本發(fā)明屬于土壤改良，具體涉及一種陽(yáng)離子型聚合物及其在土壤改良中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，土壤資源嚴(yán)重不足，而且由于某些不合理的利用，比如大量不合理的施用肥料、農(nóng)藥的過(guò)度噴灑、超負(fù)荷放牧等，造成了土壤的嚴(yán)重退化。主要表現(xiàn)為土壤緊實(shí)與硬化、侵蝕、鹽堿化、酸化、元素失衡、化學(xué)污染、有機(jī)質(zhì)流失和動(dòng)植物區(qū)系的退化等，土壤退化的結(jié)果是土壤生產(chǎn)力降低，作物品質(zhì)下降，甚至有毒元素富集，因此如何保持土壤質(zhì)量、改善酸堿土壤、解除土壤毒性、減少土傳病害傳播，成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

2、應(yīng)用土壤改良劑是修復(fù)退化土壤的重要措施之一。土壤改良劑能有效地改善土壤理化性狀和土壤養(yǎng)分狀況，并對(duì)土壤微生物產(chǎn)生積極影響，從而提高退化土壤生產(chǎn)力。土壤特性包括土壤結(jié)果、土壤含水量、土壤溫度、土壤酶的活性、土壤微生物數(shù)量、土壤通氣狀況、土壤溶液濃度、土壤氫離子濃度。土壤改良劑的類型不同，對(duì)土壤的作用機(jī)制也有所不同，但都是通過(guò)有效改善土壤物理結(jié)構(gòu)，降低土壤容重，增加土壤含水量，改變土壤化學(xué)性質(zhì)，增加土壤微生物活動(dòng)，提高酶的活性，增加土壤微量元素含量，調(diào)整土壤水、肥、氣、熱狀況中的某些部分或全部，最終達(dá)到提高土壤肥力的目的。

3、纖維素在自然界中含量豐富，具有獨(dú)特且無(wú)與倫比的天然優(yōu)勢(shì)，對(duì)其及其衍生物進(jìn)行合理的研究開(kāi)發(fā)，將會(huì)被廣泛應(yīng)用在食品、污水處理等各個(gè)行業(yè)。但是由于纖維素結(jié)構(gòu)中存在大量的羥基使得分子間和分子內(nèi)形成范德華和強(qiáng)氫鍵作用力，實(shí)質(zhì)不溶于普通溶劑，嚴(yán)重阻礙了纖維素基材料的發(fā)展，因此有效分離和提取纖維素以及在均勻的環(huán)境中對(duì)纖維素進(jìn)行改性已成為纖維素基材料的熱點(diǎn)。

4、如中國(guó)專利cn110066201a中公開(kāi)了一種改良板結(jié)植煙土壤的調(diào)理劑及其制備方法。該發(fā)明的調(diào)理劑采用先進(jìn)方法制備而成，包括以下成分：改性纖維素、改性甲殼素、蝸牛糞和蚯蚓糞，所述改性纖維素由花生殼和杉樹(shù)皮制備而成，所述改性甲殼素由龍蝦殼和花生殼制備而成，所述改性纖維素、改性甲殼素、蝸牛糞和蚯蚓糞的體積比為3-5:2-4:1-2:1-2。使用該發(fā)明的調(diào)理劑后，土壤容重降低，總孔隙度和通氣孔隙度有所上升，土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量明顯提高，植煙土壤微生物活性也明顯增加，植煙土壤的板結(jié)情況得到改善，土壤通透性明顯增加。

5、再如中國(guó)專利cn118496039a公開(kāi)了一種保水增肥的沙化土壤改良劑及其制備方法，所述保水增肥的沙化土壤改良劑由負(fù)載腐殖酸的緩釋微球、聚丙烯酸樹(shù)脂框架和食用菌菌渣組成；所述負(fù)載腐殖酸的緩釋微球由改性玉米芯纖維素、膨潤(rùn)土、腐殖酸、海藻酸鈉和氯化鈣組成；將負(fù)載腐殖酸的緩釋微球、食用菌殘?jiān)c聚丙烯酸樹(shù)脂框架交聯(lián)，制備得到的保水增肥的沙化土壤改良劑，具有強(qiáng)大的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，顯著提高了沙化土壤的保水持水能力，有效減少養(yǎng)分的流失，同時(shí)改善了土壤中的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增大了土壤孔隙度，對(duì)沙化土壤起到了很好的改良作用，具有優(yōu)異的保水保肥性。

6、雖然現(xiàn)有技術(shù)針對(duì)纖維素的改性比較多，但是依然不能很好的滿足需求，因此需要進(jìn)一步拓寬改性纖維素的種類，使其具有更廣的應(yīng)用范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在提供一種陽(yáng)離子型聚合物，所述的陽(yáng)離子聚合物為季銨鹽型陽(yáng)離子纖維素醚，本發(fā)明通過(guò)向纖維素骨架中引入疏水基團(tuán)季銨鹽，調(diào)節(jié)親水基團(tuán)羥基和疏水基團(tuán)的比例，得到一種保水保肥功效較好的土壤改良劑。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種陽(yáng)離子型聚合物，所述的陽(yáng)離子聚合物為季銨鹽型陽(yáng)離子纖維素醚，按照如下方法制備得到：

4、(1)將羥丙基甲基纖維素加入裝有堿性異丙醇溶液的反應(yīng)裝置中，攪拌至完全溶解，反應(yīng)后得到物質(zhì)a；

5、(2)向步驟(1)得到的物質(zhì)a中加入環(huán)氧丙基三戊基氯化銨，攪拌均勻后進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，純化、干燥即得到所述的季銨鹽型陽(yáng)離子纖維素醚。

6、上述步驟(1)中所述的堿性異丙醇溶液為異丙醇-水-氫氧化鈉的混合溶液；

7、其中，

8、所述的異丙醇的體積分?jǐn)?shù)為30-60％；優(yōu)選為40％。

9、所述的氫氧化鈉和羥丙基甲基纖維素的摩爾比為0.30-0.50:1；優(yōu)選為0.45:1。

10、上述步驟(1)需要在加熱的條件下進(jìn)行，所述的加熱溫度為40-50℃；優(yōu)選為45℃。

11、上述步驟(1)的反應(yīng)時(shí)間為0.5-1.5小時(shí)；優(yōu)選為1.2小時(shí)。

12、上述步驟(2)中所述的環(huán)氧丙基三戊基氯化銨與羥丙基甲基纖維素的摩爾比為0.35-0.65：1；優(yōu)選為0.4-0.5:1，再優(yōu)選為0.45:1。

13、上述步驟(2)中所述的反應(yīng)溫度為60-80℃；優(yōu)選為65-75℃；再優(yōu)選為70℃。

14、上述步驟(2)所述的反應(yīng)時(shí)間為5-8小時(shí)；優(yōu)選為6-7小時(shí)；再優(yōu)選為7小時(shí)。

15、作為一些優(yōu)選地實(shí)施方案，所述的環(huán)氧丙基三戊基氯化銨由以下方法制備得到：

16、將硫酸鉀晶體、水、無(wú)水乙醇和環(huán)氧氯丙烷加入反應(yīng)容器中，再加入條件下向反應(yīng)容器中加入三戊胺，反應(yīng)結(jié)束后對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行過(guò)濾、洗滌、蒸餾，即得到環(huán)氧丙基三戊基氯化銨。

17、所述的反應(yīng)溫度為60-75℃；優(yōu)選為60℃。

18、本發(fā)明的合成原理為：在堿催化的條件下羥丙基甲基纖維素形成了羥丙基甲基纖維素氧負(fù)離子，經(jīng)堿處理后形成的羥丙基甲基纖維素氧負(fù)離子親和能力比較強(qiáng)，從背后進(jìn)攻環(huán)氧丙基三戊基氯化銨中的環(huán)氧基團(tuán)的取代基較少的碳原子，先與碳原子形成比較弱的碳氧鍵，同時(shí)環(huán)氧上碳氧鍵減弱，后c-o鍵斷裂，羥丙基甲基纖維素上的氧負(fù)離子與環(huán)碳原子之間的鍵逐步形成，得到季銨鹽型陽(yáng)離子纖維素醚。

19、本發(fā)明采用環(huán)氧丙基三戊基氯化銨作為醚化劑，通過(guò)控制環(huán)氧丙基三戊基氯化銨與羥丙基甲基纖維素的摩爾比以及氫氧化鈉和羥丙基甲基纖維素的摩爾比，使得到的季銨鹽型陽(yáng)離子纖維素醚具有更高的取代度，使得到的季銨鹽型陽(yáng)離子纖維素醚的取代度達(dá)到0.45-0.65之間。

20、本發(fā)明還提供了上述季銨鹽型陽(yáng)離子纖維素醚在制備土壤改良劑中的應(yīng)用。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

22、(1)本發(fā)明采用環(huán)氧丙基三戊基氯化銨作為醚化劑，通過(guò)控制環(huán)氧丙基三戊基氯化銨與羥丙基甲基纖維素的摩爾比以及氫氧化鈉和羥丙基甲基纖維素的摩爾比，使得到的季銨鹽型陽(yáng)離子纖維素醚具有更高的取代度，使得到的季銨鹽型陽(yáng)離子纖維素醚的取代度達(dá)到0.45-0.65之間。

23、(2)將本發(fā)明制備的季銨鹽型陽(yáng)離子纖維素醚作為土壤改良劑的成分進(jìn)行土壤改良能夠明顯提高土壤的保水保肥效果。

技術(shù)特征：

1.一種陽(yáng)離子型聚合物，所述的陽(yáng)離子聚合物為季銨鹽型陽(yáng)離子纖維素醚，其特征在于：按照如下方法制備得到：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽(yáng)離子型聚合物，其特征在于：步驟(1)中所述的堿性異丙醇溶液為異丙醇-水-氫氧化鈉的混合溶液；所述的異丙醇的體積分?jǐn)?shù)為30-60％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽(yáng)離子型聚合物，其特征在于：所述的氫氧化鈉和羥丙基甲基纖維素的摩爾比為0.30-0.50:1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽(yáng)離子型聚合物，其特征在于：步驟(1)需要在加熱的條件下進(jìn)行，所述的加熱溫度為40-50℃；反應(yīng)時(shí)間為0.5-1.5小時(shí)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽(yáng)離子型聚合物，其特征在于：步驟(2)中所述的環(huán)氧丙基三戊基氯化銨與羥丙基甲基纖維素的摩爾比為0.35-0.65:1。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的陽(yáng)離子型聚合物，其特征在于：步驟(2)中所述的環(huán)氧丙基三戊基氯化銨與羥丙基甲基纖維素的摩爾比為0.45:1。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽(yáng)離子型聚合物，其特征在于：步驟(2)中所述的反應(yīng)溫度為60-80℃；反應(yīng)時(shí)間為5-8小時(shí)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的陽(yáng)離子型聚合物，其特征在于：步驟(2)中所述的反應(yīng)溫度為70℃；反應(yīng)時(shí)間為7小時(shí)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽(yáng)離子型聚合物，其特征在于：所述的季銨鹽型陽(yáng)離子纖維素醚的取代度在0.45-0.65之間。

10.權(quán)利要求要求1-9任一項(xiàng)所述的季銨鹽型陽(yáng)離子纖維素醚在制備土壤改良劑中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種陽(yáng)離子型聚合物及其在土壤改良中的應(yīng)用，屬于土壤改良技術(shù)領(lǐng)域。所述的陽(yáng)離子聚合物為季銨鹽型陽(yáng)離子纖維素醚，按照如下方法制備得到：(1)將羥丙基甲基纖維素加入裝有堿性異丙醇溶液的反應(yīng)裝置中，攪拌至完全溶解，反應(yīng)后得到物質(zhì)A；(2)向步驟(1)得到的物質(zhì)A中加入環(huán)氧丙基三戊基氯化銨，攪拌均勻后進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，純化、干燥即得到所述的季銨鹽型陽(yáng)離子纖維素醚。本發(fā)明采用環(huán)氧丙基三戊基氯化銨作為醚化劑，通過(guò)控制反應(yīng)物之間的摩爾比，使得到的季銨鹽型陽(yáng)離子纖維素醚具有更高的取代度，將本發(fā)明制備的季銨鹽型陽(yáng)離子纖維素醚作為土壤改良劑的成分進(jìn)行土壤改良能夠明顯提高土壤的保水保肥效果。

技術(shù)研發(fā)人員：劉嘉,何宇,賀京哲,盧金海,岳亞濤,田榮榮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華清農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26