可降解高吸水树脂及其在农业中的应用研究进展*

周　昌，曾永明，张宏喜，何　伟，帕热达，窦明芳

(昌吉学院化学与应用化学系， 新疆　昌吉　831100)



可降解高吸水树脂及其在农业中的应用研究进展*

周昌，曾永明，张宏喜，何伟，帕热达，窦明芳

(昌吉学院化学与应用化学系， 新疆昌吉831100)

根据当前国内外研究现状，阐述了可降解吸水树脂及其在农业中的应用研究进展，介绍了天然高分子和有机矿物材料在可降解高吸水树脂开发中的聚合机理、聚合方法及可降解改性的引入方式，进一步梳理了其在缓控释肥料中的应用现状。在此基础上，提出了可降解吸水树脂存在的问题，应对策略和未来发展的方向。

可降解吸水树脂；农业；改性；研究进展；肥料

高吸水保水材料通常被称为高吸水性树脂或保水剂[1]，它是一种含有不同亲水性基团(如羟基、羧基、酰胺基、磺酸基等)的功能高分子材料，这种材料是一种轻度交联的三维网络结构的高分子化合物[2-3]，它既不溶于水，也不溶于有机溶剂[4]，具有吸收自身重量几百倍甚至上千倍的水的能力，且吸水速度快，保水性能好，被誉为“分子水库”。目前高吸水保水材料已经广泛应用多个领域，将高吸水保水性材料应用于农林业中[5]，一方面可保水节水；另一方面可促进植被生长，同时可以提高肥料的利用效率，有助于生态环境的改善。传统的合成高吸水性树脂存在成本高、耐盐性能差、凝胶强度低等不足，一直限制着其在农业中的应用[6]。因此，开发出具有较高的凝胶强度、良好的耐盐性能、优异的吸水保水性能和低廉成本的高吸水树脂，特别是可被生物降解的复合高吸水性树脂更符合当前可持续发展的需求[7]，这将在农林业现代化过程中起到举足轻重的作用。

近年来研究者们开发出了各种各样的复合型高吸水性树脂[8]，其在改良农业环境和提高作物养分吸收过程的应用实践中取得了可喜的成果[9]。为此，本文对国内外复合型高吸水性材料其在农业上中的应用及其现状进行分析，综合考量复合型高吸水性材料的引发机制、复合机理与吸水机理，探索其未来的发展趋势，为复合型吸水性材料的深入研究提供参考。

1　复合型高吸水树脂的合成机理及吸水机理

目前，高吸水性树脂主要仍以丙烯酸类具有双键或者亲水基团支链的材料为基质，在引发剂的作用下，使其活性基团通过自身或者交联剂与天然高分子的活性基团[10]相互作用，发生接枝、交联等反应，产生新的化学键，从而形成以化学键交联的整体材料[11]。

Pourjavadi等[12]在没有加入致孔剂的条件下，自由基水溶液引发对丙烯酸与丙烯酰胺聚合，依然可以得到高孔隙度的吸水凝胶，并对凝胶的合成机理等进行了研究。他们认为高吸水性树脂中亲水性基团是吸水的关键因素。当高吸水性树脂中亲水基团与水接触后，会电离出大量的阳离子和阴离子。此时，阴离子电荷之间互相排斥，吸水材料的三维网络结构会舒展扩张，加之网络结构中的阳离子浓度比液态环境中的阳离子浓度大，从而产生渗透压作用，水分子不断向网格结构内层渗透，表现为吸水材料吸水溶胀。随着吸水过程的持续进行，三维网络结构不断扩张，将产生一定的弹性收缩力。当弹性收缩力与静电斥力平衡时，高吸水性材料宏观表现为吸水饱和。

2　复合型高吸水性材料的国内研究现状

目前，国内外对复合型高吸水性材料的研究报道主要集中在：天然高分子复合型高吸水性材料、蛋白质类复合型高吸水性材料和无机-有机复合型高吸水性材料。

2.1天然高分子复合型高吸水性材料

2.1.1多糖类复合高吸水性材料

天然多糖类是自然界最丰富的可再生资源，具有来源广泛、价格低廉、降解彻底、环境友好等特点[13]，它主要包括淀粉[14]、纤维素[15]、木质素[16]、壳聚糖[17]和天然亲水胶体(如海藻酸、瓜尔胶、黄原胶等)。天然多糖类高分子中含有大量活性基团[18]，如羟基、羧基和氨基等，在引发剂的作用下，这些基团可与烯基单体发生接枝交联聚合[19]，得到具有良好吸水性和保水性的可降解吸水树脂，可以有效的降低了聚合物产品的成本，得到越来越多的人的关注。

Kiatkamjornwonga等[20]认为不同的辐射量对木薯淀粉接枝聚丙烯酸/丙烯酰胺的吸水效果有影响，并研究了在不同辐射剂量和不同丙烯酸/丙烯酰胺比例下的产物的吸水效果。同时在以水溶液中聚合得到吸水倍数达到605 g/g的聚合条件基础上，分别加入多种无机物如二氧化硅、陶土、膨润土等作为填充物，得到吸水能力达到730 g/g的膨润土/木薯淀粉/聚丙烯酸超强吸水树脂[21]。Ismail等[22]使用过硫酸钾-过氧化苯甲酰为引发剂，用淀粉、聚苯乙烯废料、部分膨润土以及丙烯酸在乳液聚合的条件下，得到吸水倍数为500 g/g和吸0.9%氯化钠溶液倍数为49 g/g的吸水树脂。Ge等[23]以铈为引发剂，在微波辐射的条件下，将丙烯酸接枝到壳聚糖上，得到704倍吸水的复合吸水树脂，并通过正交试验的方法对影响接枝效率的因素进行分析。Zhang等[24]以环氯氯丙烷为交联剂，将羧甲基纤维素钠(羧甲基的取代度70%)和纤维素在氢氧化钠/尿素溶液中，60 ℃条件下聚合得到敏水凝胶，在氯化钠和氯化钙中具有灵敏的溶胀和释放性能，吸水能力可以达到1000倍，同时可以通过改变羧甲基纤维素的添加比例改变对牛血清蛋白的释放速率。Ma等[25]以过硫酸钾为引发剂，在N,N-亚甲基双丙烯酰胺交联作用下将聚丙烯酸/丙烯酰胺/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸接枝到羧甲基纤维素钠和蒙脱土上，得到具有良好吸水性和耐盐性的多元超强吸水树脂，证明了有机物系和无机物系分子及矿物系可以很好的共混并聚合。Teli等[26]用碱提法从苋菜中提取淀粉，并与丙烯酸/丙烯酰胺交联聚合得到吸水树脂，并发现将该树脂经过皂化可以明显提高其吸水效率。Yu等[27]用聚丙烯酸/乙烯单体接枝到羧甲基聚壳糖得到超强吸水树脂，其吸水溶胀符合一级动力学而且对PH具有敏感性。在最优条件下，对蒸馏水、生理盐水、人造血液和模拟人尿的吸收倍数分别达到1268 g/g、165 g/g、112 g/g和121 g/g。Yao等[28]利用亚麻纱肥料提取纤维素，在水溶液自由基引发聚合，将丙烯酸/丙烯酰胺接枝到纤维素骨架结构上，得到低成本、环境友好型的吸水树脂，它吸收蒸馏水、自来水及0.9%氯化钠溶液分别达到875 g/g、490 g/g和90 g/g。

2.1.2麦秸类纤维素材料

2.2蛋白质复合高吸水性材料

蛋白质也是一类天然大分子物质，其含有大量的亲水基团，比如羧基、羟基、氨基、酰胺基、巯基等。因此，蛋白质分子本身就是一种具有吸水保水性能的材料。目前，研究者主要集中在来自动物或者植物的废料，如大豆蛋白、鱼蛋白、羽毛蛋白等，将其进行处理后，直接接枝共聚或改性后再共聚，开发了许多不同的蛋白质基高吸水性材料。

Yue等[34]首先以亚硫酸钠为引发剂，N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，将聚丙烯酸钠/乙烯醇接枝到羽毛蛋白上，与氮、磷形成半互穿网络状的凝胶缓释肥料，接着对铵和磷酸盐的缓释性能进行研究，发现该材料在较宽的PH使用范围内具有良好的保水性能。Pourjavadi等[35-36]以铵为引发剂，将工业生产水解的胶原蛋白直接与丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸进行交联聚合形成具有良好的耐酸和耐盐性能的蛋白质骨架高孔隙密度凝胶。以获取最大吸水能力的水凝胶为目的，通过调节交联剂量、引发剂浓度及丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的比例，最终得到吸水和盐水倍数为360 g/g和78～82 g/g的胶原蛋白基吸水树脂。值得一提的是，该小组发现在pH为8时，此材料吸水能力比较稳定，且整体性能比在蒸馏水中高出较多，吸水倍数将近500 g/g，并对这一现象的动力学机理进行了分析。同时又将胶原蛋白与聚丙烯酸钠/2-羧乙基丙烯酸通过N,N-亚甲基双丙烯酰胺的化学交联进行接枝共聚，得到以蛋白质为骨架的超强吸水凝胶。进一步研究了三者在不同的比例条件下的溶胀行为和合成动力学，发现凝胶在pH在1-12的范围内都具有良好的溶胀性能，较其他凝胶具有更好的耐盐性和热稳定性。Behari等[37]使用N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过磷酸钾与硝酸银为氧化还原体系，将羧甲基瓜尔胶和甲基丙烯酸进行部分水解共聚，并研究了各个组分含量对凝胶的吸水效果的的影响。Liu等[38]使用循环冷冻-复苏的方法，将角质溶解在氢氧化钠/脲的溶液中，在没有氮气保护的情况下，直接与没有预先中和的丙烯酸静态溶解接枝聚合。当单体角质素的最大添加量达到总质量的81.65% 时，得到没有残存排放的热稳定超强吸水凝胶，吸水倍数高达2833 g/g，这为超强吸水凝胶的合成和应用提供了一个新的方法和思路。

2.3无机-有机复合型高吸水性材料

目前，无机-有机复合型高吸水性材料已成为研究热点之一。在高吸水性树脂中加入适量矿物成分不仅能降低生产成本，而且可以改善吸水材料的吸水性能。其中矿物质主要包括硅藻土、水滑石、凹凸棒土、膨润土、云母、高岭土等粘土。由于这些矿物质具有独特的空间结构以及较大的比表面积，使得它们可以与有机聚合物易复合，从而不仅可以改善吸水材料的性能，而且可以降低生产成本。

Wang等[39]用水溶液聚合法将丙烯酸和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵作为离子单体，以蒙脱土为无机添加剂，聚合得到具有吸收蒸馏水和0.9%氯化钠溶液分别为198.84和204.23倍的吸水材料。该小组认为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵作为阳离子组分与纳米蒙脱土相互作用，促进了树脂的纳米复合结构的形成。实验证明，两性电解质聚合物在不同的pH值和不浓度氯化钠下，都具有的良好的溶胀性能。Liu等[40]以过氧化氢-抗坏血酸做为氧化还原体系，使用N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，水溶液聚合法将部分中和的丙烯酸接枝到硅藻土上得到吸水树脂。这种材料相对单纯的聚丙烯酸树脂具有更好的吸水保水性能和重复吸水性，特别是耐盐能力得到了一定的提高，吸收生理盐水达到99 g/g。Guilherme等[41]通过自由基聚合，以蒙脱土为交联剂，将麦芽糖糊精与N,N-二甲基丙烯酰胺聚合得到多孔性纳米复合凝胶，其具有良好的吸水性能，通过分析发现，凝胶吸水溶胀后，蒙脱土具有良好的分散性能，证明了纳米级矿物质是凝胶具有多孔性的重要原因，也是凝胶保持良好的立体结构的关键。Wang等[42]将腐植酸钠与蒙脱土共混并与丙烯酸、丙烯酰胺聚合得到具有缓释功能的吸水树脂。单体蒙脱土的最大用量占总质量的50%。Bulut等[43]用N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过磷酸钾为引发剂，用水溶液聚合法将部分中和的丙烯酸接枝到纳米斑脱土粉末上，不仅得到吸水倍数为352 g/g，吸收0.2%浓度氯化钠倍数为110 g/g的超强吸水树脂，而且该树脂对铅、镍、铬、铜都具有较大的吸附容量。

3　超强吸水树脂在农业应用

3.1腐殖酸复合高吸水性材料

腐殖酸[44]是动植物遗骸经过微生物的分解和转化以及一系列化学过程后积累起来的一类有机物质。它是由芳香族及其多种官能团构成的高分子有机酸，具有良好的生理活性和吸附、络合、交换等功能[45]。腐殖酸对农作物有以下几个方面的作用：①刺激生理代谢；②改变化肥特性；③改良土壤结构；④增强抗逆特性；⑤改善子实品质。因此，利用烯基单体与腐殖酸接枝共聚，在高吸水性树脂中引入腐殖酸[46]，可以开发出具有吸水、保水、改良土壤和促进农作物生长等功能的复合型高吸水性树脂，其在农林业中有广阔的应用前景[47]。

Mo等[48]以过磷酸钾为引发剂，N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，将丙烯酸/丙烯酰胺与腐殖酸进行水溶液交联聚合，得到具有优良保水性的吸水树脂，其具有重复使用率高、以及耐盐性好的特点，而且吸水能力达到770 g/g。Shahid等[49-50]使用聚丙烯酸/丙烯酰胺/铝锌氧化铁/腐植酸钠为原料，制备出一种吸水树脂，并将该树脂添加在沙壤土中，对土壤进行pH值、电导性、透气性、容积密度和导水效果等测试，发现这将有效的改善土壤的性能，并且将这一发现应用在田间小麦生长比较试验中，极大的改良了作物的生长状况。

3.2保水和缓释性能的新型复合肥料

磷酸盐类和尿素对作物生长的作用是极其重要[51]，作为传统常规肥料，它们的溶解速度过快，造成肥料过快分解，以及加快养分的转化、挥发和淋失，这将引起养分容易流失造成水体富营养化，肥料利用率低等问题。因此，有的失放的控制肥料的溶解和释放速率，成为现代农业中提高肥料利用率的有效途径之一。利用吸水材料对肥料进行处理[52]，可以有效管控肥料的释放和农作物的吸收，从而提高肥料利用率，且可以改良土壤状况，成为解决肥料利用率低的新思路和途径。

Jiang等[53]以过磷酸钾为引发剂，将传统肥料磷酸盐岩粉末直接与丙烯酸及磺化淀粉接枝共聚，用氢氧化钾部分中和丙烯酸，接枝合成具有缓释功能的肥料，其既可以持续释放农作物生长必须的磷酸盐和钾，还具有吸水保墒的功能。这种缓释肥料在蒸馏水和生理盐水中的溶胀倍数分别达到498 g/g和65 g/g，同时单体磷酸盐岩的最大添加量可以达到总质量的50%。Li等[54]以过磷酸钾为引发剂将改性玉米淀粉与聚乙酸乙烯酯水溶液交联聚合得到吸水树脂，并利用此树脂对尿素进行胶囊包裹，得到可以有效控制尿素释放的高效肥料。Liu等[55]用水溶性肥料作为内核，纤维素醋酸盐作为内涂层，聚丙烯酸/丙烯酰胺/蛭石超强吸水树脂作为包裹外层，研究各种组成部分对吸水性能的影响，得到的复合包裹肥料在室温条件下，自来水中90 min内可以吸水大于肥料重量的72倍，具有良好的农业应用前景。Zhou等[56]首次使用贻贝黏附化学开发出聚多巴胺薄膜包裹含有铜、磷、钾元素的双铜焦磷酸钾三水合物肥料。该肥料在水或者土壤中具有良好的缓释效果，包裹层的厚度可以有效控制释放效率。Liu等[57]以绿坡镂石为母体，瓜尔胶为内包裹层，瓜尔胶聚甲叉丁二酸/丙烯酰胺/腐植酸钠为外包裹层，讨论各个因素对氮的释放的影响，得到低湿度，高机械强度的新型包裹肥料，这种肥料在土壤中可以被降解，能改善土壤的湿度并调整土壤酸碱度。

4　复合型高吸水性材料的发展趋势

目前，高吸水性材料已被广泛应用于农林园艺、生理卫生、环境治理等诸多领域。淀粉、纤维素等天然高分子物质是地球上取之不尽、用之不竭的可再生资源，利用用它们来制备复合型高吸水性材料不仅可充分利用地球资源，还能改善吸水性材料的吸水性和生物降解性，从而拓展出吸水性材料的应用领域。蛋白质类高分子的在吸水树脂中的添加可以充分利用环境中的微生物使材料的结构快速破碎为小分子片段，降低对环境污染可能性。膨润土、高岭土等是地球上含量丰富、价格低廉的粘土矿物，在高吸水性树脂中添加粘土组分制备复合高吸水性材料已成为一种较为理想的选择，其优点在于复合后不仅能增强树脂的凝胶强度、耐盐性和热稳定性，而且能降低生产成本，有利于工业化生产。

复合型高吸水性材料在制备和应用研究方面还不够成熟。目前国内外对复合型材料的研究主要集中在改进合成工艺和寻找新原料等方面，对吸水材料的吸水本质和吸水机理研究较少，对复合剂类材料的改性原理与有机聚合物的复合机理的研究也不够充分。因此，复合型高吸水性材料现有问题的解决仍有待今后进一步研究。

[1]Kabiri K, Omidian H, Zohuriaan-Mehr MJ, et al. Superabsorbent hydrogel composites and nanocomposites: A Review[J]. Polym. Composite., 2011, 32(2): 276-289.

[2]Ma J, Xu Y, Fan B, et al. Preparation and characterization of sodium Carboxymethyl cellulose /poly (N-isopropylacrylamide)/claysemi-IPN nanocomposite hydrogels[J]. Eur. Polym. J., 2007, 43: 2221-2228.

[3]Keshava Murthy PS, Murali Mohan Y, Sreeramulu J, et al. Semi-IPNs of starch and poly (acrylamide-co-sodium methacrylate): Preparation,swelling and diffusion characteristics evaluation[J]. React. Funct. Polym., 2006, 66: 1482-1493.

[4]Chen J, Park K. Synthesis and characterization of superporous hydrogel composites[J]. J. Control. Release, 2000, 65: 73-82.

[5]Narjary B, Aggarwal P, Singh A, et al. Water availability in different soils in relation to hydrogel application [J]. Geoderma, 2012, 187-188: 94-101.

[6]Chena Z, Liu M, Qi X, et al. Conductance method study on the swelling kinetics of the supera-bsorbent [J]. Electrochim. Acta., 2007, 52: 1839-1846.

[7]Sannino A, Demitri C, Madaghiele M. Biodegradable Cellulose based Hydrogels: Design and Applications [J]. Materials, 2009, 2: 353-373.

[8]Abdel-Halim ES. Preparation of starch/poly (N,N-Diethylaminoethyl methacrylate) hydrogel and its use in dye removal from aqueous solutions[J]. React. Funct. Polym., 2013, 73: 1531-1536.

[9]Teodorescu M, Lungu A, Stanescu P, et al. Preparation and properties of novel slow-release NPK agrochemical formulations based on poly(acrylic acid) hydrogels and liquid fertilizers[J]. Ind. Eng. Chem. Res., 2009, 48: 6527-6534.

[10]Zhang J, Wang A. Study on superabsorbent composites. IX: synthesis, characterization and swelling behaviors of polyacrylamide/clay composites based on various clays[J]. React. Funct. Polym., 2007, 67: 737-745.

[11]Bao Y, Ma J, Suna Y. Swelling behaviors of organic/inorganic composites based on various cellulose derivatives and inorganic particles[J]. Carbohyd. Polym., 2012, 88: 589-595.

[12]Pourjavadi A, Kurdtabar M, Ghasemzadeh, H. Salt-and pH-Resisting Collagen-based Highly Porous Hydrogel [J], Polym. J, 2007, 40(2): 94-103.

[13]Bidgoli H, Zamani A, Taherzadeh MJ. Effect of carboxymethylation conditions on the water-binding capacity of chitosan-based superabsorbents[J]. Carbohyd. Res., 2010, 345: 2683-2689.

[14]Sui Z, BeMiller JN. Relationship of the channels of normal maize starch to the properties of its modified product [J]. Carbohyd. Polym., 2013, 92(1): 894-904.

[15]Chang C, Zhang L. Cellulose-based hydrogels: Present status and application prospects[J]. Carbohyd. Polym., 2011, 84: 40-53.

[16]Chung H, Washburn NR. Improved lignin polyurethane properties with lewis acid treatment[J]. Appl. Mater. Inter., 2012, 4: 2840-2846.

[17]Sadeghi M, Yarahmadi M. Synthesis and characterization of superabsorbent hydrogel based on chitosang-poly (acrylic acid-coacrylonitrile)[J]. Afr. J. Biotechnol., 2011, 10(57): 12265-12275.

[18]Hablot E, Dewasthale S, Zhao Y, et al. Reactive extrusion of glycerylated starch and starch polyester graft-copolymers[J]. Eur. Polym. J., 2013, 49: 873-881.

[19]Chang C, Duan B, Zhang L. Fabrication and characterization of novel macroporous cellulose alginate hydrogels[J]. Polymer, 2009, 50: 5467-5473.

[20]Kiatkamjornwonga S, Chomsaksakul W, Sonsuk M. Radiation modification of water absorption of cassava starch by acrylic acid/acrylamide[J]. Radiat. Phys. Chem., 2000, 59: 413-427.

[21]Nakason C, Wohmang T, Kaesaman A, et al. Preparation of cassava starch-graft-polyacrylamide superabsorbents and associated composites by reactive blending[J]. Carbohyd. Polym., 2010, 81: 348-357.

[22]Ismail H, Irani M, Ahmad Z. Utilization of Waste Polystyrene and Starch for Superabsorbent Composite Preparation[J]. J. Appl. Polym. Sci., 2013, 127(6): 4195-4202.

[23]Ge H, Pang W, Luo De. Graft copolymerization of chitosan with acrylic acid under Microwave irradiation and its water absorbency[J]. Carbohyd. Polym., 2006, 66: 372-378.

[24]Chang C, Duan B, Cai J, et al. Superabsorbent hydrogels based on cellulose for smart swelling and controllable delivery[J]. Eur. Polym. J., 2010, 46: 92-100.

[25]Bao Y, Ma J, Li N. Synthesis and swelling behaviors of sodium carboxymethyl cellulose-g-poly (AA-co-AM-co-AMPS)/MMT superabsorbent hydrogel[J]. Carbohyd. Polym., 2011, 84:76-82.

[26]Teli MD, Waghmare NG. Synthesis of superabsorbents from amaranthus starch[J]. Carbohyd. Polym., 2010, 81: 695-699.

[27]Chen Y, Liu Y, Tan H, et al. Synthesis and characterization of a novel superabsorbent polymer of N,O-carboxymethyl chitosan graft copolymerized with vinyl monomers[J]. Carbohyd. Polym., 2009, 75: 287-292.

[28]Wu F, Zhang Y, Liu L, et al. Synthesis and characterization of a novel cellulose-g-poly (acrylic acid-co-acrylamide) superabsorbent composite based on flax yarn waste[J]. Carbohyd. Polym., 2012, 87: 2519-2525.

[29]Liu Z, Miao Y, Wang Z, et al. Synthesis and characterization of a novel super-absorbent based on chemically modified pulverized wheat straw and acrylic Acid[J]. Carbohyd. Polym., 2009, 77: 131-135.

[30]Xie L, Liu M, Ni B, et al. Slow-release nitrogen and boron fertilizer from a functional superabsorbent formulation based on wheat straw and attapulgite[J]. Chem. Eng. J., 2011, 167: 342-348.

[31]Xie L, Liu M, Ni B, et al. Utilization of wheat straw for the preparation of coated controlled-release fertilizer with the function of water retention [J]. J. Agric. Food Chem., 2012, 60: 6921-6928.

[32]Ma Z, Li Q, Yue Q, et al. Synthesis and characterization of a novel superabsorbent based on wheat straw[J]. Bioresource Technol., 2011, 102: 2853-2858.

[33]Li Q, Ma Z, Yue Q, Gao B, et al. Synthesis, characterization and swelling behavior of supera-bsorbent wheat straw graft copolymers [J]. Bioresource Technol., 2012, 118: 204-209.

[34]Sua Y, Liu J, Yue Q, et al. Adsorption of ammonium and phosphate by feather protein based semi-interpenetrating polymer networks hydrogel as a controlled release fertilizer[J]. Environ. Technol., 2014, 35(4): 446-455.

[35]Pourjavadi A, Kurdtabar M, Ghasemzadeh H. Salt and pH-resisting collagen based highly porous hydrogel [J]. Polym. J., 2008, 40(2): 94-103.

[36]Pourjavadi A, Salimi H. New protein-based hydrogel with superabsorbing properties: effect of monomer ratio on swelling behavior and kinetics[J]. Ind. Eng. Chem. Res., 2008, 47: 9206-9213

[37]Yadav M, Mishra DK, Behari K. Synthesis of partially hydrolyzed graft copolymer (H-partially carboxy-methylated guar gum-g-methacrylic acid): A superabsorbing material[J]. Carbohyd. Polym., 2011, 85: 29-36.

[38]Liu T, Qian L, Li B, et al. Homogeneous synthesis of chitin-based acrylate superabsorbents in NaOH/urea solution[J]. Carbohyd. Polym., 2013, 94: 261-271.

[39]Xu K, Wang J, Xiang S, et al. Polyampholytes superabsorbent nanocomposites with excellent gel strength[J]. Compos. Sci. Technol., 2007, 67: 3480-3486.

[40]Qi X, Liu M, Chen Z, et al. Preparation and properties of diatomite composite superab-sorbent[J]. Polym. Adv. Technol., 2007, 18: 184-193.

[41]Guilherme MR, Fajardo AR, Moia TA, et al. Porous nanocomposite hydrogel of vinyled montmorillonite-crosslinked maltodextrin-co-dimethylacryl amide as a highly stable polymer carrier for controlled release systems [J]. Eur. Polym. J., 2010, 46(7): 1465-1474.

[42]Zheng Y, Gao T, Wang A. Preparation, swelling, and slow-release characteristics of superabsorbent composite containing sodium humate[J]. Ind. Eng. Chem. Res., 2008, 47: 1766-1773.

[43]Bulut Y, Akcay G, Elma D, et al. Synthesis of clay based superabsorbent composite and its sorption capability[J]. J. Hazard. Mater., 2009, 171: 717-723.

[44]Schepetkin IA, Khlebnikov AI, Ah SY, et al. Characterization and biological activities of humic substances from mumie[J]. J. Agric. Food Chem., 2003, 51: 524-5254.

[45]Singh T, Singhal R. Kinetics and thermodynamics of cationic dye adsorption onto dry and swollen hydrogels poly(acrylic acid-sodium acrylate-acrylamide)sodiumhumate [J]. Desalin. Water Treat., 2015, 53(13): 3668-3680.

[56]Zhang J, Liu R, Li A, et al. Preparation, swelling behaviors, and slow release properties of a poly (acrylic acid-co-acrylamide)/sodium humate superabsorbent composite [J]. Ind. Eng. Chem. Res., 2006, 45: 48-53.

[47]Yi J, Zhang L. Studies of sodium humate/polyacrylamide/clay hybrid hydrogels. I. swelling and rheological properties of hydrogels[J]. Eur. Polym. J., 2007, 43: 3215-3221.

[48]Chu M, Huang Z, Xu B, et al. Preparation, characterization and salt resistance of a coal based super absorbent composite[J]. Min. Sci. Technol., 2010, 20: 0864-0871.

[49]Shahid SA, Qidwai AA, Anwar F, et al. Effects of a novel poly (AA-co-AAm)/AlZnFe2O4/potassium humate superabsorbent hydrogel nanocomposite on water retention of sandy loam soil and wheat seedling growth[J]. Molecules, 2012, 17: 12587-12602.

[50]Shahid SA, Qidwai AA, Anwar F, et al. Improvement in the water retention characteristics of sandy loam soil using a newly synthesized poly(acrylamide-co-acrylic acid)/AlZnFe2O4superabsorbent hydrogel nanocomposite material[J]. Molecules, 2012, 17: 9397-9412.

[52]Abd El-Mohdy, HL. Water sorption behavior of CMC/PAM hydrogels prepared by γ-irradiation and release of potassium nitrate as agrochemical[J]. React. Funct. Polym., 2007, 67: 1094-1102.

[53]Zheng Y, Wang A. Preparation and ammonium adsorption properties of biotite-based hydrogel composites [J]. Ind. Eng. Chem. Res., 2010, 49: 6034-6041.

[54]Zhong K, Lin Z, Zheng X, et al. Starch derivative-based superab sorbent with integration of water retaining and controlled-release fertilizers[J]. Carbohyd. Polym., 2013, 92: 1367-1376.

[55]Niu Y. Controlled release of urea encapsulated by starch-g-poly(vinylacetate) [J]. Ind. Eng. Chem. Res., 2012, 51: 12173-12177.

[56]Wu L, Liu M. Preparation and characterization of cellulose acetate-coated compound fertilizer with controlled-release and water-retention[J]. Polym. Adv. Technol., 2008, 19: 785-792.

[57]Jia X, Ma Z, Zhang G, et al. Polydopamine film coated controlled-release multielement compound fertilizer based on mussel-inspired chemistry[J]. J. Agric. Food Chem., 2013, 61: 2919-2924.

[58]Ni B, Lv S, Liu M. Novel multinutrient fertilizer and its effect on slow release, water holding and soil amending[J]. Ind. Eng. Chem. Res., 2012, 51: 12993-13000.

Research Progress on Biodegradable Super-absorbent Resin in Application of Agriculture*

ZHOU Chang, ZENG Yong-ming, ZHANG Hong-xi, HE Wei, Pareda, DOU Ming-fang

(Department of Chemistry and Applied Chemistry, Changji University, Xinjiang Changji 831100, China)

The present status and the progress of biodegradable super-absorbent polymer in application of agriculture in China and abroad were reviewed. The preparation, mechanisms and polymerization methods of biodegradable super-absorbent resin prepared from modification of natural polymers and organic mineral materials were given. Based on this, existing problems of biodegradable super-absorbent resin in application were discussed and further development prospects were also analyzed.

biodegradable super-absorbent resin; agriculture; modification; research development; fertilizer

新疆维吾尔自治区教育厅高校科研计划项目( 编号: XJEDU2013S43 )和大学生创新创业训练计划项目。

周昌(1984-), 男, 硕士, 现从事高吸水性复合材料的研究。

曾永明。

TQ32

A

1001-9677(2016)09-0021-05