环保型农林保水剂研制、性能与应用

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0301

中国农学通报 ›› 2022, Vol. 38 ›› Issue (7): 86-90.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0301

所属专题：农业工程

• 资源·环境·生态·土壤 • 上一篇下一篇

环保型农林保水剂研制、性能与应用

刘颖(), 耿丹丹, 韩永胜, 魏敏(), 刘柳

四川省农业科学院生物技术核技术研究所,成都 610066

收稿日期:2021-03-22 修回日期:2021-06-16 出版日期:2022-03-05 发布日期:2022-04-13
通讯作者: 魏敏
作者简介:刘颖,女,1986年出生,四川遂宁人,助理研究员,硕士,主要从事辐照技术研究与农化产品开发。通信地址：610061 四川成都锦江区狮子山路106号四川省农业科学院生物技术核枝术研究所,Tel：028-84504607,E-mail： yew1100@sina.com。
基金资助:
四川省财政创新能力提升工程“辐照聚合保水型肥料包膜材料的研制及应用”(2016GYSH-001);四川省科技计划项目“新型环保保水剂在农林上示范应用”(2017NZZJ013)

Environment-friendly Superabsorbent: Development, Property and Application

LIU Ying(), GENG Dandan, HAN Yongsheng, WEI Min(), LIU Liu

Biotechnology and Nuclear Technology Research Institute, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Chengdu 610066

Received:2021-03-22 Revised:2021-06-16 Online:2022-03-05 Published:2022-04-13
Contact: WEI Min

摘要/Abstract

摘要：

为促进保水剂在农业中应用的环境安全性与合理化,利用⁶⁰Coγ射线引发合成纤维素类保水剂,探索其最佳反应条件,研究尿素、不同价态阳离子对保水剂保水性能的影响,并分析保水剂在土壤中的保水性能和生物降解性,并利用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)表征材料结构。结果表明,交联剂用量和CMCNa添加量分别为单体总质量的0.2%和20%,吸收剂量为8.47 kGy,是最佳反应条件,此时保水剂在去离子水中吸水倍率为367 g/g,15天生物降解率为6.41%。尿素浓度对保水剂的保水性能影响较小,而阳离子可显著降低保水剂的吸水倍率,抑制作用从大到小依次为Fe³⁺>Mg²⁺>Na⁺。合成的保水剂能减少土壤中水分流失,提高土壤含水量。因此,合成的保水剂与尿素共混施用或用于包裹尿素比较适宜,并且其具有较好的生物降解性与保水性,在农业领域有一定应用前景。

关键词: 保水剂, ⁶⁰Coγ射线, 生物降解, 水分流失, 尿素

Abstract:

To promote the environmental safety and reasonable application of superabsorbent in agriculture, cellulosic superabsorbent is prepared by irradiation from a ⁶⁰Coγ source. The optimal reaction condition in the synthetic process was explored, and the water absorption properties of the superabsorbent under different cations and urea concentrations, and the biodegradation and water retention property of the superabsorbent in soil were further analyzed. Moreover, the chemical structures of the superabsorbent were investigated by FTIR and SEM. The results showed that the optimal reaction condition was: superabsorbent composite containing 20% CMCNa and 0.2% crosslinker at absorbed dose of 8.47 kGy. The water absorption rate of the superabsorbent in deionized water was 367 g/g and the biodegradation rate was 6.41% after 15 days. The concentration of urea had little effect on the water retention property of the superabsorbent and the cations could significantly reduce the water absorption rate, and the inhibitory effect of cations on the absorption efficiency was ranked as: Fe³⁺> Mg²⁺> Na⁺. The superabsorbent could effectively reduce soil water loss and improve soil water content, therefore is suitable to mix with urea or added into the coating material for urea. The superabsorbent has good biodegradation and water retention property, and a certain application prospect in agriculture.

Key words: superabsorbent, ⁶⁰Co γ-ray irradiation, biodegradation, water loss, urea

中图分类号:

S157.9

刘颖, 耿丹丹, 韩永胜, 魏敏, 刘柳. 环保型农林保水剂研制、性能与应用[J]. 中国农学通报, 2022, 38(7): 86-90.

LIU Ying, GENG Dandan, HAN Yongsheng, WEI Min, LIU Liu. Environment-friendly Superabsorbent: Development, Property and Application[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2022, 38(7): 86-90.

图/表 9

图1. 交联剂添加量对保水剂吸水倍率的影响

图2. 吸收剂量对保水剂吸水倍率的影响

图3. CMCNa添加量对保水剂吸水倍率的影响

图4. 保水剂红外光谱分析图

图5. 保水剂扫描电镜图

图6. 保水剂的生物降解曲线

图7. 保水剂在不同浓度尿素和阳离子溶液中吸水倍率

图8. 保水剂在不同浓度尿素和阳离子溶液中相对吸水倍率

图9. 保水剂对土壤含水量的影响

参考文献 25

[1]	张旺, 姜斌, 刘璐. 进一步加强我国农业节水工作的思考[J]. 水利发展研究, 2020,20(3):2-5
[2]	吴季怀. 高吸水保水材料[M]. 北京: 化学工业出版社, 2005.
[3]	邹新禧. 超强吸水剂[M]. 北京: 化学工业出版社, 1996.
[4]	ZAINAL S H, MOHD N H, SUHAILI N, et al. Preparation of cellulose-based hydrogel: A review[J]. Journal of materials research and technology, 2021,10:935-952. doi: 10.1016/j.jmrt.2020.12.012 URL
[5]	纪冰祎. 连续失水-复水中保水剂与土壤的水分交换及其互作效应[D]. 北京:中国农业科学院, 2018.
[6]	吴淑芳, 陈循军, 杜建军, 等. 高吸水性树脂在农业生产中的应用研究进展[J]. 化工新型材料, 2018,12:247-251.
[7]	SAHA A, SEKHARAN S, MANNA U. Superabsorbent hydrogel (SAH) as a soil amendment for drought management: A review[J]. Soil and tillage research, 2020,204:1-9.
[8]	LI S, CHEN G. Agricultural waste-derived superabsorbent hydrogels: preparation, performance and socioeconomic impacts[J]. Journal of cleaner production, 2020,251(1):1-11.
[9]	MUHAMMAD H, HESIH P. Gamma irradiation technology to preservation of foodstuffs as an effort to maintain quality and acquaint the significant role of nuclear on food production to Indonesia society: A review[J]. Energy procedia, 2017,127:302-309. doi: 10.1016/j.egypro.2017.08.112 URL
[10]	孙宾宾. 纤维素接枝系列高吸水树脂γ射线引发制备研究进展[J]. 化学工程师, 2019,281(2):50-553
[11]	王晓玲, 董海洲, 刘传富, 等. 木薯对改良可食性羧甲基纤维素膜性能的研究[J]. 食品与发酵工业, 2010,36(3):63-65.
[12]	聂华荣, 柳明珠. 羧甲基纤维素钠水凝胶的制备及其生物降解性研究[J]. 功能高分子学报, 2003.
[13]	VIMALA K K, KOKKARACHEDU V, TIPPABATTINI J, et al. Carboxymethyl cellulose-based materials for infection control and wound healing: A review[J]. International journal of biological macromolecules, 2020,164(1):963-975. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.07.160 URL
[14]	郝超月. 羧甲基纤维素钠基水凝胶的制备及其应用[D]. 天津:天津大学, 2018.
[15]	康明丽, 谷进军, 郭小磊. 大蒜精油-羧甲基纤维素钠复合涂膜提高草莓贮藏效果[J], 农业工程学报, 2016,32(14):300-305.
[16]	国家化肥质量监督检验中心, 全国农业技术推广服务中心. NY 886—2010,农林保水剂[S]. 北京: 中国农业出版社, 2011.
[17]	魏贤, 李鹏飞, 陈瑞环, 等. 环境友好型保水剂的合成、性能及应用[J], 水土保持通报, 2018,38(5):293-299.
[18]	AMANY I R, MONA E, MAGDA B, et al. Radiation synjournal of superabsorbent CMC based hydrogels for agriculture applications[J]. Nuclear instruments and methods in physics research section B: Beam interactions with materials and atoms, 2012,15:71-76. doi: 10.1016/0168-583X(86)90255-7 URL
[19]	郭军, 黄劲松, 吴小说, 等. 辐照水稻秸秆制备吸水性树脂的研究[J]. 核农学报, 2015,29(3):478-483.
[20]	霍全, 刘冬, 赵晶晶, 等. 海藻酸钠/羧甲基纤维素/丙烯酸双母系高吸水性树脂的合成与表征[J]. 燕山大学学报, 2016,40(2):184-187.
[21]	JAFARGOL E, SALEHI M B, MORTAHEB H R. Preparation and assessment of electro-conductive poly(acrylamide-co-acrylic acid) carboxymethyl cellulose/reduced graphene oxide hydrogel with high viscoelasticity[J]. Chemical engineering research and design, 2020,162:74-84. doi: 10.1016/j.cherd.2020.07.020 URL
[22]	邹新喜. 超强吸水剂[M]. 北京: 化学工来出版社, 2002.
[23]	阚玉景, 黄帮裕, 王新爱, 等. 保水剂在尿素和阳离子溶液中的吸水性能及养分吸附特征[J]. 植物营养与肥料学报, 2019,25(12):2061-2068.
[24]	张慧瑛, 樊丹阳, 卢妹妹, 等. 利用小麦秸秆制备的保水剂性能研究[J]. 水土保持通报, 2017,37(2):193-198.
[25]	LIU S L, WU Q L, SUN X X, et al. Novel alginate-cellulose nanofiber-poly(vinyl alcohol) hydrogels for carrying and delivering nitrogen, phosphorus and potassium chemicals[J]. International journal of biological macromolecules, 2021,172(1):330-340. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2021.01.063 URL

环保型农林保水剂研制、性能与应用

Environment-friendly Superabsorbent: Development, Property and Application

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 25

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

关于本刊

作者中心

审者中心

在线期刊

联系我们

[1]	曹永清, 刘艳, 张丽慧, 晋婷婷, 任嘉红. 荧光假单胞CLW17菌株对草甘膦的降解及其机制初探[J]. 中国农学通报, 2022, 38(30): 108-117.
[2]	刘淑娟, 张翠萍, 李淑英, 杨小燕, 周元清, 李元. 草本植物根际微生物降解地表水环境邻苯二甲酸酯的研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(3): 44-51.
[3]	朱静平, 邓秋宏. 尿素深施后模拟水田系统中氮素的迁移转化途径[J]. 中国农学通报, 2022, 38(27): 66-73.
[4]	郭东森, 王琳, 魏启舜, 崔联明, 周影, 郭成宝. 羽毛生物降解液对盐胁迫下小白菜生长的生理调控作用[J]. 中国农学通报, 2022, 38(25): 25-29.
[5]	高岩, 李志斐, 刘阳, 王广军, 谢骏, 郭照良. 草型湖泊水生植物残体的生物降解研究进展[J]. 中国农学通报, 2022, 38(15): 53-59.
[6]	魏语宁, 刘春光, 付海燕, 吴桐, 宋福强, 马玉堃, 杨峰山. 有机磷类农药微生物修复研究进展[J]. 中国农学通报, 2022, 38(12): 131-137.
[7]	高慧颖, 姜帆. 龙眼干制前后缓解小鼠疲劳作用的研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(11): 106-110.
[8]	刘久羽, 王政, 王柱石, 李发平, 阚宏伟, 李智, 邓泳, 徐茂华. 不同覆盖施用保水剂对土壤物理性状、酶活及烤烟产质量的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(10): 78-84.
[9]	赵记军, 于显枫, 张绪成. 地膜源头减量化技术可行路径探讨[J]. 中国农学通报, 2021, 37(9): 57-63.
[10]	张琛, 郗笃隽, 骆慧枫, 裴嘉博, 黄康康, 刘辉. 杭州地区秋施尿素对甜樱桃落叶效应的研究[J]. 中国农学通报, 2021, 37(33): 64-68.
[11]	刘高远, 和爱玲, 杜君, 杨占平, 潘秀燕, 许纪东, 张玉亭. 豫南砂姜黑土区玉米新型肥料的应用效果分析[J]. 中国农学通报, 2021, 37(29): 78-83.
[12]	王岩, 彭强, 赵小明, 尹恒. 生物降解农药残留的研究进展[J]. 中国农学通报, 2021, 37(18): 117-124.
[13]	范震, 丁新惠, 赵丹, 孙宇, 齐泓瑜, 蒋永芳, 田晓飞. 玉米秸秆基纤维素保水剂对土壤持水性能及冬小麦根系生长的影响[J]. 中国农学通报, 2021, 37(17): 51-57.
[14]	许斌, 韩萍, 薛玉芬. 污水厂中草甘膦降解菌的筛选及其降解特性研究[J]. 中国农学通报, 2021, 37(14): 84-89.
[15]	刘颖, 魏敏, 杨平华, 耿丹丹. 明胶/PVA类肥料包膜材料的制备与环保性能研究[J]. 中国农学通报, 2021, 37(14): 90-96.