仿生聚合物的合成及其用于多功能缓控释肥料的研究

发布时间：2017-06-23 13:13

  本文关键词：仿生聚合物的合成及其用于多功能缓控释肥料的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：世界人口在过去40年间呈现爆炸式的增长,导致了人们对粮食产量的需求也随之不断地提高。为了获得更高的粮食产量,化肥、农药和灌溉用水在农业生产中的投入量逐年增加。然而,施用后的肥料只有很少一部分可以被农作物吸收利用,绝大多数的养分在施用后会通过挥发而逸入大气中或者经过淋溶而渗入地下水中,从而致使养分不断地流失,造成了严重的环境污染和资源浪费。为了提高养分利用率和植物对有效的养分摄取量,缓控释肥料得到了人们的广泛研究,以解决现代农业中日益突出的环境污染和资源浪费问题。仿生材料是指模仿生物体的某些特点和特性而制备的材料,如模拟荷叶叶面自清洁作用的仿生超疏水材料、模拟蛋白质结构和功能的聚氨基酸或者多肽、基于仿生原理的贻贝化学等。作为近年来新兴的高分子材料,仿生材料通常具备优良的理化性质,如较高的化学活性、良好的生物降解性和优异的生物相容性等。因此,将仿生材料用于缓控释肥料的研究,具有十分重要的意义。本学位论文以仿生聚合物材料聚天冬氨酸和基于仿生原理的贻贝化学为基础,分别利用自由基共聚、Diels-Alder反应和表面原子转移自由基聚合三种合成方式制备了三种类型的缓控释肥料,考察了这三种肥料的缓控释性能,同时分析了其养分组成,观察了其形貌。具体研究内容及结果如下:1.以尿素、魔芋葡甘露聚糖和多聚磷酸铵为原料混合造粒,将其作为肥料内核,以脱除乙酰基团的魔芋葡甘露聚糖作为内层包膜材料,以魔芋葡甘露聚糖、丙烯酰胺、丙烯酸、聚天冬氨酸和基于聚天冬氨酸的大分子交联剂为原料制备的一种可生物降解的保水剂作为外层包膜材料,采用包膜法制备了一种双层包膜的环境友好缓控释肥料。将所制备的保水剂材料作为肥料的外层包膜,不仅可以降低养分释放速率,还可以提高土壤的含水量。同时降解实验表明,该保水剂具有良好的降解能力。此外,我们也对外层保水剂材料在土壤中的吸水和保水性能以及所制备出的缓控释肥料的释放性能进行了系统的研究。2.采用Diels-Alder反应,以糠胺修饰的聚天冬氨酸钠盐、末端修饰马来酰亚胺基团的聚乙二醇和聚天冬氨酸钠盐为原料制备了一种半互穿的农用保水剂。同时采用钙离子对已制备的农用保水剂材料进行离子交联,得到一种双重交联的保水剂。分别以这两种保水剂作为肥料载体负载尿素,制备了一种可生物降解的环境友好缓释肥料,并对这两种肥料在水和土壤中的缓释性能分别进行了考察。同时对两种保水剂的表面形貌、吸水溶胀性能和降解性能进行了系统考察。3.以微溶性无机盐磷酸锌铵作为肥料内核,以聚多巴胺涂层为内层包膜,利用表面原子转移自由基聚合技术在包膜层表面修饰上聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯聚合物刷,制备了一种具有pH值和温度双重敏感性的“智能”肥料。利用透射电子显微镜观察了肥料颗粒的形貌,采用差示扫描量热仪测定了“智能”肥料的低临界溶解温度,同时利用综合热分析仪测定了“智能”肥料中聚多巴胺包膜层和聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯聚合物刷的含量。详细地研究了该肥料在不同温度和pH值条件下的释放性能。
【关键词】：聚天冬氨酸 聚多巴胺 仿生聚合物 缓控释肥料 可降解
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O631;TQ449.1
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-12
• 第一章 文献综述12-32
• 1.1 前言12-13
• 1.2 缓控释肥料的国内外研究进展13-18
• 1.2.1 缓控释肥料定义13
• 1.2.2 缓控释肥料分类13-16
• 1.2.2.1 有机复合型缓控释肥料14-15
• 1.2.2.2 物理阻碍型缓控释肥料15-16
• 1.2.2.3 无机复合型缓控释肥料16
• 1.2.3 缓控释肥料的国内外研究及应用现状16-18
• 1.3 缓控释肥料的养分释放机理18-21
• 1.3.1 有机复合型缓控释肥料的养分释放机理19
• 1.3.2 物理阻碍型缓控释肥料的养分释放机理19-21
• 1.3.2.1 崩溃机理19-20
• 1.3.2.2 扩散机理20
• 1.3.2.3 其他释放机理20-21
• 1.4 仿生聚合物材料国内外研究进展21-26
• 1.4.1 仿生聚合物材料聚天冬氨酸国内外研究进展21-23
• 1.4.1.1 聚天冬氨酸的合成方法21-22
• 1.4.1.2 聚天冬氨酸及其衍生物的应用22-23
• 1.4.1.2.1 养分增效剂及保水剂22
• 1.4.1.2.2 药物缓释载体22-23
• 1.4.2 基于仿生原理的贻贝化学23-26
• 1.4.2.1 多巴胺自聚合行为及粘附机理23-25
• 1.4.2.1.1 多巴胺在水溶液中自聚合机理23-24
• 1.4.2.1.2 多巴胺及其组装体的粘附机理24-25
• 1.4.2.2 多巴胺及其组装体的应用25-26
• 1.5 本学位论文选题指导思想26-27
• 参考文献27-32
• 第二章 基于L-天冬氨酸的环境友好型多功能缓释肥料的制备及其性能研究32-52
• 2.1 引言32-33
• 2.2 实验部分33-37
• 2.2.1 实验原料及仪器33-34
• 2.2.2 聚琥珀酰亚胺（PSI）和聚天冬氨酸（PAsp）的制备34
• 2.2.3 羟乙基聚琥珀酰亚胺（PHEA）和可生物降解的大分子交联剂（丙烯酰氧乙氨基聚琥珀酰亚胺，，PHEA-AC）的制备34-35
• 2.2.4 魔芋葡甘露聚糖-g-聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）/聚天冬氨酸（KGM-g-P(AA-co-AM)/PAsp）半互穿复合保水剂（KAP）的制备35
• 2.2.5 多功能缓释肥料（MSRF）的制备35
• 2.2.6 肥料养分含量分析和红外光谱测定35-36
• 2.2.7 形貌表征36
• 2.2.8 KGM-g-P(AA-co-AM)/PAsp吸水倍率的测定36
• 2.2.9 KGM-g-P(AA-co-AM)/PAsp对土壤持水率和保水率的影响36
• 2.2.10 复合保水剂KGM-g-P(AA-co-AM)/PAsp降解性的测定36-37
• 2.2.11 多功能缓释肥料MSRF在土壤中的释放性能测定37
• 2.3 结果与讨论37-47
• 2.3.1 KGM-g-P(AA-co-AM)/PAsp复合保水剂的制备与结构表征37-40
• 2.3.2 多功能肥料MSRF的形貌表征及组成分析40-41
• 2.3.3 制备条件对复合保水剂KGM-g-P(AA-co-AM)/PAsp吸水性能的影响41-44
• 2.3.3.1 单体配比对KGM-g-P(AA-co-AM)/PAsp吸水性能的影响41-42
• 2.3.3.2 交联剂的用量对KGM-g-P(AA-co-AM)/PAsp吸水性能的影响42-43
• 2.3.3.3 KGM的用量对KGM-g-P(AA-co-AM)/PAsp吸水性能的影响43
• 2.3.3.4 PAsp的用量对KGM-g-P(AA-co-AM)/PAsp吸水性能的影响43-44
• 2.3.4 KGM-g-P(AA-co-AM)/PAsp施用后对土壤最大持水率和保水率的影响44-45
• 2.3.5 多功能缓释肥料MSRF在土壤中的释放行为45-46
• 2.3.6 复合保水剂KGM-g-P(AA-co-AM)/PAsp的降解性能46-47
• 2.4 本章小结47-49
• 参考文献49-52
• 第三章 基于Diels-Alder反应的可生物降解的环境友好型缓释肥料的制备及其性能研究52-70
• 3.1 引言52-53
• 3.2 实验部分53-57
• 3.2.1 实验原料及仪器53-54
• 3.2.2 聚琥珀酰亚胺(PSI)和聚天冬氨酸钠盐（PAsp Na）的制备54
• 3.2.3 呋喃化聚琥珀酰亚胺（PSI-Furan）和呋喃化聚天冬氨酸钠盐（PAsp Na-Furan）的制备54-55
• 3.2.4 末端修饰马来酰亚胺基团的聚乙二醇((AMI)_2PEG_(2k))的制备55
• 3.2.5 半互穿网络水凝胶（PAsp Na-PEG/PAsp Na）及双重交联水凝胶的制备55
• 3.2.6 环境友好型缓释肥料（SRF）的制备55
• 3.2.7 红外光谱测定及凝胶的形貌表征55-56
• 3.2.8 半互穿网络水凝胶及双重交联水凝胶吸水倍率的测定56
• 3.2.9 肥料缓释载体在土壤溶液中的降解性能56
• 3.2.10 SRF对土壤最大持水率的影响56-57
• 3.2.11 SRF在水中的缓释性能测定57
• 3.2.12 SRF在土壤中的缓释性能测定57
• 3.3 结果与讨论57-65
• 3.3.1 半互穿网络水凝胶（PAsp Na-PEG/PAsp Na）的制备及其结构表征57-60
• 3.3.2 半互穿网络水凝胶及双重交联水凝胶的形貌表征60-61
• 3.3.3 半互穿网络水凝胶及双重交联水凝胶的吸水性能61-62
• 3.3.4 肥料缓释载体在土壤溶液中的降解性能62-63
• 3.3.5 SRF对土壤最大持水率的影响63-64
• 3.3.6 缓释肥料SRF在水中的缓释行为64
• 3.3.7 缓释肥料SRF在土壤中的缓释行为64-65
• 3.4 本章小结65-67
• 参考文献67-70
• 第四章 具有pH值和温度双重敏感性的“智能”肥料的制备及其缓控释性能研究70-88
• 4.1 引言70-72
• 4.2 实验部分72-74
• 4.2.1 原料和仪器72
• 4.2.2 多元复合肥磷酸锌铵（MCF）的制备72
• 4.2.3 聚多巴胺涂层包膜磷酸锌铵（MCF@Pdop）的制备72-73
• 4.2.4 表面含有溴原子的ATRP大分子引发剂（MCF@Pdop-Br）的制备73
• 4.2.5 具有pH和温度双重敏感性的“智能”肥料（MCF@Pdop-g-PDMAEMA）的制备73
• 4.2.6 肥料养分含量分析和红外光谱测定73
• 4.2.7 综合热分析73
• 4.2.8 形貌表征73-74
• 4.2.9 差示扫描量热分析74
• 4.2.10 MCF@Pdop和MCF@Pdop-g-PDMAEMA在水中的缓/控释性能的测定74
• 4.3 结果与讨论74-83
• 4.3.1 红外光谱分析75-76
• 4.3.2 肥料颗粒的形貌表征76-77
• 4.3.3 热重分析(TGA)77-78
• 4.3.4 肥料的组成分析及数码照片78-79
• 4.3.5“智能”肥料MCF@Pdop-g-PEMAEMA的温度敏感性测定79-80
• 4.3.6 MCF@Pdop和MCF@Pdop-g-PDMAEMA在水中的缓/控释性能80-83
• 4.4 本章小结83-85
• 参考文献85-88
• 全文总结88-90
• 攻读硕士学位期间已发表和待发表的论文90-91
• 致谢91

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