具有吸水保水功能的包膜緩釋復(fù)合肥料的制備與性能研究.pdf

1、緩/控釋肥料是提高作物養(yǎng)分吸收和減少施肥損失對(duì)環(huán)境污染的一項(xiàng)新技術(shù)方案。干旱缺水是全球旱地農(nóng)業(yè)面臨的主要問(wèn)題，將高吸水性聚合物應(yīng)用于農(nóng)業(yè)是目前節(jié)水、保水、土壤改良等研究方向中一條行之有效的新途徑。吸水保水緩釋肥料是將吸水保水高分子與緩釋肥料在材料與功能上復(fù)合一體化而研發(fā)的新型肥料，具有吸水保水高分子與緩釋肥料的綜合優(yōu)良性能，不僅能改良土壤，還能同時(shí)提高水肥利用率。本研究以N：P2O5：K2O=15:6:9的復(fù)合肥為肥料內(nèi)核，水溶液聚合法

2、制備的烯丙基硫脲接枝改性羧甲基纖維素鈉共聚物、羧甲基纖維素鈉/海藻酸鈉復(fù)合保水劑、魔芋接枝丙烯酸-丙烯酰胺/腐植酸共聚物復(fù)合吸水材料為主要包膜緩釋劑制備了一系列具有吸水保水功能的緩釋復(fù)合肥料，利用靜水溶出、土柱淋溶等實(shí)驗(yàn)對(duì)研制的具有吸水保水功能的包膜緩釋復(fù)合肥料的緩釋效果、氮素在土壤中的釋放機(jī)理、對(duì)土壤保水效果的影響等方面進(jìn)行了較系統(tǒng)性地研究。主要研究結(jié)果如下：
　　1.以烯丙基硫脲(Allyl thiourea,ATU)為接枝單

3、體對(duì)羧甲基纖維素鈉(Sodium carboxymethyl cellulose,CMC)進(jìn)行改性，過(guò)硫酸鉀為引發(fā)劑，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，制備了CMC-g-ATU共聚物保水劑，以此保水劑粉末作為顆粒復(fù)合肥的包膜劑制備了一種包膜緩釋復(fù)合肥料；檢驗(yàn)并分析引發(fā)劑、交聯(lián)劑、接枝單體的量對(duì)共聚物的吸水倍率的影響，采用FT-IR、SEM對(duì)最優(yōu)條件合成的共聚物的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征；運(yùn)用靜水溶出、土柱淋溶實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了包膜緩釋復(fù)合肥的氮素在水

4、中與土壤中的釋放效果。結(jié)果表明制備的吸水材料表面起伏粗糙，且能觀察到存在明顯的孔洞結(jié)構(gòu)，具有良好的吸水性能，吸水倍率最高為90.50g/g，靜水溶出實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明包膜緩釋肥氮素累積溶出率較緩慢，初期溶出率為28.99%，土柱淋溶實(shí)驗(yàn)氮素初期釋放率為14.76%，表明包膜肥料緩釋效果良好，土壤中緩釋效果更好，且在土壤中具有良好的保水效果。
　　2.將羧甲基纖維素鈉(CMC)與天然高分子海藻酸鈉(sodium alginate,SA)進(jìn)

5、行共聚反應(yīng)制備了一種CMC/SA復(fù)合保水劑，以此復(fù)合保水劑的粉末作為包膜材料對(duì)復(fù)合肥料進(jìn)行包膜制備了一種環(huán)境友好型保水包膜緩釋復(fù)合肥。檢驗(yàn)并分析交聯(lián)劑檸檬酸(Citric acid,CA)及SA的量、不同pH以及不同鹽溶液對(duì)共聚物的吸水倍率的影響，采用FT-IR及SEM對(duì)最優(yōu)條件合成的復(fù)合保水劑表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，靜水溶出、土柱淋溶實(shí)驗(yàn)分別檢測(cè)了包膜緩釋復(fù)合肥的氮素在水中和土壤中的緩釋行為，研究了包膜肥料在土壤中的保水效果，最后進(jìn)行了包

6、膜材料CMC/SA復(fù)合保水劑在土壤中的降解性實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明制備的復(fù)合保水劑表面呈現(xiàn)很多海綿狀的小塊，且小塊之間存在間隙，其吸水性能良好，吸水倍率最高達(dá)到61.52g/g，水溶實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明包膜緩釋肥氮素溶出較未經(jīng)包膜的復(fù)合肥更為緩慢，初期溶出僅30.24%，土柱淋溶實(shí)驗(yàn)氮素初期釋放了14.82%。所制備的復(fù)合保水劑作為肥料的包膜材料，既可以起到減緩肥料養(yǎng)分釋放的作用，又可以有效降低土壤中水分的蒸發(fā)率，提高土壤的保水性，且天然高分子海藻酸鈉

7、引入到保水劑的制備中，可以有效改善保水劑的降解性能，60天降解率達(dá)到11.17%。
　　3.在65℃，N2保護(hù)條件下，以水溶液聚合法制備的魔芋接枝丙烯酸-丙烯酰胺共聚物/腐植酸復(fù)合吸水材料為內(nèi)層包膜劑，利用直接包膜法包膜，膨潤(rùn)土為外層保護(hù)物，制備了一種雙層包膜緩釋復(fù)合肥。考察了引發(fā)劑、交聯(lián)劑、魔芋、丙烯酰胺、腐植酸的用量及丙烯酸中和度等因素對(duì)內(nèi)層包膜材料吸水倍率的影響，對(duì)最優(yōu)條件合成的吸水材料的表面形貌及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了紅外FT-IR和

8、SEM表征，運(yùn)用靜水溶出、土柱淋溶實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了包膜緩釋復(fù)合肥的養(yǎng)分釋放效果，研究了包膜肥料對(duì)土壤保水性能的影響。SEM結(jié)果看出制備的吸水材料表面結(jié)構(gòu)多孔，橫截面存在空腔，此結(jié)構(gòu)提高了其吸水性能，吸水倍率最高達(dá)到78.63g/g，且雙層包膜復(fù)合肥在水中和土壤中的養(yǎng)分緩釋效果優(yōu)異，在土壤中具有一定的保水功能。玉米種植實(shí)驗(yàn)得出制備的包膜復(fù)合肥能明顯促進(jìn)玉米生長(zhǎng)，且雙層包膜的復(fù)合肥料能較好地協(xié)調(diào)作物吸收養(yǎng)分的速率，提高玉米對(duì)肥料養(yǎng)分的吸收利用。<