腐殖酸钠吸水树脂的合成及对小麦幼苗生长的影响

张泽,吴雪平

（1.河南师范大学化工学院,河南新乡453007；2河南科技学院,河南新乡453003）

腐殖酸钠吸水树脂的合成及对小麦幼苗生长的影响

张泽1,吴雪平2

（1.河南师范大学化工学院,河南新乡453007；2河南科技学院,河南新乡453003）

为研究腐殖酸钠高吸水性树脂对小麦幼苗生长的影响,采用水溶液聚合法合成含腐殖酸钠的丙烯酸/丙烯酰胺高吸水性树脂,并通过正交试验筛选出最高吸水倍率的配方.利用小麦种子生物测定法测定了最高吸水倍率的含腐殖酸钠的吸水树脂对小麦芽长、根长和鲜质量的作用.方差分析表明：腐殖酸钠吸水性树脂对小麦鲜质量、芽长的影响显著高于对照,但根长均表现为不显著.说明腐殖酸钠吸水性树脂对小麦生长有一定的促进作用.

腐殖酸钠；高吸水树脂；小麦幼苗生长

高吸水性树脂又称超强吸水剂（SAP）,是一种含有羧基、羟基等强亲水性基团并具有一定交联度的水溶胀型高分子聚合物,它能吸收成百上千倍于自身重量的水分,吸水后变成凝胶状,可缓慢释放80%～90%的水分供作物利用,同时由于交联网络的形成,一般不能用物理的方法挤出水分[1-2].高吸水性树脂在农业方面的应用已经表现出了很好的前景,在降低植物死亡率、节水灌溉、提高土壤保肥能力、提高作物发芽率等方面都有较好的作用.

腐殖酸钠是采用天然含腐殖酸的优质低钙低镁风化煤经化学提炼而成,它是多功能的高分子化合物,含有羟基、醌基、羧基等较多的活性基团,具有很大的内表面积,有较强的吸附、交换、络合、螯合能力.在农业中作为复合肥料,可改变土壤结构,对农作物起到防病抗病增产增收的效果.禽畜养殖中作为饲料添加剂,水产养殖中作为增效剂,都取得了显著的经济效益.腐殖酸钠复合吸水树脂的研究较多[3-5],如贾振宇等将腐殖酸钠与丙烯酸共聚形成超强吸水树脂,提高吸蒸馏水能力30%.但腐殖酸钠复合吸水树脂对作物幼苗生长的影响的报道较少.本文拟将腐殖酸钠与吸水树脂共混形成复合吸水树脂,用于小麦抗旱保水剂,希望能更好地促进小麦的生长.

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

丙烯酸（AA）、氢氧化钠、丙烯酰胺（AM）、N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）、过硫酸钾（KPS）均为分析纯.电子天平（上海精密仪器有限公司）、电热恒温干燥箱（天津市滨海新区大港红杉实验设备厂）、数显恒温磁力搅拌器（金坛市科兴仪器厂）、超高速多功能粉碎机（深圳尚族机电有限公司）、电热恒温水箱（扬州市三发电子有限公司）、增力电动搅拌器（河南省志成科技发展有限公司）.

1.2 试验方法

1.2.1 腐殖酸钠吸水树脂的合成 聚合时先用电子天平分别称取一定量的无水碳酸钠、腐殖酸钠、KPS、MBA、AM于干净的小烧杯中,然后用适量的蒸馏水将所称取的药品充分溶解（无水碳酸钠溶液需冷却）,取一定量的AA于250 mL锥形瓶中,将溶解的氢氧化钠缓缓倒入,完毕后在磁力搅拌器上搅拌使其反应,直至澄清.将中和后的丙烯酸与其他试剂混合均匀的样品放后入50℃的恒温水浴锅中聚合搅拌,等反应4 h后,取出剪细,将恒温箱调至80℃干燥24 h,将干燥后的吸水树脂放入粉碎机中粉碎,过80目标准筛,得到树脂粉末,树脂合成参照文献[6-7].

1.2.2 正交试验设计 腐殖酸钠吸水树脂正交设计因素水平表见表1.

表1 因素水平Tab.1 Factors and levels

1.2.3 吸水率的测定 准确称取两份0.5 g干燥树脂于锥形瓶中,加入足量蒸馏水,24 h后用纱布沥去多余水分并称量树脂质量,测定吸水倍率并重复3次,水分测定方法参照文献[8].

计算吸水倍率的计算公式

式（1）中,W1为干凝胶质量/g,W2为吸水后凝胶质量/g,Q为吸水倍率.

1.2.4 含腐殖酸钠吸水树脂对小麦幼苗生长的影响 将洗过的小麦种子置于含有足够水分的盘子中,用纱布盖着,24 h,直至露白,备用；取过80目筛的树脂粉末以0.75 g∶300 g（1∶400）的比例与在120℃烘干并过20目筛的沙土混合,混合均匀,并设置添加空白树脂对照及不加树脂的处理作对照；加入150mL水,搅拌均匀；将混合好的沙土均匀地分装到3个塑料杯子中,每个杯中放入10颗催芽好的长势均一的小麦种子；将处理好的样品,放在同一环境条件下培养,不再加水；第7天测定其根长、芽长、鲜质量,测定方法参照文献[9-10].

2 结果与分析

2.1 吸水倍率的测定

腐殖酸钠吸水树脂各配方吸水倍率结果见表2.

表2 腐殖酸钠吸水树脂各配方吸水倍率结果Tab.2 The water absorption of sodium humate polymer

从表2可知,配方2的吸水倍率是所有配方当中最高的,配方9的吸水倍率是所有配方当中最低的.腐殖酸钠吸水树脂吸水倍率正交统计结果见表3.

表3 腐殖酸钠吸水树脂吸水倍率正交统计结果Tab.3 The orthogonal statistical results on the water absorption of sodium humate polymer

由表3可知,不同指标配方中,温度的极差最大,也就是最显著的因素,其次为引发剂的量、中和度、交联剂.优选配方为A1、B2、C2、D2.与实际配方当中的配方2一致,故配方2为最佳配方.

2.2 腐殖酸钠吸水树脂对小麦幼苗生长的影响

腐殖酸钠吸水树脂对小麦幼苗生长的影响结果见表4.

表4 腐殖酸钠吸水树脂对小麦幼苗生长的影响Tab.4 The influence of sodium humate polymer on wheat seedling growth

由表4可知,芽长和鲜质量与对照差异显著,但根长差异不明显.推测原因可能是吸水树脂具有较好的保水保肥性能,故能使作物在更长的时间内吸收水肥,所以芽长得更长,质量更大.但根的生长往往需要在缺水的情况下,植物为了获得更多的水肥,所以长出更长更发达的根系.

3 结论与讨论

通过实验筛选出了最佳的腐殖酸钠吸水树脂配方是第2个处理,吸水倍率为432倍.通过小麦种子生物测定法测定了最高吸水倍率的含腐殖酸钠的吸水树脂对小麦芽长、根长和鲜质量的作用.通过方差分析表明：腐殖酸钠吸水树脂对小麦鲜质量、芽长的促进作用显著高于对照,但对根长的作用不显著.说明腐殖酸钠吸水树脂对小麦生长有一定的促进作用[11].

聚合反应时,反应温度、引发剂的量、中和度、交联剂对吸水树脂的吸水倍率影响较大,主要表现在反应温度过高则反应过快导致聚合的相对分子质量太小而降低吸水倍率,过低则反应不完全,形成大量单体影响吸水倍率；引发剂用量过大,则交联点数量过多,分子量小而吸水倍率低；中和度过低,则丙烯酸反应过快,容易形成吸水率低的凝胶,如中和度过高则导致水溶性过大而降低吸水倍率；交联剂过多,则形成的聚合网络过密而减少吸水倍率,过低则形成太疏松的结构,也会降低吸水倍率[12-15].

腐殖酸钠吸水树脂比空白树脂对小麦生长表现出更好的促进作用,可能由于腐殖酸钠是多功能的高分子化合物,含有羟基、醌基、羧基等较多的活性基团,具有很大的内表面积,有较强的吸附、交换、络合、螯合能力.将腐殖酸钠和吸水树脂复合在一起能更好地加强这种作用,更好地保持土壤和肥料.由于腐植酸钠溶解于水的量较少,故复合时只采用2%的比例.另外,是否有其他类似的物质能起到相同的或更好的作用,有待于进一步研究[16-18].

[1]邹新禧.超强吸水剂[M].2版.北京：化学工业出版社,2002：131-154.

[2]王亚飞,毕红梅.保水剂的应用现状及发展前景[J].中国农业,2012,16（5）：33-35.

[3]贾振宇,崔英德,黎新明,等.腐殖酸表面接枝对丙烯酸类超强吸水树脂的改性研究[J].化工进展,2005,24（7）：788-791.

[4]华水波,郑易安,王爱勤.聚（丙烯酸-CO-丙烯酰胺）/腐殖酸钠/高岭土复合高吸水性树脂的制备及溶胀行为[J].高分子材料科学与工程,2008,24（7）：155-158.

[5]华水波,杨逵,王爱勤.聚（丙烯酸-CO-丙烯酰胺）/膨胀蛭石/腐殖酸钠复合高吸水性树脂的溶胀和缓释性能研究[J].中国农学通报,2008,24（5）：443-447.

[6]刘栋,孙晓然.腐殖酸钠-丙烯酸高吸水性树脂的制备[J].河北化工,2009,32（2）：14-15.

[7]Wu L,Liu M Z,Liang R.Preparation and properties of a double-coated slow-release NPK compound fertilizer with superabsorbent and water-retention Original Research Article[J].Bioresource Technology,2008,99（3）：547-554.

[8]詹发禄,柳明珠,郭明雨,等.具有缓释肥功能超强吸水树脂研究[J].兰州大学学报：自然科学版,2003,39（6）：62-66.

[9]Xie L H,Liu M Z,Ni B L,et al.Slow-release nitrogen and boron fertilizer from a functional superabsorbent formulation based on wheat straw and attapulgite Original Research Article[J].Chemical Engineering Journal,2011,167（1）：342-348.

[10]吴雪平,荆瑞俊.β-环糊精高吸水性树脂对萘乙酸的持药性研究[J].吉林农业科学,2013,38（6）：58-61.

[11]邱海霞,于九皋,林通.高吸水性树脂[J].化学通报,2003（9）：598-605.

[12]黄占华,张斌,胡晓峰.β-环糊精-丙烯酸-丙烯酰胺接枝共聚型树脂在金属离子中的吸液行为研究[J].功能材料, 2011,42（12）：2189-2195.

[13]孙福强,崔英德,尹国强,等.超强吸水树脂的应用研究进展[J].广州化工,2002,30（4）：119-122.

[14]王解新,陈建定.高吸水性树脂研究进展[J].功能高分子学报,1999,12（2）：211-217.

[15]黄占斌,夏春良.农用保水剂作用原理研究与发展趋势分析[J].水土保持研究,2005,12（5）：108-110.

[16]左广玲,叶红勇,李入林,等.利用大豆秸秆制备农用保水剂及其保水性能研究[J].河南农业科学,2010,50（4）：50-56.

[17]廖人宽,杨培岭,任树梅.高吸水树脂保水剂提高肥效及减少农业面源污染[J].农业工程学报,2012,28（17）：1-10.

[18]张建刚,汪勇,汪有科,等.10种保水剂基本特性对比研究[J].干旱地区农业研究,2009,27（2）：208-212.

（责任编辑：卢奇）

Synthesis of sodium humate polymer and its influence on wheat seedling growth

Zhang Ze1,Wu Xueping2
（1.School of Chemistry and Chemical Engineering,Henan Normal University,Xinxiang 453007,China；2.Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China）

In order to study the influence of sodium humate superabsorbent polymer to wheat seedling growth,the sodium humate superabsorbent polymer acrylic/acid-acrylamide superabsorbent polymer was polymerized through solution polymerization and the best formula was found through orthogonal test.The effect on wheat bud/root length and the fresh weight was measured of sodium humate superabsorbent polymer to wheat.The analysis of variance showed that fresh weight of the wheat,bud length is significantly higher than control,but the root length is not significant.The result shows that the sodium humate polymer on wheat growth has a certain role in promoting.

sodium humate；superabsorbent polymer；wheat seedling growth

TQ317,S512.1

A

：1008-7516（2015）01-0037-04

10.3969/j.issn.1008-7516.2015.01.009

2014-11-07

河南科技学院重点科研项目资助基金（120047）

张泽（1994—）,男,河南新乡人,本科生.主要从事农用保水缓释材料研究.

吴雪平（1979—）,男,江西南丰人,博士,副教授.主要从事农用保水缓释材料研究.