近年来，随着全球大气变暖，世界干旱和半干旱地区面积不断扩大，再加上水土流失现象增加，生态环境不断恶化，严重影响了世界各国农业的发展和人类的生存环境。如何有效地利用土壤水分，克服干旱对植物生长的不利影响，已成为国内外关注和研究的热点。我国目前的国情是北方大部分地区缺水，黄土高原地区水土流失严重，南方旱灾也时有发生。兴修水利是保水抗旱的一条主要措施，但因投资大，受着各方面条件的制约，特别是在我国大部分山地、高原和丘陵地带一时难以大面积实施。高吸水保水材料的出现则为抗旱和水土保持工作提供了一条新途径。高吸水保水材料（也称高吸水性树脂、超强吸水剂，英文全称Super AbsorbentPolymer，简称SAP）中含有大量的羧基、羟基等强亲水性基团，具有高分子电解质的分子扩张性能，同时由于其微交联三维网络结构阻碍了分子的进一步扩张，二者的矛盾作用使得分子只能在水中溶胀而不溶解，能吸收自重数百倍至数千倍的水，并具有优良的保水性能。高吸水保水材料的奇特性能将使其在农林园艺、医药卫生、土木建筑、日用化学、石油化工等领域得到广泛的应用。但目前，因为受经济和科技水平的限制，一些纯化学试剂制成的高吸水保水材料因成本太高、环境相容性不好而难以在农业和环保方面大规模应用。本研究主要针对我国干旱地区降雨少且集中、土壤有机质含量低、保肥保水性差的问题，研制一种成本低、抗盐性好、能够释放钾的高吸水保水复合材料，以提高雨水利用率，增强土壤保肥能力，提高作物产量，降低水土流失。本研究首次利用丙烯酸、丙烯酰胺和粉煤灰、伊利石为原料，采用溶液聚合法合成粉煤灰-伊利石／聚丙烯酸-丙烯酰胺高吸水保水复合材料，主要是基于以下考虑：丙烯酸无毒无味，制成的材料吸水倍率高，保水能力强，是吸水材料中使用量最大的一种原料，但纯丙烯酸制成的高吸水保水材料成本太高，抗盐性和生物相容性较差。加入丙烯酰胺可以提高产品抗盐性。粉煤灰废渣加剧了对环境的污染，但它具有一定的吸水能力；从“植物→煤→粉煤灰”的转化过程看出，粉煤灰继承了古代植物中多种养分元素，可明显改良土壤理化性质。我国伊利石原料不仅储量大、成本低，而且作为层状硅酸盐粘土矿物，本身就有吸水性；伊利石粉体表面存在许多羟基和结构残缺，具有极大的化学活性。同时，复合材料制备所用的粉煤灰和伊利石含钾，使用该复合材料可能改善土壤的缺钾状况。本研究选用正交实验方法来安排实验，采用自然过滤法测定复合材料的吸水倍率，利用傅立叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等仪器对试样进行表征，利用原子吸收分光光度计检测粉煤灰和伊利石所释放的钾离子量。实验还通过对复合材料吸水膨胀后的吸水凝胶作热重（TG）与差示扫描量热（DSC）分析，来掌握吸水凝胶的热稳定性能。同时还针对性地研究了此复合材料的保水性、耐寒性和二次吸液性能。经过正交实验和计算，得到最佳工艺条件：当温度为70℃，以丙烯酸单体为基准，粉煤灰和伊利石添加量各40％，交联剂0.04％，丙烯酰胺50％，中和度90％，引发剂0.10％，其中中和度是相对丙稀酸单体的摩尔分数，粉煤灰和伊利石、丙烯酰胺、交联剂及引发剂是相对丙稀酸单体的质量分数，在此条件下合成的复合材料成本最低，吸蒸馏水、自来水、生理盐水倍率较高，分别为1695、445、106.3倍，达到和超过了国家“863”项目指标和国家农业部的要求。根据2007年5月份数据，计算复合材料的原料成本为5983元／吨。目前高吸水保水材料进口价为15000～18000元／吨，售价为18000～22000元／吨。高吸水保水复合材料含有废渣粉煤灰和矿物伊利石，原料成本比较低。复合材料还具有优越的保水性，自然条件下干燥8天或70℃高温下干燥24小时，吸水凝胶还可以保持50％的吸水量。材料在0℃仍具有较强的吸液性能，有较佳的耐寒性；在0-120℃范围性能稳定，使用安全可靠。吸水凝胶中的自由水和束缚水在159.2℃时才被完全蒸发。同时，材料具有较高的二次吸液能力，可以多次使用。在蒸馏水中，粉煤灰所含钾离子的释放程度为0.00％，伊利石所含钾离子的释放程度为0.55％，复合材料中粉煤灰和伊利石所含钾离子的释放程度为12.80％，钾离子的释放程度大大提高，使得复合材料具有释放钾离子的功能，实现了一材多用的目的。伊利石复合到高吸水保水材料之后，伊利石中的K⁺和丙烯酸钠中的Na^-发生了置换反应，揭示了伊利石释钾机理。粉煤灰复合到高吸水保水材料之后，粉煤灰玻璃体中所含的K₂O与丙烯酸发生了中和反应而释放出钾离子，揭示了粉煤灰释钾机理。红外光谱分析表明，所合成的高吸水保水材料的基体是聚丙烯酸钠和聚丙烯酰胺，和理论推测一致；在聚合反应过程中伊利石的-OH与丙烯酸发生了反应。X-衍射分析证明粉煤灰中的晶体矿物没有和高分子发生化学作用，只是填充在复合材料中。扫描电镜分析表明粉煤灰、伊利石颗粒比较均匀地呈孤岛状分布于复合材料中，大部分无机物被高分子包裹，与高分子基体没有发现裂开和界面，复合效果良好。综上所述，复合材料不仅具有传统高吸水保水材料的高吸水保水性，而且还有成本低，耐寒能力较强，环境相容性较好，能够释放钾离子等特殊性能，作为一种质优价廉的抗旱节水材料和土壤改良剂，将在农田抗旱保水、作物保苗增产、沙漠荒地治理等方面有着广阔的应用前景。国际上也普遍认为高吸水保水复合材料是继化肥、农药、地膜之后第四个最有希望被农民接受的农用化学制品。