一种氮肥水凝胶的制备方法
一种氮肥水凝胶的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种环境友好型氮肥水凝胶的制备方法，利用豆制品制造业的固体废 弃物---豆渣为营养源，承载于改性纤维素凝胶中，制备出既能用于土壤保水又可缓释氮 肥的水凝胶，属于天然高分子改性技术领域。
【背景技术】
[0002] 纤维素是地球上来源最广泛、含量最丰富、廉价的可再生资源，其高分子具有聚合 度大、结构稳定、可生物降解、良好的生物相容性及可衍生化等优良性质，广泛应用于纺织、 轻工、化工、国防、石油、医药、环境保护和能源等部门。近年来石油资源日益减少，原油价格 不断上涨，使得传统合成高分子工业的发展受到制约。再加之，合成高分子材料很难生物降 解，造成的环境污染日益严重 [1]。因此，可替代传统材料的环境友好型高分子的开发和利用 日益受到人们的极大关注，尤其是农工业中的天然高分子废弃物如何在新技术、新材料和 新能源领域中能够得到有效应用，已成为国内外科学家竞相开展的研究课题。
[0003] 豆渣是利用大豆在生产大豆制品时所产生的剩余物质，常被视作饲料或废弃物。 我国作为大豆原产国，拥有悠久的种植历史，但每年庞大的需求量都需通过进口来填补。较 2000年大豆进口量1042万相比，之后的7年间年均保持增长16. 7%，更在2008年时增幅达 到21. 5%，创下我国大豆进口量的历史最高记录[2]。按每加工一吨大豆产生2吨湿豆渣计 算，目前国内大豆食品行业每年约生产2千万吨湿豆渣 [3]，其中含水量约在80?90%左右。 但因豆渣中含过多的水分，导致运输困难，且极易腐败变质，通常用作饲料或直接丢弃。又 因其极易腐败的特性，必须及时加工成食品或干豆渣方能保存与运输，然而干燥后的原料 没有良好的销路等因素制约了豆渣的综合利用，造成了大量资源的浪费。
[0004] 通过对豆渣成分的分析，发现豆渣中各种营养成分非常丰富，是一个尚未充分利 用的宝贵资源。豆渣成分分析研究结果见表1与表2 [4'5]。
【主权项】
1. 一种氮肥水凝胶的制备方法，其特征在于按如下步骤进行： ① 风干后的蔗渣进行研磨和筛分处理，得合格原料； ② 采用苯-乙醇混合液对制得的合格蔗渣原料进行有机溶剂抽提； ③ 采用冰醋酸/亚氯酸钠/水处理已抽提过的蔗渣，以除去所含木素，得到蔗渣综纤 维素； ④ 采用4-乙酰氨基-2, 2, 6, 6-四甲基-1-哌啶氧/次氯酸钠/亚氯酸钠体系对蔗渣 综纤维素选择性氧化，氧化产物通过去离子水浸泡、离心分离和洗涤，至洗涤水呈中性，冷 冻干燥，制得氧化综纤维素； ⑤ 采用氢氧化钠/尿素/水低温溶解碳水化合物的技术，在机械搅拌下将步骤④的氧 化综纤维素进行溶解，溶解液通过离心去除液体中的气泡，得氧化综纤维素溶解液； ⑥ 豆渣经低温烘干后进行研磨和筛分处理，得合格原料； ⑦ 在强力机械搅拌下，将合格豆渣与氧化综纤维素溶解液共混，至两者呈均质液，倒入 磨具中，浸入热的硫酸钠溶液中进行凝固，所形成的凝胶用去离子水进行反复洗涤至中性， 冷冻干燥，即得改性综纤维素共混豆渣的氮肥水凝胶。
2. 按权利要求1所述的氮肥水凝胶的制备方法，其特征在于具体操作如下： ① 蔗渣的备料过程：蔗渣原料进行风干处理，其中风干原料的干度为75?95%，对风干 的蔗渣进行研磨后再筛分处理，取40?100目筛样为合格原料； ② 有机溶剂抽提过程：取3. 8?23. Sg绝干合格蔗渣原料，用定性滤纸包好，放进装有 50?2000ml苯-乙醇混合液的索式抽提器中抽提6?12h，抽提完毕后，自然风干，风干干 度为75?95%，备用，其中苯：乙醇的体积比为1:3?3:1 ; ③ 综纤维素的提取过程：取3. 0?22. Sg抽提后的绝干蔗渣于密实袋中，同时加入 50?650ml去离子水、1. 5?25ml冰醋酸和1. 5?25. Og亚氯酸钠，密封，混合均勻后置入 65?85°C的恒温水浴中处理3?6h，处理完毕后将密封袋取出室温冷却，冷却后的样品转 移至500?1000目尼龙网袋中用去离子水反复浸泡洗涤，直至物料pH值在6. 0?8. 0后， 冷冻干燥，备用； ④ 氧化综纤维素的制备过程：将冷干后2. 5?15. Og的综纤维素加入pH为4. 8?6. 8 的醋酸-醋酸钠缓冲液中，置于温度40?60°C下搅拌均匀后，依次加入0. 1?0. 5mmol 4-AcNH-TEMP0、0. 5 ?2. 5mmol NaClO 和 5. 0 ?25. Ommol NaClO2，密封，24 ?120h 后，氧化 反应结束，反应物经离心分离，去离子水反复洗涤至pH值在6. 0?8. 0后，冷干，备用； ⑤ 氧化综纤维素的溶解过程：将1. 5?10. Og的冷干氧化综纤维素完全转移至温度 为一 5?一 20°C的15?IOOml氢氧化钠/尿素/水溶液中，其中氢氧化钠/尿素/水溶液 是指在15?IOOml水中添加氢氧化钠和尿素，氢氧化钠的含量为氧化综纤维素质量的5? 12%，尿素的含量为氧化综纤维素质量的8?20% ;连续剧烈搅拌10?30min后，离心，去除 未溶解固体样及气泡，得到氧化综纤维素溶解液； ⑥ 合格豆渣的制备过程：豆渣原料进行洗净后，在20?40°C低温烘干，干度85?99%， 将其磨粉，取40?100目筛样，备用； ⑦ 共混凝胶制备过程：在强力机械搅拌下，将1. 0?10. Og绝干合格豆渣与步骤⑤中的 氧化综纤维素溶解液共混，其中豆渣：溶解液为lg:5ml?lg:15ml，混合至两者呈均质液， 倒入磨具中，浸入30?70°C质量百分比浓度为1?10%的硫酸钠溶液中凝固1?4h，所形 成的凝胶用去离子水进行反复洗涤至pH值为6. O?8. 0,冷干，即得改性综纤维素共混豆渣 的氮肥水凝胶。
【专利摘要】本发明公开了一种氮肥水凝胶的制备方法，利用蔗渣为原料，通过研磨筛分，苯-醇抽提和酸性亚氯酸钠脱木素，制备综纤维素，然后将其选择性氧化和低温溶解处理，氧化综纤维素溶解液与研磨过筛后的豆渣均质共混后，在硫酸钠溶液中成形，经冷干，得到环境友好型氮肥水凝胶；通过该方法制得的环境友好型氮肥水凝胶呈白色颗粒，具有土壤保水作用，且氮含量较高，能够完全降解，对土壤无副作用。
【IPC分类】C05G5-00
【公开号】CN104557345
【申请号】CN201410840744
【发明人】刘其星, 高欣, 张恒
【申请人】昆明理工大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月30日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种环境友好型氮肥水凝胶的制备方法，利用豆制品制造业的固体废 弃物---豆渣为营养源，承载于改性纤维素凝胶中，制备出既能用于土壤保水又可缓释氮 肥的水凝胶，属于天然高分子改性技术领域。
【背景技术】
[0002] 纤维素是地球上来源最广泛、含量最丰富、廉价的可再生资源，其高分子具有聚合 度大、结构稳定、可生物降解、良好的生物相容性及可衍生化等优良性质，广泛应用于纺织、 轻工、化工、国防、石油、医药、环境保护和能源等部门。近年来石油资源日益减少，原油价格 不断上涨，使得传统合成高分子工业的发展受到制约。再加之，合成高分子材料很难生物降 解，造成的环境污染日益严重 [1]。因此，可替代传统材料的环境友好型高分子的开发和利用 日益受到人们的极大关注，尤其是农工业中的天然高分子废弃物如何在新技术、新材料和 新能源领域中能够得到有效应用，已成为国内外科学家竞相开展的研究课题。
[0003] 豆渣是利用大豆在生产大豆制品时所产生的剩余物质，常被视作饲料或废弃物。 我国作为大豆原产国，拥有悠久的种植历史，但每年庞大的需求量都需通过进口来填补。较 2000年大豆进口量1042万相比，之后的7年间年均保持增长16. 7%，更在2008年时增幅达 到21. 5%，创下我国大豆进口量的历史最高记录[2]。按每加工一吨大豆产生2吨湿豆渣计 算，目前国内大豆食品行业每年约生产2千万吨湿豆渣 [3]，其中含水量约在80?90%左右。 但因豆渣中含过多的水分，导致运输困难，且极易腐败变质，通常用作饲料或直接丢弃。又 因其极易腐败的特性，必须及时加工成食品或干豆渣方能保存与运输，然而干燥后的原料 没有良好的销路等因素制约了豆渣的综合利用，造成了大量资源的浪费。
[0004] 通过对豆渣成分的分析，发现豆渣中各种营养成分非常丰富，是一个尚未充分利 用的宝贵资源。豆渣成分分析研究结果见表1与表2 [4'5]。
【主权项】
1. 一种氮肥水凝胶的制备方法，其特征在于按如下步骤进行： ① 风干后的蔗渣进行研磨和筛分处理，得合格原料； ② 采用苯-乙醇混合液对制得的合格蔗渣原料进行有机溶剂抽提； ③ 采用冰醋酸/亚氯酸钠/水处理已抽提过的蔗渣，以除去所含木素，得到蔗渣综纤 维素； ④ 采用4-乙酰氨基-2, 2, 6, 6-四甲基-1-哌啶氧/次氯酸钠/亚氯酸钠体系对蔗渣 综纤维素选择性氧化，氧化产物通过去离子水浸泡、离心分离和洗涤，至洗涤水呈中性，冷 冻干燥，制得氧化综纤维素； ⑤ 采用氢氧化钠/尿素/水低温溶解碳水化合物的技术，在机械搅拌下将步骤④的氧 化综纤维素进行溶解，溶解液通过离心去除液体中的气泡，得氧化综纤维素溶解液； ⑥ 豆渣经低温烘干后进行研磨和筛分处理，得合格原料； ⑦ 在强力机械搅拌下，将合格豆渣与氧化综纤维素溶解液共混，至两者呈均质液，倒入 磨具中，浸入热的硫酸钠溶液中进行凝固，所形成的凝胶用去离子水进行反复洗涤至中性， 冷冻干燥，即得改性综纤维素共混豆渣的氮肥水凝胶。
2. 按权利要求1所述的氮肥水凝胶的制备方法，其特征在于具体操作如下： ① 蔗渣的备料过程：蔗渣原料进行风干处理，其中风干原料的干度为75?95%，对风干 的蔗渣进行研磨后再筛分处理，取40?100目筛样为合格原料； ② 有机溶剂抽提过程：取3. 8?23. Sg绝干合格蔗渣原料，用定性滤纸包好，放进装有 50?2000ml苯-乙醇混合液的索式抽提器中抽提6?12h，抽提完毕后，自然风干，风干干 度为75?95%，备用，其中苯：乙醇的体积比为1:3?3:1 ; ③ 综纤维素的提取过程：取3. 0?22. Sg抽提后的绝干蔗渣于密实袋中，同时加入 50?650ml去离子水、1. 5?25ml冰醋酸和1. 5?25. Og亚氯酸钠，密封，混合均勻后置入 65?85°C的恒温水浴中处理3?6h，处理完毕后将密封袋取出室温冷却，冷却后的样品转 移至500?1000目尼龙网袋中用去离子水反复浸泡洗涤，直至物料pH值在6. 0?8. 0后， 冷冻干燥，备用； ④ 氧化综纤维素的制备过程：将冷干后2. 5?15. Og的综纤维素加入pH为4. 8?6. 8 的醋酸-醋酸钠缓冲液中，置于温度40?60°C下搅拌均匀后，依次加入0. 1?0. 5mmol 4-AcNH-TEMP0、0. 5 ?2. 5mmol NaClO 和 5. 0 ?25. Ommol NaClO2，密封，24 ?120h 后，氧化 反应结束，反应物经离心分离，去离子水反复洗涤至pH值在6. 0?8. 0后，冷干，备用； ⑤ 氧化综纤维素的溶解过程：将1. 5?10. Og的冷干氧化综纤维素完全转移至温度 为一 5?一 20°C的15?IOOml氢氧化钠/尿素/水溶液中，其中氢氧化钠/尿素/水溶液 是指在15?IOOml水中添加氢氧化钠和尿素，氢氧化钠的含量为氧化综纤维素质量的5? 12%，尿素的含量为氧化综纤维素质量的8?20% ;连续剧烈搅拌10?30min后，离心，去除 未溶解固体样及气泡，得到氧化综纤维素溶解液； ⑥ 合格豆渣的制备过程：豆渣原料进行洗净后，在20?40°C低温烘干，干度85?99%， 将其磨粉，取40?100目筛样，备用； ⑦ 共混凝胶制备过程：在强力机械搅拌下，将1. 0?10. Og绝干合格豆渣与步骤⑤中的 氧化综纤维素溶解液共混，其中豆渣：溶解液为lg:5ml?lg:15ml，混合至两者呈均质液， 倒入磨具中，浸入30?70°C质量百分比浓度为1?10%的硫酸钠溶液中凝固1?4h，所形 成的凝胶用去离子水进行反复洗涤至pH值为6. O?8. 0,冷干，即得改性综纤维素共混豆渣 的氮肥水凝胶。
【专利摘要】本发明公开了一种氮肥水凝胶的制备方法，利用蔗渣为原料，通过研磨筛分，苯-醇抽提和酸性亚氯酸钠脱木素，制备综纤维素，然后将其选择性氧化和低温溶解处理，氧化综纤维素溶解液与研磨过筛后的豆渣均质共混后，在硫酸钠溶液中成形，经冷干，得到环境友好型氮肥水凝胶；通过该方法制得的环境友好型氮肥水凝胶呈白色颗粒，具有土壤保水作用，且氮含量较高，能够完全降解，对土壤无副作用。
【IPC分类】C05G5-00
【公开号】CN104557345
【申请号】CN201410840744
【发明人】刘其星, 高欣, 张恒
【申请人】昆明理工大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月30日
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