán)境無不良影響。其很多優(yōu)異的特點是工程方法所不能比擬和解決的。 研制和開發(fā)使用保水劑最早的國家是美國，20世紀(jì)60年代初，美國農(nóng)業(yè)部為有效的利用本國的豐產(chǎn)玉米，在其北方實驗室采用玉米淀粉與丙烯腈聚合，研制出了淀粉型保水劑，并由Grain Processing Co.公司制成商品(SGP)于1974年投放市場，在玉米、大豆包衣和造林等方面應(yīng)用，取得良好效果。之后，世界各國競相研制出數(shù)十種保水劑。日本發(fā)展最快，已經(jīng)成為世界上最大的超強(qiáng)吸水性樹脂生產(chǎn)國。其生產(chǎn)公司有20余家，其中日本觸媒公司生產(chǎn)量最大，年產(chǎn)達(dá)8萬噸，并與埃及政府合作，在沙漠綠化計劃中，已成為有效的節(jié)水應(yīng)用技術(shù)。英國研制出防止土壤侵蝕、保證作物需水的防蝕聚合物和保水聚合物。法國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區(qū)的土壤結(jié)構(gòu)。俄羅斯合成的保水劑用于節(jié)水農(nóng)業(yè)，在伏爾加格勒地區(qū)每公頃使用100 kg，節(jié)水50%，農(nóng)作物增產(chǎn)20%～70%。 二、國內(nèi)研究進(jìn)展： 我國保水劑研制和應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代中期，雖起步較晚，但發(fā)展較快。全國已有40余個單位參與研究開發(fā)，但均未進(jìn)行批量化生產(chǎn)。90年代中期，我國保水劑的研制開發(fā)形成第二個高潮，現(xiàn)正處于上升時期。一批新型的保水劑廠家和產(chǎn)品陸續(xù)問世。例如，唐山博亞科技(集團(tuán))有限責(zé)任公司生產(chǎn)的高效抗旱保水劑有12個系列，年產(chǎn)1.5萬噸；廣東三九生物降解塑料有限公司采用西北工業(yè)大學(xué)技術(shù)生產(chǎn)的“三九旱植褓——緩釋晶體水”，在提高造林成活率、花卉長效水等方面表現(xiàn)突出；蘭州立信科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)GR-18到GR-68“水星牌”系列產(chǎn)品；河北保定科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)“科瀚98”系列高效抗旱保水劑，年產(chǎn)3000多噸。至今全國有據(jù)可查的研制單位約40多家，但由于保水劑生產(chǎn)工藝復(fù)雜、制造成本高，加上研究開發(fā)力度不足，產(chǎn)品走向市場還有相當(dāng)大的差距。90年代以來，我國引進(jìn)的國外保水劑產(chǎn)品雖都取得明顯效果，但要大面積應(yīng)用，仍受價格、進(jìn)口渠道和適應(yīng)條件的制約。
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