基于埃洛石的复合保水缓释肥料的制备及表征

发布时间：2020-06-03 01:29

【摘要】：肥料是粮食增产的重要因素。近年来,我国肥料的施用量持续上升,农作物增产效果明显。然而,不合理的施用肥料不仅使肥料利用率降低、使用成本升高,同时带来了地下水污染、土壤盐渍化和湖泊富养化等诸多环境问题。另一方面,水也是影响农业生产的重要因素,水分不仅影响农作物的生长,也会影响肥效的发挥。如何提高水资源的利用率是科学工作者研究的重要课题。基于缓释肥料与保水剂的保水缓释肥料可以同时提高水与肥料的利用率,从而格外引人注目。如何降低保水缓释肥料的成本,改善其性能是科学工作者亟待解决的问题,为此,本研究以埃洛石纳米管为无机填料,以尿素为氮源,分别以天然高分子红薯淀粉、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠为原料,制备了三种复合保水缓释肥料,对保水缓释肥料的结构与性能进行了表征。主要包括以下三方面的工作:(1)首先通过酸化处理扩大了埃洛石纳米管的空腔,然后将尿素以真空负载的方式加入埃洛石空腔内,制得负载尿素的埃洛石纳米填料。接着选用成本较低的β-环糊精为原料,通过酯化反应合成了丁烯二酸单酯化β-环糊精(MAH-β-CD),最后以MAH-β-CD、丙烯酰胺和丙烯酸为单体,尿素为氮源,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,负载尿素的埃洛石纳米管为填料,红薯淀粉为天然高分子原料,在氧化还原引发体系的作用下合成了基于淀粉的新型复合保水缓释肥料。制备的新型复合保水缓释肥料具有优异的保水能力,在第4 d和第10 d的土壤保水率分别为46.6%和21.6%。研究表明,添加埃洛石有助于提高保水缓释肥料的释放性能。(2)选用成本较低的海藻酸钠为天然高分子原料,负载尿素的埃洛石为纳米填料,MAH-β-CD、丙烯酰胺和丙烯酸为单体,聚乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,过硫酸铵-抗坏血酸为引发剂,利用离子交联和共价交联反应速率不同,将混合溶液通过注射泵滴入一定温度的氯化钙溶液中,制备了小球状双网络复合保水缓释肥料。通过单因素实验,得到最佳反应条件下双网络复合保水缓释肥料的溶胀度为107.9 g/g。在盐溶液浓度为0.1 wt%时,缓释肥料在三种盐溶液(NaCl、CaCl_2和FeCl_3)中的最大溶胀度分别为50.6 g/g,33.8 g/g,14.6 g/g。缓释实验研究表明含埃洛石的缓释肥料的释放能力明显优于不含埃洛石的缓释肥料。(3)类似上述过程,将含有天然高分子羧甲基纤维素钠、MAH-β-CD、丙烯酰胺、丙烯酸、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、引发剂与负载尿素的埃洛石的溶液,滴入一定温度的三氯化铝溶液中,合成表面离子交联更为密集的小球状双网络复合保水缓释肥料,以提升缓释肥料的释放性能。该保水缓释肥料在最佳反应条件下的溶胀度为110.2 g/g,在三种不同类型的盐溶液(NaCl、CaCl_2和FeCl_3)中的溶胀度分别为33.1 g/g、29.9 g/g和23 g/g。土壤释放实验表明,该保水缓释肥料在第1 d、2 d和5 d的尿素累计释放率分别为51.2%、64.1%和95.2%,显示了较好的缓释性能。
【图文】：

对比图,干凝胶,溶胀,凝胶

另一方面能降低缓释肥料的制备成本，以利于其推广应用。维素高分子型维素是由 D-吡喃型葡萄糖单元以 β-1,4 糖苷键连接而成的天然大分子多布最广、含量最多的多糖，具有低成本、低毒性和良好的生物降解性、生点。纤维素单元上含三个活泼羟基，一方面使得纤维素亲水能力较好，另化学改性的反应位点，通过化学改性制备的纤维素衍生物比纤维素本身具性。Bajpai 等[13]以首先将纤维素纸浆在聚乙二醇/氢氧化钠溶液体系中溶丙烷辐射交联合成肥料载体，并将肥料载体浸泡在尿素溶液中制备缓释灌溉模型证明了含缓释肥料的植物生长效果明显高于一般植物。Elbarb基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮通过辐射交联的方法制备肥料载体，并通过肥制备缓释肥料。实验发现，在羧甲基纤维素钠和聚乙烯吡咯烷酮之比为 40大溶胀度 261 g/g。

缓释肥料,玉米淀粉,扫描电镜图

[15]通过三种不同的淀粉（木薯、玉米和马铃薯）合成了基于淀粉-丙烯酰胺的聚合膜，用于涂覆肥料颗粒制备缓释肥料。不同淀粉制备的缓释肥料溶胀能力的顺序为薯＞玉米＞木薯，尿素释放速度顺序为木薯＞玉米＞马铃薯。实验结果可归因于木粉较大的网格尺寸和较为松散的网状结构不能够容纳更多的水分子，同时，这一特使得其释放速度在三种淀粉中最快。Jin 等[16]以玉米淀粉为原料，采用反向悬浮自共聚法制备了缓释肥料。制备的缓释肥料在第 2、5、15 和 20 d 时间内分别释放 7 %、45 %和 60 %的氮，土壤降解测试表明，含玉米淀粉的缓释肥料降解能力明显不含玉米淀粉的缓释肥料。赵利等[17]以磷酸酯双淀粉为原料，在热引发剂过硫酸铵引发剂安息香双甲醚作用下辐射合成肥料载体，并以聚乙烯醇为粘合剂包裹尿素颗备缓释肥料。通过淋溶实验发现，在第1天和第15 d氮的释放率分别为14.8 %和71过保水测试发现，7 d 有 35 %的水分蒸发，20 d 仅蒸发 62 %的水分。
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ449.1

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