第11章 高分子保水材料在环境治理中的应用

11高分子保水材料在环境治理中的应用11.1高分子保水材料研发与应用进展11.2高分子保水材料合成技术途径11.3高分子保水材料作用原理及其在水肥保持中应用11.4高分子保水材料在污染治理中应用11.5高分子保水材料发展趋势本章内容11.1高分子保水材料研发与应用进展本节内容国家对保水剂研发和应用非常重视，“十五”863项目列“新型多功能保水剂系列产品研制与产业化开发”课题，“十一五”863项目“绿色环保多功能节水制剂”课题，“十二五”国家863项目继续设立该课题研究[19]。高分子保水材料按其原料和合成途径可分为淀粉类化合物、纤维素类合成物和聚合物三种类型。我国高分子保水材料研制和应用始于20世纪80年代中期，发展较快。当时全国有40余个单位研究开发，并陆续应用于农林生产领域，但未批量化。90年代以来，一批新型保水剂厂家和产品陆续问。进入21世纪以来，随着干旱和土壤退化加剧，以及化学节水研究深入，高分子保水材料的研究与应用开发出现新的热潮。目前，高分子保水材料按照化学组成和功能特点可分为高分子聚丙烯酸盐类高分子保水材料，有机—无机复合类高分子保水材料，以及多功能类高分子保水材料三类。11.1高分子保水材料研发与应用进展11.2高分子保水材料合成技术途径高分子保水剂的合成，主要是天然亲水性单体经交联剂和引发剂等助剂发生合成反应而成，其合成反应类型可分三种[3]：接枝共聚反应羧甲基化反应交联反应

保水剂自身吸水、保水和释水原理11.3高分子保水材料作用原理及其在水肥保持中应用11.3.1高分子保水材料的作用原理高分子保水剂促进土壤改良和水分保持效应原理高分子保水剂提高肥料、农药等农化产品利用效率原理保水剂调节植物生理节水效应原理（1）水肥保持及其高效利用与农业生产的发展问题

水是农业发展的基础，我国农业年用水约4.0×1011m3,占全国总用水的71%左右，其中约90%为农田灌溉[11]。肥料是农业生产和生态环境治理的重要应用物质。（2）高分子保水剂促进水肥保持及其高效利用的进展水分保持增效。主要包括土壤水分保持、土壤改良和植物生理节水效应三方面。肥料缓释增效。目前,对氮、磷肥等肥料的保持增效的单项研究有一些积累，但对水肥保持效应过程机理研究不足，缺乏SAP对氮、磷肥复合下的水肥保持效应机理及其过程，特别是土壤重金属污染下SAP对氮磷肥复合保持效应机理。11.3.2高分子保水材料在土壤水肥保持中的应用11.4.1土壤重金属污染及其危害

随着社会经快速发展，不合理农业施肥、污水灌溉、污泥应用使土壤重金属污染已严重威胁我国生态环境安全。重金属污染导致土壤退化、作物产量和品质降低，还通过食物链危害人体健康。2014年《全国土壤污染状况调查公报》表明，我国土壤重金属总超标率为16.1%，其中耕地达19.4%，Cd、Pb、Ni点位超标率分别为7.0%、1.5%4.8%。在分布上，南方土壤污染重于北方，矿区周边和城郊污灌区是重金属污染的重点地区。24个省（市）工矿、城郊320污灌点中，重金属超标农产品量占总污染超标的80%以上，Cd、Hg、Pb、Cu及其复合污染明显。据报道[31]，我国重金属污染导致年粮食减产量1000万t以上，被污染粮食达1200万t，经济损失200亿元。11.4高分子保水材料在污染治理中应用11.4.2高分子保水剂与土壤重金属污染治理

重金属污染土壤修复技术主要有工程措施、物理化学、化学改良和生物措施等，其中研究与应用较多的主要是生物修复技术和化学固化修复技术。目前，重金属固化修复材料主要有黏土矿物、磷酸盐、沸石等无机矿物吸附材料，以及有机肥及微生物等。11.4高分子保水材料在污染治理中应用处理方式大豆玉米植株干重g/pPb含量(ug/kg)Cd含量(ug/kg)

植株干重g/pPb含量(ug/kg)Cd含量(ug/kg)复合F1（FM+SAP+HA+FS）

0.449b3.16a11.51a0.507a3.58a17.11a复合F2（FS+HA+SAP）0.329ab4.09a14.62ab0.560a3.89a14.44a复合F3（FM+SAP+HA）0.294a4.15a9.87a0.446a5.77a12.83a腐殖酸（HA）0.383b6.14b14.56ab0.311a10.76b24.33b高分子保水剂（SAP）0.261a4.10a9.16a1.128c3.47a11.27a粉煤灰（FM）0.207a6.21b13.08ab0.880b4.05a20.47ab沸石（FS）0.307b3.82a14.16ab0.274a11.14b29.86b对照（CK）0.278b13.31c21.70c0.406a11.75b70.70c表11-2环境材料对大豆、玉米植株干重和吸收土壤重金属Pb、Cd影响11.5高分子保水材料发展趋势

高分子保水材料的发展已经引起世界各国高度关注，从而有了飞速发展。对于保水剂农用的发展，主要包括三方面：

（1）加强高分子保水材料的应用基础研究。

（2）加强低成本、长效、多功能、复合、专用保水剂研制

（3）建立高分子保水材