玉米秸秆功能化修饰及集水保水、油污吸附性研究

This project aims at fabricating superhydrophobic/superoleophilic powder with the local rich corn stalks as raw materials by modifying the crushed corn stalk powders with sol coating and subsequent modification with low surface energy material, with its superhydrophobicity, the powders can be used in the fields of catchment, water retention, anti-seepage and anti-evaporation. The effects of uses of powders on the soil moisture content, volume quality and porosity will be tested, and its effect in improving soil physical structure, regulating soil biochemical characteristics, affecting soil temperature and evaporation will also be analyzed. With its superoleophilicity, as an oil adsorbent, the powders can be used to adsorb, separate and retrieve oil on water surface, and have characteristics of strong oil absorption capacity, large specific surface area, good selectivity, being easy to float and degrade, and can be recycled. The related researches are expected to provide useful references for the utilization of corn stalks and the development and application of new water retention agent and oil adsorbent.

张掖地处河西走廊，北临巴丹吉林沙漠，处干旱、半干旱地区，土壤砂质较重，渗漏严重，田间持水率小，限制了水资源的有效利用。为防止气候变化导致的干旱缺水和土壤退化，可在土壤中添加保水剂，以提高土壤的吸水、保水及保肥能力，然而，“高吸水性树脂”保水剂因其价格高、耐候性差难以在生产中应用。本项目用本地丰富的玉米秸秆为原料，将粉碎后的玉米秸秆粉经溶胶包覆改性、低表面能材料修饰后制得超疏水超亲油粉剂，利用其表面的超疏水性，可用于土壤的集水、保水、防渗及防蒸发，测试其使用对土壤含水率、体积质量和孔隙度的影响；分析其在改善土壤物理结构、调节土壤生化特性、影响土体温度及水分蒸发方面的功效。利用其表面的超亲油性，可用于水面油污的吸附、分离、回收及循环利用，其具有吸油能力强、比表面大、易漂浮、选择性好、易降解、能循环利用等特点。相关研究有望为本地玉米秸秆的利用及新型保水材料、油污吸附剂的开发及应用提供有益的借鉴。

张掖是农业农村部认定的国家级玉米种子生产基地，玉米制种面积和产量均位居全国之首，每年供应全国3亿亩大田玉米生产用种。本项目以本地丰富的玉米秸秆为原料，将其粉碎后浸涂ZnO、TiO2、SiO2溶胶，并用低表面能材料修饰后呈超疏水性超亲油性，水滴在其表面的接触角超过150°，而油滴在其表面则完全铺开。利用其表面的超疏水性，可用于防水蒸发、防渗、土壤保湿和水面油污的吸附、分离和回收利用。研究结果显示，用浸涂TiO2溶胶制备的超疏水性玉米秸秆粉覆盖水面，在30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃放置10小时后，水的蒸发率分别为10.17%、22.55%、26.30%、36.64%、53.09%、70.72%，与空白实验对比，超疏水玉米秸秆粉的使用使水的蒸发率分别减少6.43%、6.74%、11.58%、14.34%、14.5%、13.72%。该超疏水玉米秸秆粉对十六烷、十五烷、十四烷、十三烷、十二烷、柴油的吸附容量分别为1.876g/g、1.830 g/g、1.790 g/g、1.789 g/g、1.770 g/g、1.936 g/g，对应的回收率分别为61.5%、68.2%、66.8%、69.9%、61.2%、58.1%。为进一步方便快捷使用、回收玉米秸秆粉，用壳聚糖交联Fe3O4颗粒制备磁性超疏水玉米秸秆粉，其对柴油的初次吸附容量和回收率分别为2.630g/g和76.8%，高于原始玉米秸秆粉对应的1.324% g/g和65.3%。该磁性超疏水玉米秸秆粉连续分离柴油12次，其对应的吸附容量和回收率保持在2.00～2.12 g/g和75.4%～78.0%，接触角保持在143°以上。其对十六烷、十五烷、十四烷、十三烷、十二烷、十一烷的吸附容量分别为2.34 g/g, 2.35 g/g, 2.32 g/g, 2.20 g/g, 2.29 g/g, 2.40 g/g，对应的回收率分别为77.3%, 78.2%, 76.1%, 79.4%, 74.5%, 77.7%，接触角保持在147°以上。以玉米秸秆为原料制备防水蒸发、防渗、土壤保湿及油污吸附材料，原料丰富、易降解、环境友好、可循环利用，相关研究有望为本地玉米秸秆的加工、利用及防水蒸发、防渗、土壤保湿材料及油污吸附剂的制备提供有益借鉴，有望在将来产生较好的经济效益、社会效益和生态效益。