【摘要】：肥料是糧食增產(chǎn)的重要因素。近年來,我國肥料的施用量持續(xù)上升,農(nóng)作物增產(chǎn)效果明顯。然而,不合理的施用肥料不僅使肥料利用率降低、使用成本升高,同時帶來了地下水污染、土壤鹽漬化和湖泊富養(yǎng)化等諸多環(huán)境問題。另一方面,水也是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素,水分不僅影響農(nóng)作物的生長,也會影響肥效的發(fā)揮。如何提高水資源的利用率是科學(xué)工作者研究的重要課題�；诰忈尫柿吓c保水劑的保水緩釋肥料可以同時提高水與肥料的利用率,從而格外引人注目。如何降低保水緩釋肥料的成本,改善其性能是科學(xué)工作者亟待解決的問題,為此,本研究以埃洛石納米管為無機填料,以尿素為氮源,分別以天然高分子紅薯淀粉、海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉為原料,制備了三種復(fù)合保水緩釋肥料,對保水緩釋肥料的結(jié)構(gòu)與性能進行了表征。主要包括以下三方面的工作:(1)首先通過酸化處理擴大了埃洛石納米管的空腔,然后將尿素以真空負載的方式加入埃洛石空腔內(nèi),制得負載尿素的埃洛石納米填料。接著選用成本較低的β-環(huán)糊精為原料,通過酯化反應(yīng)合成了丁烯二酸單酯化β-環(huán)糊精(MAH-β-CD),最后以MAH-β-CD、丙烯酰胺和丙烯酸為單體,尿素為氮源,N,N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑,負載尿素的埃洛石納米管為填料,紅薯淀粉為天然高分子原料,在氧化還原引發(fā)體系的作用下合成了基于淀粉的新型復(fù)合保水緩釋肥料。制備的新型復(fù)合保水緩釋肥料具有優(yōu)異的保水能力,在第4 d和第10 d的土壤保水率分別為46.6%和21.6%。研究表明,添加埃洛石有助于提高保水緩釋肥料的釋放性能。(2)選用成本較低的海藻酸鈉為天然高分子原料,負載尿素的埃洛石為納米填料,MAH-β-CD、丙烯酰胺和丙烯酸為單體,聚乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑,過硫酸銨-抗壞血酸為引發(fā)劑,利用離子交聯(lián)和共價交聯(lián)反應(yīng)速率不同,將混合溶液通過注射泵滴入一定溫度的氯化鈣溶液中,制備了小球狀雙網(wǎng)絡(luò)復(fù)合保水緩釋肥料。通過單因素實驗,得到最佳反應(yīng)條件下雙網(wǎng)絡(luò)復(fù)合保水緩釋肥料的溶脹度為107.9 g/g。在鹽溶液濃度為0.1 wt%時,緩釋肥料在三種鹽溶液(NaCl、CaCl_2和FeCl_3)中的最大溶脹度分別為50.6 g/g,33.8 g/g,14.6 g/g。緩釋實驗研究表明含埃洛石的緩釋肥料的釋放能力明顯優(yōu)于不含埃洛石的緩釋肥料。(3)類似上述過程,將含有天然高分子羧甲基纖維素鈉、MAH-β-CD、丙烯酰胺、丙烯酸、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、引發(fā)劑與負載尿素的埃洛石的溶液,滴入一定溫度的三氯化鋁溶液中,合成表面離子交聯(lián)更為密集的小球狀雙網(wǎng)絡(luò)復(fù)合保水緩釋肥料,以提升緩釋肥料的釋放性能。該保水緩釋肥料在最佳反應(yīng)條件下的溶脹度為110.2 g/g,在三種不同類型的鹽溶液(NaCl、CaCl_2和FeCl_3)中的溶脹度分別為33.1 g/g、29.9 g/g和23 g/g。土壤釋放實驗表明,該保水緩釋肥料在第1 d、2 d和5 d的尿素累計釋放率分別為51.2%、64.1%和95.2%,顯示了較好的緩釋性能。
【圖文】：

另一方面能降低緩釋肥料的制備成本，以利于其推廣應(yīng)用。維素高分子型維素是由 D-吡喃型葡萄糖單元以 β-1,4 糖苷鍵連接而成的天然大分子多布最廣、含量最多的多糖，具有低成本、低毒性和良好的生物降解性、生點。纖維素單元上含三個活潑羥基，一方面使得纖維素親水能力較好，另化學(xué)改性的反應(yīng)位點，通過化學(xué)改性制備的纖維素衍生物比纖維素本身具性。Bajpai 等[13]以首先將纖維素紙漿在聚乙二醇/氫氧化鈉溶液體系中溶丙烷輻射交聯(lián)合成肥料載體，并將肥料載體浸泡在尿素溶液中制備緩釋灌溉模型證明了含緩釋肥料的植物生長效果明顯高于一般植物。Elbarb基纖維素和聚乙烯吡咯烷酮通過輻射交聯(lián)的方法制備肥料載體，并通過肥制備緩釋肥料。實驗發(fā)現(xiàn)，在羧甲基纖維素鈉和聚乙烯吡咯烷酮之比為 40大溶脹度 261 g/g。

[15]通過三種不同的淀粉（木薯、玉米和馬鈴薯）合成了基于淀粉-丙烯酰胺的聚合膜，用于涂覆肥料顆粒制備緩釋肥料。不同淀粉制備的緩釋肥料溶脹能力的順序為薯＞玉米＞木薯，尿素釋放速度順序為木薯＞玉米＞馬鈴薯。實驗結(jié)果可歸因于木粉較大的網(wǎng)格尺寸和較為松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不能夠容納更多的水分子，同時，這一特使得其釋放速度在三種淀粉中最快。Jin 等[16]以玉米淀粉為原料，采用反向懸浮自共聚法制備了緩釋肥料。制備的緩釋肥料在第 2、5、15 和 20 d 時間內(nèi)分別釋放 7 %、45 %和 60 %的氮，土壤降解測試表明，含玉米淀粉的緩釋肥料降解能力明顯不含玉米淀粉的緩釋肥料。趙利等[17]以磷酸酯雙淀粉為原料，在熱引發(fā)劑過硫酸銨引發(fā)劑安息香雙甲醚作用下輻射合成肥料載體，并以聚乙烯醇為粘合劑包裹尿素顆備緩釋肥料。通過淋溶實驗發(fā)現(xiàn)，在第1天和第15 d氮的釋放率分別為14.8 %和71過保水測試發(fā)現(xiàn)，7 d 有 35 %的水分蒸發(fā)，20 d 僅蒸發(fā) 62 %的水分。
【學(xué)位授予單位】：河南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ449.1

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