通过收集小麦秸秆经过蒸汽爆破预处理后的爆破液制备水凝胶,不仅减少了对环境的污染,提高了农业废弃物的高值化利用率,也丰富了水凝胶研究的体系。因为小麦秸秆自身的结构特性,以其为主要原料的生物质精炼,需要进行预处理以破坏生物质复杂的抗降解屏障。蒸汽爆破是一种低能耗、少污染且可以有效实现组分分离的热机械化学预处理方法。通过爆破预处理可以使小麦秸秆中的半纤维素降解成可溶性糖,然后过滤使爆破残渣与爆破液分离,将过滤的爆破液进行浓缩后制备水凝胶。通过对压力和保压时间主要影响因素进行探究,得到在压力1.8 MPa,时间6 min条件下进行预处理可以保留较多的纤维素而降解大部分的半纤维素,爆破残渣在此条件下纤维素的得率为80.5%,木质素的得率为53.0%,半纤维素脱除了88.2%。将压力1.8 MPa,保压时间6 min爆破处理得到的爆破液和爆破残渣分别进行组分含量的测定、红外光谱分析、热重分析和扫描电镜等表征,通过探究得到爆破液pH值为4.4,其主要组成物质葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、葡聚糖、木聚糖、聚阿拉伯糖、甲酸、乙酸、乙酰丙酸、糠醛和5-羟甲基糠醛(5-HMF)的浓度分别为0.2mg/mL、3.7mg/mL、0.8mg/mL、2.4mg/mL、10.1 mg/mL、0.6mg/mL、3.7mg/mL、2.1 mg/mL、0.4mg/mL、0.5mg/mL、0.9 mg/mL;同时发现爆破残渣的结构和形态变化显著,可以作为原料应用在造纸行业或者可以作为其他材料进行研究。以爆破液为原料向其中加入引发剂过硫酸铵/无水亚硫酸钠、单体丙烯酰胺(AM)和丙烯酸(AA)、交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA),使得反应体系通过自由基聚合制备水凝胶。通过Design-Expert软件,采用响应曲面法中的Box-Behnken模型,以水凝胶溶胀率为响应值,来优化制备水凝胶的条件。爆破液质量为5.0g时,选择引发剂质量70.0 mg、单体丙烯酰胺质量250.0 mg、单体丙烯酸质量750.0 mg、交联剂质量12.5mg为中心点实验条件。通过响应曲面法实验分析优化得到最佳工艺条件爆破液质量5.0 g时,引发剂质量74.7 mg、单体丙烯酰胺质量333.3 mg、单体丙烯酸质量576.5 mg、交联剂的质量10.1 mg,此条件下水凝胶预测的溶胀率为259.0g/g,通过验证实际的溶胀率为243.9 g/g。制备水凝胶的实验方法不仅操作简单,在制备水凝胶的过程中还可以节省时间,并且制备出的水凝胶有较好的保水性。将水凝胶用在农作物保水材料上,可以改善土壤水分的分布情况,从而改善农作物的生存环境,提高农作物的生存能力。且制备的水凝胶可以回收利用,从而消除了二次污染带来的影响。