背景技术
玉米秸秆中含有大量的糖分、粗纤维、蛋白质等有效成份和多种中、微量元素，属于农业固体废弃物中的一种，也是一种可再生资源。但目前玉米秸秆纤维素基本上没有得到有效利用，既造成资源极大浪费，又对环境造成污染。从资源的可持续利用、保护环境和生物体亲和性与生物分解性特点出发，人们对于再生秸秆纤维素的利用寄予了很大期望。通过秸秆纤维素资源化利用，开发环境友好的绿色产品，已成为绿色化学、化工研究中的热点领域。
目前高吸水性树脂原料大多是淀粉，或者是桔梗棉花纤维中提取的纤维素，如中国专利，公告为：101302270A，一种含氮高吸水树脂的制备方法，是利用淀粉在氮气保护的条件下接枝丙烯腈制得的高吸水树脂，糊化时需要高温、氮气保护及机械搅拌，聚合时间长生产效率低，成本相对较高。
用高吸水性树脂作为肥料养分的载体，采用化学合成的方法，将肥料养分元素与化学合成的方法，将肥料元素化合或聚合到聚合物分子中，制成化学合成保水型缓释肥料。将肥料和保水剂复合一体化，制造一种具有保水功能和肥料养分缓释的保水型缓释肥料成为肥料研究的前沿课题和最新方向，同时也是农业生产实际的迫切需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含氮和钾的高吸水性树脂肥料及其制备方法，是一种含氮元素和钾元素，并且具有缓释作用的可降解高吸水性树脂肥料，这种制备方法以玉米秸杆、氯乙酸、丙烯酸、氢氧化钾、过硫酸钾、硝酸铈铵、尿素等为原料，简化了反应步骤，降低了反应要求，无需氮气保护，大大缩短了聚合时间，提高了生产效率。
本发明要解决的技术问题是由如下方案实现的：本发明一种含氮和钾的高吸水性树脂肥料，将玉米秸秆粉碎成粉末与乙醇和NaOH去离子水溶液搅拌反应后，加入氯乙酸和无水乙醇搅拌反应，将反应液用乙醇溶液洗涤过滤，干燥得到改性的玉米秸秆粉末；在改性的玉米秸秆粉末中加入尿素溶液使其充分溶解，超声波处理4～7分钟，形成改性纤维素溶液；将硝酸铈铵和HNO3溶于水中，加入到改性纤维素溶液中，用KOH配制成中和度为60％～85％的丙烯酸盐溶液，取该溶液与N，N-亚甲基双丙烯酰胺混合均匀，将该溶液加入到改性纤维素溶液中，超声波处理1～2分钟，得混合溶液；向混合溶液中加入K2S2O8水溶液，烘干至凝胶，即得到本发明的含氮、钾高吸水性树脂肥料。
本发明的具体制备方法，包括以下步骤：
1.玉米秸秆的改性：将玉米秸秆粉碎成粉末，过80～200目筛子，取质量份数为10～50份玉米秸秆粉与100～200份乙醇、20～100份浓度为50％的NaOH去离子水溶液，在25～40度下搅拌反应1～2h后，加入15～70份氯乙酸和45份无水乙醇，在60～80度下搅拌反应1～2h，将反应液中和后过滤，用浓度为80％～90％的乙醇溶液洗涤过滤，干燥得到改性的玉米秸秆粉末；
2.玉米秸秆的超声波处理：取2份步骤1的改性的玉米秸秆粉末，加入浓度为10％-53.8％的尿素溶液使其溶解，超声波处理4～7分钟，形成改性纤维素溶液，将0.1～0.2份硝酸铈铵和0.225～0.64份HNO3溶于5份的水中，加入到改性纤维素溶液中，用KOH配制成中和度为60％～85％的丙烯酸盐溶液，取15～40份该溶液与0.045～0.255份N，N-亚甲基双丙烯酰胺混合均匀，将该溶液加入到改性纤维素溶液中，超声波处理1～2分钟，得混合溶液；
3.含氮、钾高吸水性树脂肥料的制备：向步骤2的得到的混合溶液中加入4份浓度为2～5％的K2S2O8水溶液，在60～100度烘箱中反应30～60分钟，直到凝胶形成，凝胶产品取出后，在40～70度烘干至恒重，即得到本发明的含氮和钾的高吸水性树脂肥料。
本发明的特点是：
本发明用玉米秸秆制备可降解含氮、钾吸水性树脂肥料与传统方法相比，简化了反应步骤，降低了反应要求，树脂低成本、可降解且吸水性好。本发明用玉米秸秆制备含氮、钾且具有缓释作用的可降解吸水性树脂。步骤简单，条件温和，成本低廉且实现了农业废弃物的资源转化及尿素、钾肥的合理施用。
本发明中原料的来源为农业固体废弃物的一种，价格极其便宜，体系最终达到酸碱平衡，不会对环境造成任何污染。对玉米秸秆的处理简洁方便，反应体系中固含量高，制作工艺简单。将超声波处理技术应用于吸水树脂制备，大大缩短了反应时间，处理后溶液可直接高温聚合，制备工艺简单，无需氮气保护；所制得的产品吸水能力强。产品对氮、钾具有缓释作用，用玉米秸秆制备可降解含氮、钾吸水性树脂能够改善土壤的水分条件，并可降解成有机肥，改善作物生长环境，适于农业推广利用。
所制备的含氮和钾吸水性树脂肥料可用于农业生产中，其用法是施与植物根部的土壤，可是尿素、钾缓慢释放，减少尿素、钾的施用量及次数。可降低土壤蒸腾作用，减少水分的流失和渗漏，充分利用水分，在降水含量高的时候吸收多余的水分，再干旱的时候提供给植物必须的水分，调节土壤中水的含量的平衡。经过一定的使用期后，可以被微生物降解，化作为植物的有机肥，用于改善农作物的种植环境，尤其是在干旱地区，不会对环境造成任何污染。本材料充分利用的大量废弃的玉米秸秆，成本低廉，效果明显。
使用效果：
一、可使氮、钾缓慢释放，减少氮、钾的施用量及次数。氮缓慢地释放出来，满足了作物整个生育期对氮素的需要，减少了尿素的淋失、挥发及反硝化作用所引起的损失，也不会由于浓度过高对作物造成危害，同时由于可以作基肥一次施用，也节省了劳力，并且解决了密植情况下后期追肥的困难。
二、降低土壤蒸腾作用，减少水分的流失和渗漏，充分利用水分，在降水含量高的时候吸收多余的水分，再干旱的时候提供给植物必须的水分，调节土壤中水的含量的平衡；
三、以KOH为中和剂，消除钠离子的不良影响；原料来源广，成本低廉，容易在我国推广。
四、经过一定的使用期后，可以被微生物降解，不会对环境造成任何污染。本材料充分利用的大量废弃的玉米秸秆，成本低廉，效果明显。
本发明的先进性表现在以下几点：
1.用植物秸秆合成吸水树脂。
2.可使氮、钾缓慢释放，减少尿素、钾的施用量及次数。
3.具有降解性，降解产物有利于植物生长；
4.原料来源广，成本低廉，容易在我国推广。
具体实施方式
实施例1
1.玉米秸秆的改性：室温下，将玉米秸秆粉碎成粉末，过80～200目筛子。取质量份数为10～50份玉米秸秆粉与100～200份乙醇、20～100份浓度为50％的NaOH去离子水溶液，在25～40度下搅拌反应1～2h后，加入15～70份氯乙酸和45份无水乙醇，在60～80度下搅拌反应1～2h。将反应液中和后过滤，用浓度为80％～90％的乙醇溶液洗涤过滤，干燥得到改性的玉米秸秆粉末。
2.玉米秸秆的超声波处理：取2份步骤1的改性的玉米秸秆粉末，加入浓度为10％-53.8％的尿素溶液使其充分溶解，并以超声波处理4～7分钟，形成改性纤维素溶液。室温下，将0.1～0.2份硝酸铈铵和0.225～0.64份HNO3溶于5份的水中，加入到改性纤维素溶液中。用KOH配制成中和度为60％～85％的丙烯酸盐溶液，取15～40份该溶液与0.045～0.255份N，N-亚甲基双丙烯酰胺混合均匀，将该溶液加入到改性纤维素溶液中，继续用超声波处理1～2分钟；
3.含氮、钾高吸水树脂肥料的制备：向步骤2的得到的混合溶液中加入4份浓度为2～5％的K2S2O8水溶液，在60～100度烘箱中反应30～60分钟，直到凝胶形成。凝胶产品取出后，在40～70度烘箱中干燥至恒重，即得到本发明的含氮、钾高吸水树脂肥料。
制备方法与实施例1相同，所述改性的玉米秸秆粉末，使用尿素浓度为20％的溶液使其充分溶解。
制备方法与实施例1相同，所述改性的玉米秸秆粉末，使用尿素浓度为30％的溶液使其充分溶解。
制备方法与实施例1相同，所述改性的玉米秸秆粉末，使用尿素浓度为40％的溶液使其充分溶解。
制备方法与实施例1相同，所述改性的玉米秸秆粉末，使用尿素浓度为58％的溶液使其充分溶解。