改性生物基包膜控释尿素的制备及养分释放特性的研究

发布时间：2017-04-03 02:17

  本文关键词：改性生物基包膜控释尿素的制备及养分释放特性的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文利用生物质液化技术将木屑和玉米芯液化成多羟基化合物,该液化产物可以和含有异氰酸根的化合物反应并生成新型的生物基聚氨酯树脂(PU),该生物基聚氨酯树脂(PU)可作为包膜材料应用于包膜控释肥料的生产中。但是,上述生物基膜材中含有大量的吸水基团,直接将其应用于控释肥料的生产,其养分释放速率难以得到有效控制。本研究进一步研究用环氧树脂(EP)和有机硅作为改性剂,分别对液化木屑和液化玉米芯生物基PU膜材进行改性处理,以提高其对养分的控释性能。改性原理可简述为,具有疏水性能的EP和生物基PU能够形成网络互穿结构,大大提高改性PU包膜尿素的养分控释性能;有机硅嫁接到PU链后,疏水性硅原子一致朝外展开,这就在包膜材料外层形成疏水隔层,提高包膜肥料的养分控释性能。本文分别在生物PU中加入不同量的EP和疏水性有机硅化合物对膜材进行改性,在控制一定转速和温度条件下,将改性膜材直接喷涂到转鼓包衣机中的大颗粒尿素表面,可快速反应成膜,制备出一系列的控释尿素,再通过扫描电镜(SEM)、静水释放以及盆栽试验等手段,对包膜控释尿素进行了测试、表征和评价,主要结果如下:1、在同等包膜工艺及包膜厚度的条件下,EP改性的液化槐木屑包膜控释尿素(EMPCU)的氮素养分控释性能明显优于未改性的包膜控释尿素;EP添加量为30%时,EMPCU的控释性能最好,优于纯EP包膜尿素肥料(ECU)。2、利用SEM检测了EMPCU表面及横切面,结果表明,液化木屑包膜尿素(PCU)涂层表面有明显的分层叠加现象,横截面亦有许多孔隙和不规则结构现象。这些孔隙和不规则结构可能会导致水分快速渗透到膜壳内部,加快肥料养分的快速释放。相比之下,ECU涂层的表面和横截面较PCU更加光滑和紧凑,但是ECU的表面往往会出现明显的疤痕,可能是由于EP在固化成膜时,粘度较大,颗粒之间易粘连,当粘连的颗粒分开始,就会在膜壳表面留下疤痕,对养分控释有不利的影响。另外,当EP添加到生物基PU涂层材料时,EMPCU的涂层表面较PCU更为光滑平整,且EMPCU膜壳的横截面比PCU的也更加致密,表明EP作为改性剂可有效改善生物基PU膜壳的控释性能,且,当EP的添加量为30%时,EMPCU的膜壳表面和横截面均比其他处理膜壳结构更加光滑致密。3、五种材料的吸水性能试验表明,EP的吸水性能最差,30%EP添加量的生物基PU材料的吸水性能略高于EP材料,其他依次是50%EP添加量的生物基PU材料和20%EP添加量的生物基PU材料,液化木屑生物基PU材料最容易吸水,且吸水量最大。4、与未改性的液化玉米芯包膜肥料(CRU)相比,有机硅改性的液化玉米芯包膜肥料(SCRU)大大延长了养分释放期(5-10天),说明有机硅可作为改性剂应用到生物基PCU中。两种测定释放率的方法折光率法和凯氏定氮法能同样准确的测定包膜尿素的释放率。5、玉米盆栽试验表明与比普通尿素肥料(Urea)处理相比,EMPCU可显著提高玉米的产量39.76%,及氮素素利用率77.14%,并且EMPCU价格便宜,对环境友好。
【关键词】：控释尿素 液化 养分释放特征 聚氨酯 改性 玉米盆栽
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ441.41;S145.6
【目录】：

• 中文摘要8-10
• Abstract10-12
• 1 前言12-23
• 1.1 生物质液化研究背景12-16
• 1.1.1 生物质能源及其应用现状12-13
• 1.1.2 液化技术研究进展13-16
• 1.2 缓/控释肥料的研究进展16-22
• 1.2.1 缓/控释肥料研究现状16-18
• 1.2.2 包膜材料的不同类型18-20
• 1.2.3 包膜控释肥的养分释放机理研究20-21
• 1.2.4 包膜肥料生产工艺21
• 1.2.5 包膜控释肥在作物上的应用21-22
• 1.2.6 控释膜材前景展望22
• 1.3 本研究的目的与意义22-23
• 2 材料与方法23-31
• 2.1 木屑、玉米芯液化试验研究23-25
• 2.1.1 试验材料23
• 2.1.2 试验仪器23
• 2.1.3 试验方法23
• 2.1.4 测定指标及方法23-25
• 2.2 液化木屑包膜控释材料制备25-28
• 2.2.1 试验材料25
• 2.2.2 试验仪器25
• 2.2.3 试验方法25-26
• 2.2.4 测定指标及方法26-28
• 2.2.4.1 膜壳含量的测定26
• 2.2.4.2 SEM测试26-27
• 2.2.4.3 红外光谱的测定27
• 2.2.4.4 养分释放率的测定27
• 2.2.4.5 膜材吸水率的测定27-28
• 2.3 液化玉米芯膜材制备及N素释放率测试方法比较28-30
• 2.3.1 试验材料28
• 2.3.2 试验仪器28
• 2.3.3 试验方法28
• 2.3.4 测定指标及方法28-30
• 2.3.4.1 膜壳含量的测定28
• 2.3.4.2 红外光谱的测定28
• 2.3.4.3 两种不同养分释放率测定方法的比较28-30
• 2.4 改性木屑包膜控释肥在玉米盆栽上试验30-31
• 2.4.1 试验材料30
• 2.4.2 试验仪器30
• 2.4.3 试验方法30-31
• 2.4.4 测定指标及方法31
• 2.5 数据分析31
• 3 结果与分析31-53
• 3.1 木屑、玉米芯液化产物特性31-32
• 3.2 液化木屑、环氧以及环氧改性液化木屑包膜肥料的评价32-40
• 3.2.1 PCU、ECU和EMPCU的膜壳含量32-33
• 3.2.2 PCU、ECU和EMPCU的微观结构形态33-35
• 3.2.3 红外光谱分析35-36
• 3.2.4 PCU、ECU、EMPCU的养分释放特征曲线36-39
• 3.2.5 膜材吸水性分析39
• 3.2.6 改性剂添加比例，包膜厚度与释放期之间的关系39-40
• 3.3 液化玉米芯包膜CRU和有机硅改性液化玉米芯包膜SCRU的评价以及释放率测试方法比较40-49
• 3.3.1 液化玉米芯和有机硅改性液化玉米芯包膜控释肥料的的膜壳含量40-41
• 3.3.2 玉米芯液化物及有机硅改性包膜肥料的红外光谱分析41-42
• 3.3.3 CRU与SCRU养分释放曲线及测试方法比较42-49
• 3.3.3.1 CRU与SCRU的释放曲线42-47
• 3.3.3.2 折光率法与凯氏定氮法拟合度的研究47
• 3.3.3.3 测定包膜尿素养分释放速率方法的对比47-49
• 3.3.3.4 折光率法与凯氏定氮法相关性分析49
• 3.4 环氧改性液化木屑包膜肥料在玉米盆栽上的试验49-53
• 3.4.1 不同肥料处理对玉米株高、茎粗以及叶绿素含量的影响49-50
• 3.4.2 不同肥料处理对玉米产量及N素利用率的影响50-51
• 3.4.3 不同肥料处理对玉米根系土壤中硝铵态N以及N淋洗率的影响51-53
• 4 讨论53-56
• 4.1 木屑、玉米芯液化产物特性53
• 4.2 液化木屑PCU、ECU以及EMPCU评价的研究53-55
• 4.3 液化玉米芯CRU、SCRU的评价以及释放率测试方法比较55
• 4.4 环氧改性液化木屑包膜肥料在玉米盆栽上的试验55-56
• 5 结论56-58
• 参考文献58-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士期间论文发表情况74

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本文编号：283571