光合制氢尾液养分的吸附释放及控释性能实验研究

作     者：周小楷 

作者单位：河南农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：荆艳艳

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：光合制氢尾液 沸石基肥 吸附释放 养分控释 

摘      要：本研究是在“基于废弃物的生物氢气和生物甲烷及缓释营养剂联产技术研究与示范(项目编号:2018YFE0206600)资助下进行的。利用沸石作为吸附剂对光合制氢尾液中的NH和K等养分进行回收,研究了沸石作用于光合制氢尾液中NH和K的吸附和释放特性,然后附养沸石与养分进行混合并使用粘结剂制备沸石基肥,再使用木质素磺酸盐与碱性木质素等对沸石基肥进行包膜,以实现养分控释。研究了不同粘结剂、包膜材料和沸石基肥粒径对养分控释性能的影响。最后获取养分释放与三种蔬菜生长需肥特性相适应的沸石基肥制备工艺制备沸石基肥用于种植试验,分析沸石基肥施用后对蔬菜生长及土壤的影响情况。主要研究结果如下:(1)沸石对光合制氢模拟尾液中NH和K的沸石吸附释放与光合制氢尾液中NH和K的沸石吸附释放的基本规律一致。沸石对NH和K的吸附过程符合准二级动力学模型。沸石对K的吸附过程符合Langmuir吸附等温线模型。Langmuir和Freundlich等温吸附模型都可以很好地描述NH在沸石上的吸附。附养沸石的养分释放呈现出快速释放,缓慢平衡的趋势,且随着温度的升高养分释放率(释放量)逐渐升高,其中温度对NH释放的影响不明显。(2)使用凹凸棒土为粘结剂制备的沸石基肥的成型效果最好。≤88μm粒径附养沸石制备的沸石基肥的成型率最大为86.87%,崩解率最小,而105-125μm粒径附养沸石制备的沸石基肥的成型率最小为72.33%,崩解率最大。使用不同粘结剂制备的沸石基肥成型率最高的是89.86%(氧化淀粉为粘结剂),崩解率最小的是4.12%(凹凸棒土为粘结剂)。(3)所制备的沸石基肥成品的总养分释放率都超过了80%,获得了使用三种蔬菜生长的沸石基肥制备施加工艺。≤88μm附养沸石制备的沸石基肥(4-4.75μm)包膜后NH的释放时间为15d,K的释放时间为12 d,且都于前6 d大量释放,适应小白菜的生长需肥特性。而105-125μm附养沸石制备的沸石基肥(2.5-4 mm)包膜后NH的释放时间达到了18 d,K的释放时间达到了15d,适应生长期较长的茼蒿的生长需肥特性。而香菜生长期最长,可使用105-125μm附养沸石制备的沸石基肥(2.5-4 mm)进行批次施加。(4)沸石基肥的施加促进了蔬菜的生长,避免了施加复合肥对土壤造成的危害。有效减缓了土壤酸化过程,并一定程度上提高了土壤酶活性(土壤肥力)及土壤微生物多样性。复合肥施加前期养分大量释放,蔬菜生长情况好。施加沸石基肥后期蔬菜可吸收养分含量高,蔬菜生长情况较好。本研究为以吸附光合制氢尾液养分的沸石为载体制备沸石基肥及应用提供了理论与技术参考。