本发明属于农业物种植，具体涉及一种三元共聚物木质素基水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术：
1、近年来，在干旱和半干旱地区，水资源的高效利用是阻碍农业可持续性的主要生态限制之一。水凝胶具有其独特的三维交联聚合物网状结构，易于在其空隙内吸收大量的水，并保持结合，同时保持膨胀状态，作为一种交联的亲水聚合物和高保水性材料，当它们与水接触时，其尺寸会膨胀为原来的几倍，它能够在降雨和灌溉条件下吸收和保留大量水分，并能够在干旱条件时将携带的水分释放回土壤以满足作物对水的需求。因此，水凝胶在农业中发挥着重要作用，如土壤保水剂、农药缓释载体、种子包衣、水土流失减少剂等。它在改良土壤的物理化学、水物理和生物特性等方面有着非凡的能力。施用水凝胶同时可以减少灌溉频率，提高水和养分的利用效率，提高农田产量和土地质量。
2、水凝胶是一种具有优异吸水性能的材料，但也存在一些缺点。首先由于水凝胶是一种含有化学物质的材料，因此在使用和处置过程中可能会产生环境污染，例如，一些水凝胶可能会释放有害的化学物质或微粒，对生物和环境造成潜在的危害；其次是它的高成本，与传统材料相比，水凝胶通常价格较高，这使得其在一些领域的应用受到限制，特别是在一些低收入地区或资源匮乏的地方，同时它的可再利用性有限，尽管水凝胶具有很高的吸水性，但一旦释放出水分，很难重新恢复到最初的状态；此外，一些使用水凝胶的产品也很难回收和再利用，导致浪费和环境问题；最后是水凝胶对土壤的影响，一些水凝胶可能会改变土壤的化学和物理性质，对植物生长和土壤生态系统产生影响。这可能导致环境问题，尤其是对于农业和园艺领域。基于此，本发明提供一种绿色天然高分子木质素基水凝胶，提高它的可利用性、环境友好性及高效性，同时降低生产和使用成本，推进水凝胶在农业领域的应用。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明提供一种三元共聚物木质素基水凝胶及其制备方法和应用，制备的高分子水凝胶不仅生物相容性强并且对环境无污染，具有反应条件温和、操作可行性强、材料成本低等特点，得到的水凝胶产品绿色无污染且吸水效果好，在农业方面有着广泛的应用前景。
2、本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的。
3、本发明的第一个目的是提供一种三元共聚物木质素基水凝胶的制备方法，包括以下步骤：以木质素磺酸钠和海藻酸钠为原料，在交联剂的作用下交联形成水凝胶前驱体，将水凝胶前驱体于氯化钙溶液中进行二次交联共聚，制备得到球状三元共聚物木质素基水凝胶，所述交联剂为聚乙烯醇。
4、在一些优选的实施例中，包括如下步骤：
5、向海藻酸钠溶液中加入聚乙烯醇溶液，搅拌形成混合溶液；然后向混合溶液中加入木质素磺酸钠溶液，搅拌下交联反应形成水凝胶前驱体溶液；
6、将水凝胶前驱体溶液滴加到搅拌状态下的氯化钙溶液中，进行二次交联共聚反应，得到球状三元共聚物木质素基水凝胶。
7、在一些优选的实施例中，所述海藻酸钠溶液、聚乙烯醇和木质素磺酸钠溶液的用量比为质量比为2.5～5：1～0.5：1～0.5。
8、在一些优选的实施例中，海藻酸钠溶液的浓度为0.5wt％～1wt％，聚乙烯醇溶液的浓度为0.25wt％～0.5wt％，木质素磺酸钠溶液的浓度为0.25wt％～0.5wt％。
9、在一些优选的实施例中，水凝胶前驱体溶液和氯化钙溶液的质量比为7:30。
10、在一些优选的实施例中，所述氯化钙溶液的浓度为0.1wt％～0.8wt％。
11、在一些优选的实施例中，交联反应的温度为室温，时间为2h～3h，二次交联共聚反应的温度为，时间为3h～4h。
12、在一些优选的实施例中，二次交联共聚反应结束后，将反应溶液进行过滤、洗涤，于-30℃下冷冻干燥得到球状三元共聚物木质素基水凝胶。
13、本发明的第二个目的是提供上述制备方法制备的三元共聚物木质素基水凝胶。
14、本发明的第三个目的是提供上述三元共聚物木质素基水凝胶在土壤保水中的应用。
15、本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
16、(1)本发明提供的木质素基水凝胶，聚乙烯醇pva与木质素羟基形成强分子间氢键，pva通过与海藻酸钠sa交联形成半互渗透聚合物网络s-ipn样结构，其中pva与sa的非共价大分子相互作用可促进网络结构稳定性，通过sa中的g基团[聚(角桂酸)单元]在pva存在下与氯化钙中的ca2+离子交联。作为水凝胶的一个组成部分，s-ipn结构中的木质素磺酸盐可以在交联网络中与sa和pva相互作用。木质素通过亲水和疏水基团的相互作用发挥三维支架的作用，对保持更松弛的网络结构起着重要作用，这大大提高了水凝胶的溶胀比。因此，木质素在水凝胶网络中具有良好的分散性和填充作用，从而保持了更宽松的网络结构，获得了更均匀的微孔，提高了水凝胶的粘弹性和溶胀率。在木质素磺酸盐网络的存在下，通过sa和pva交联，通过氢键和van-derwaals相互作用，促进spl水凝胶微球的形成，制备的高分子水凝胶不仅生物相容性强并且对环境无污染，具有反应条件温和、操作可行性强、材料成本低等特点，得到的水凝胶产品绿色无污染且吸水效果好，在农业方面有着广泛的应用前景。
17、(2)本发明将制备的木质素基水凝胶用于土壤水土保持，可以在初期储存更多的水分，在干旱胁迫时通过渗透作用，可释放以供给植物种子，并为植物种子提供充足的水分，以保证幼苗的生长，对于植物的生长有促进作用。
1.一种三元共聚物木质素基水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以木质素磺酸钠和海藻酸钠为原料，在交联剂的作用下交联形成水凝胶前驱体，将水凝胶前驱体于氯化钙溶液中进行二次交联共聚，制备得到球状三元共聚物木质素基水凝胶，所述交联剂为聚乙烯醇。
2.根据权利要求1所述的三元共聚物木质素基水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的三元共聚物木质素基水凝胶的制备方法，其特征在于，所述海藻酸钠溶液、聚乙烯醇和木质素磺酸钠溶液的质量比为2.5～5：1～0.5：1～0.5。
4.根据权利要求2所述的三元共聚物木质素基水凝胶的制备方法，其特征在于，海藻酸钠溶液的浓度为0.5wt％～1wt％，聚乙烯醇溶液的浓度为0.25wt％～0.5wt％，木质素磺酸钠溶液的浓度为0.25wt％～0.5wt％。
5.根据权利要求2所述的三元共聚物木质素基水凝胶的制备方法，其特征在于，水凝胶前驱体溶液和氯化钙溶液的质量比为7:30。
6.根据权利要求2所述的三元共聚物木质素基水凝胶的制备方法，其特征在于，所述氯化钙溶液的浓度为0.1wt％～0.8wt％。
7.根据权利要求2所述的三元共聚物木质素基水凝胶的制备方法，其特征在于，交联反应的温度为室温，时间为2h～3h，二次交联共聚反应的温度为室温，时间为3h～4h。
8.根据权利要求2所述的三元共聚物木质素基水凝胶的制备方法，其特征在于，二次交联共聚反应结束后，将反应溶液进行过滤、洗涤，于-30℃下冷冻干燥得到球状三元共聚物木质素基水凝胶。
9.一种权利要求1-8任一项所述的制备方法制备的三元共聚物木质素基水凝胶。
10.根据权利要求9所述的三元共聚物木质素基水凝胶在土壤保水中的应用。
