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兼具吸水保水和养分缓释性能的腐殖酸改性复合材料制备及性能研究

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中北大学学报（自然科学版） 2020年第5期41卷 474-480页

作者：郝宏斌李聪颖刘亚青中北大学材料科学与工程学院山西太原030051 中北大学纳米功能复合材料山西省重点实验室山西太原030051

采用溶液聚合法将含有营养元素的线性聚合物缓释材料PSRF穿插在吸水保水高分子材料腐殖酸-g-聚(丙烯酸-丙烯酰胺)三维网络中,制备得到一种新型具有半互穿网络结构的腐殖酸改性吸水保水缓释复合材料.采用FTIR、XRD对制备的复合材料的结... 详细信息

采用溶液聚合法将含有营养元素的线性聚合物缓释材料PSRF穿插在吸水保水高分子材料腐殖酸-g-聚(丙烯酸-丙烯酰胺)三维网络中,制备得到一种新型具有半互穿网络结构的腐殖酸改性吸水保水缓释复合材料.采用FTIR、XRD对制备的复合材料的结构进行了表征,研究了原料配比对复合材料吸水性能的影响,测定了材料的缓释行为和对土壤持水保水性能的影响.结果表明,制备的复合材料在自来水中的最大吸水倍率可以达到76.09 g/g,将其施入到土壤中,可以提高土壤的持水保水性能;此外,对氮、磷、钾具有优异的缓释效果,在土壤中培养30 d,其氮、磷、钾的累积释放率分别为31.81%,47.71%,79.30%.

关键词：腐殖酸吸水保水养分缓释溶液聚合三维半互穿网络结构

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环境友好型保水缓释肥料制备及其生物有效性研究

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环境友好型保水缓释肥料制备及其生物有效性研究

作者：赵有欣聊城大学

学位级别：硕士

水分、养分利用率低和土壤环境污染是现代农业生产中亟待解决的关键问题。保水剂具有超高的吸水持水性能,缓释肥料能够缓慢释放养分,综合两者的水分吸持和养分高效利用的优势开发保水缓释肥料是提高农业生产中水肥利用效率的有效措施。... 详细信息

水分、养分利用率低和土壤环境污染是现代农业生产中亟待解决的关键问题。保水剂具有超高的吸水持水性能,缓释肥料能够缓慢释放养分,综合两者的水分吸持和养分高效利用的优势开发保水缓释肥料是提高农业生产中水肥利用效率的有效措施。因此,本研究首先以废弃淀粉和秸秆纤维素为原料制备可生物降解的环境友好型保水剂,进一步通过接枝聚合反应将脲醛和聚磷酸铵等缓释养分固定于空间立体网状结构中制备兼具水分保持与养分缓释功能的保水缓释肥料,优化其合成工艺和参数,并采用扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、热重分析（DSC/TGA）、核磁共振（NMR）和水接触角等多种手段表征了其微观结构和官能团组成,明确了环境友好型保水缓释肥料的制备机理。同时,采用静水浸提、土壤埋袋和模型拟合等多种方法探究其吸水持水性能和养分缓释效果。此外,依托聊城大学环境土壤学实验站,通过田间土柱试验验证了环境友好型保水缓释肥料对夏玉米生长和叶片光合特性动态变化的影响。研究结果能够为农业废弃物资源化利用提供新途径,同时也为我国华北平原地区农业生产水肥协调高效利用提供可靠依据。本研究所取得的主要结果如下:（1）利用多种技术手段对保水缓释肥料微观结构和官能团组成变化进行了表征,解析了肥料样品分子特征峰、晶体变化、微观形貌在合成过程中的变化。结果表明,FTIR光谱显示保水缓释肥料同时包含保水剂和缓释肥料的特征峰;XRD图谱表明保水缓释肥料存在与保水剂和缓释肥料相类似的微晶反射;SEM图片显示出,缓释肥料晶体颗粒已成功嵌入保水剂表面及其网络孔隙中;NMR光谱反映出缓释肥料原子核与保水剂网络发生聚合效应,形成了新的空间立体结构。各表征结果均证实了环境友好型保水缓释肥料的成功制备,为废弃淀粉和秸秆纤维素等生物质资源化利用提供了新的途径。（2）在不同盐溶液中,保水缓释肥料均表现出良好的吸水和保水能力,在纯净水中最高吸水倍率达到212.8 g/g,吸水能力随盐溶液浓度的增加而减小。各种保水缓释肥料在不同介质中吸水性能均呈现为纯净水>氯化钠（0.05 mol/L Na Cl）>氯化钙（0.05 mol/L Ca Cl）≥氯化镁（0.05 mol/L Mg Cl）>氯化铝（0.05 mol/L Al Cl）的规律,且吸水过程符合Schott伪二阶溶胀动力学模型（R均>0.91）。在土壤中,保水缓释肥料同样表现出较好的养分缓释和水分吸持效果,在24 h时累积释放率为30.8%,在95 d时累积释放率达到63.4%;添加2.0 g/g保水缓释肥料处理的土壤最大持水量显著增加16.3%～43.7%。室内25℃培养30 d后,添加2.0 g/g保水缓释肥料处理的土壤含水量为17.7%～31.8%。土壤下渗试验结果表明,保水缓释肥料可以减小湿润锋运移深度,且保水缓释肥料处理的阻碍效应与单独添加保水剂处理基本一致。同时,添加保水缓释肥料可以显著抑制土壤水分蒸发,在砂土中抑制水分蒸发的效果优于壤土土壤,抑制水分蒸发能力随肥料中保水剂比例的增加而增强,随吸失水循环次数的增加而减弱。上述结果表明,所制备的保水缓释肥料具有良好的养分缓释和吸水-持水能力。（3）田间土柱试验研究表明,与普通尿素（U）处理相比,施用保水缓释氮肥处理夏玉米灌浆期叶面积显著增加5.6%～17.1%;施用保水缓释磷肥处理叶面积较普通磷肥（P）处理增加了21.4%～25.4%。同时,保水缓释肥料显著提高了拔节期和灌浆期夏玉米穗位叶净光合速率（P_n）,有助于夏玉米地上部干物质积累和籽粒产量的形成。施用保水缓释肥料处理夏玉米籽粒产量较不施肥处理显著增加33.5%～71.9%,较施用普通肥料处理增产7.4%～25.7%。综上,本研究所制备的环境友好型保水缓释肥料兼具良好的养分缓释和水分吸持能力,在实现废弃生物质资源化利用的同时在盐碱化土壤治理及华北平原地区农业生产中具有广阔的应用潜力。

关键词：保水养分缓释夏玉米新型肥料

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生物包膜缓释BB肥料的生产工艺概述

化肥工业 2008年第4期35卷 9-10,15页

作者：袁洋王怀欣山东临沂康沃特生态肥业有限公司 276700

将活化腐植酸有机物质、多孔穴结构的沸石和轻质碳酸钙作为具有肥料效应的芽孢杆菌生物制剂载体,利用挤压法生产生物肥料颗粒;以肥料包膜缓释技术生产包膜缓释复混肥料颗粒;再结合测土配方施肥技术,将两者按配方比例混合,生产具有无机... 详细信息

将活化腐植酸有机物质、多孔穴结构的沸石和轻质碳酸钙作为具有肥料效应的芽孢杆菌生物制剂载体,利用挤压法生产生物肥料颗粒;以肥料包膜缓释技术生产包膜缓释复混肥料颗粒;再结合测土配方施肥技术,将两者按配方比例混合,生产具有无机养分、有机养分及生物养分组成的多功能型生物包膜缓释BB肥。产品有机质和氮磷钾总养分质量分数分别≥20%和30%,具有改善土壤、提高产量、改进品质、防治病虫害作用。

关键词：生物肥料养分缓释 BB肥

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黄土基地质聚合物复合材料的制备及其应用研究

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黄土基地质聚合物复合材料的制备及其应用研究

作者：戴锋利西北师范大学

学位级别：硕士

黄土的开放结构和湿陷性所产生的滑坡、水土流失等地质灾害严重危害着人们的正常生产与生活。然而,以铝硅酸盐为主要成分的黄土也是一种丰富、廉价、易得且生态友好的天然无机材料。因此,越来越多研究者的关注黄土资源的开发与利用。此... 详细信息

黄土的开放结构和湿陷性所产生的滑坡、水土流失等地质灾害严重危害着人们的正常生产与生活。然而,以铝硅酸盐为主要成分的黄土也是一种丰富、廉价、易得且生态友好的天然无机材料。因此,越来越多研究者的关注黄土资源的开发与利用。此外,以铝硅酸盐为原料制备的地质聚合物具有轻质多孔结构、优异的力学性能和热稳定性等特点,使之成为具有广阔应用前景的新型无机高分子材料。本文以廉价且生态友好的黄土颗粒为主要原料,采用酸性和碱性的活化剂分别进行活化,制备了两种黄土基多孔地质聚合物。进一步,将它们分别与农业废弃物(玉米、小麦秸秆粉)及绿色的功能高分子材料通过原位聚合方法复合,并分别负载尿素,制备出一系列生态友好且养分缓释型的黄土基地质聚合物复合材料。考察了复合材料在促进植物生长和稳定黄土边坡等方面的应用。论文主要包括以下几部分:第1章,阐述了黄土的主要成分、地质特点、改性及应用;其次,介绍了地质聚合物及其复合材料的制备方法和特性。最后,总结了地质聚合物的应用和固土护坡的研究进展。第2章,以黄土颗粒(LoPs)为原料,通过NaSiO-NaOH溶液活化和亚麻油皂化,制备了碱活化黄土基地质聚合物(ALPGs)。随后,将玉米秸秆粉(Co S)与ALPGs复合并负载尿素;进一步以丙烯酸(AA)为聚合单体、MBA为交联剂、KPS为引发剂,进行原位接枝聚合,制备了一种负载尿素的黄土基地质聚合物复合材料(N@Co S-PAA/ALPGs)。采用FT-IR、SEM、EDS、BET、XRD及TG对复合材料的微观结构、形貌及性能进行了表征与分析。考察了复合材料的溶胀性能和保水性能;通过淋溶实验,研究了复合材料的N缓释性能,并建立释放动力学模型探究其释放机理;通过盆栽试验,考察了复合材料对玉米生长的促进作用。结果表明:N@Co S-PAA/ALPGs在蒸馏水和0.9 wt%Na Cl溶液中的最大溶胀率为263.16 g/g和62.5 g/g;向土壤中加入2 wt%土壤添加量的N@Co S-PAA/ALPGs,土壤持水能力可达25 d。此外,N@Co S-PAA/ALPGs在30 d释放出60.6%的养分,能有效促进玉米的发芽与生长。第3章,将所制备的N@CoS-PAA/ALPGs应用于黄土边坡的稳定与水土保持领域。考察了复合材料对黄土的抗压强度、耐热性、抗冻融性和p H值的影响;对斜坡坡面表层固化、耐水蚀性、抗风蚀性及对草种发芽率的影响。通过模拟黄土边坡试验,探究了复合材料的黄土边坡固定和防水土流失能力。结果表明:当N@Co S-PAA/ALPGs的土壤添加量从0增加至5 wt%时,黄土试样的抗压强度从0.89 MPa增加到1.82 MPa;N@Co S-PAA/ALPGs不仅改善了黄土的耐热性、抗冻融性和p H值,还具有良好的坡面固化效果和耐蚀性,为植被提供适宜的生长环境,且可促进草种发芽和生长和有效固定黄土边坡。第4章,以LoPs为原料,通过HPO活化和OP-10乳化,制备了酸活化黄土基地质聚合物(PALPGs);然后,将小麦秸秆粉(Wh S),腐殖酸钠(SH)与PALPGs复合并负载尿素;最后,以AA和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为聚合单体、MBA为交联剂、KPS为引发剂进行原位接枝聚合,制备了一种负载尿素的PALPGs复合材料(N@WS-PAM/PALPGs)。采用FTIR、SEM、EDS、BET、XRD及TG对其进行表征分析。考察了复合材料在不同条件下的溶胀和保水性能;并通过淋溶实验研究了其N缓释性能。此外,通过栽培试验,探究了其对蔬菜生长的促进作用。结果表明:N@WS-PAM/PALPGs不仅具有较好的溶胀率,在蒸馏水和0.9 wt%Na Cl溶液的最大溶胀率为322.58 g/g和166.67 g/g,还能使土壤的持水能力可达27 d。此外,N@WS-PAM/PALPGs具有良好的N缓释性能,其30 d的养分累积释放率达到66.2%,有效促进了蔬菜的发芽与生长。第5章,将制备得到的N@WS-PAM/PALPGs作为土壤稳定剂,应用于黄土边坡以改善土质。考察了复合材料与黄土混合后,黄土的抗压强度、耐热性、抗冻融性;黄土坡面的表层固化、耐冲刷性、抗风蚀性等性能;并探究了复合材料的降解性及其对土壤p H和草种发芽率的影响。结果表明:N@WS-PAM/PALPGs不仅能提高黄土的抗压性能和耐蚀性;还能有效改善土质、促进草种发芽。总之,本文以有效利用黄土和农业废弃资源,拓宽地质聚合物的应用领域为导向。选择廉价且绿色的原料,采用简单的制备工艺,成功制备了生态友好型地质聚合物基复合材料。该复合材料作为缓释肥,不仅具有良好的溶胀、保水性能,增加土壤吸湿保墒的能力,可为植物提供优异的生存条件;还能长效释放养分以有效促进植物的发芽和生长。另外,复合材料作为土壤稳定剂,在

关键词：黄土颗粒农业废弃物地质聚合物复合材料养分缓释固土护坡

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柱状秸秆炭基肥配比优化及其性能研究

柱状秸秆炭基肥配比优化及其性能研究

作者：孙超浙江农林大学

学位级别：硕士

炭基肥可改善土壤质量,还能有效提高肥料利用率。然而,传统炭基肥存在强度不足、养分释放过快等问题。因此,制备颗粒强度高、缓释性能稳定的炭基肥成为了亟待解决的问题。本研究以稻壳炭、粘结剂、水分和复合肥为材料,利用挤压工艺一次... 详细信息

炭基肥可改善土壤质量,还能有效提高肥料利用率。然而,传统炭基肥存在强度不足、养分释放过快等问题。因此,制备颗粒强度高、缓释性能稳定的炭基肥成为了亟待解决的问题。本研究以稻壳炭、粘结剂、水分和复合肥为材料,利用挤压工艺一次成型制备柱状秸秆炭基肥。论文采用正交试验优化了柱状稻壳炭基复合肥的配比,并探讨了柱状秸秆炭基肥的养分缓释性能,最后通过盆栽试验考察了柱状秸秆炭基肥对生菜产量和品质的影响。论文的主要工作及结论如下:(1)炭肥比是影响柱状秸秆炭基肥养分含量的主要因素,水分对柱状秸秆炭基肥的成型、抗破碎性和耐磨性具有重要的影响,柱状秸秆炭基肥的最优配比为:炭肥比1:4、水分用量5%、粘结剂用量10%,在该配比下的柱状秸秆炭基肥氮磷钾含量分别为12.13%、10.20%和14.02%,最大抗压强度为20 N,余重比为98.53%,满足生物炭基肥料的行业标准。(2)采用土柱淋溶和氨挥发实验比较了复合肥和柱状秸秆炭基肥的养分淋溶和氨挥发特征。研究表明,柱状秸秆炭基肥的氮素在早期阶段淋溶量低,氨累积挥发量是复合肥的38.9%,磷、钾淋溶水平均低于复合肥。因此,柱状秸秆炭基肥不仅有一定的养分缓释性能,还有一定的减排能力。柱状秸秆炭基肥和复合肥的氨挥发特征均符合S型曲线。(3)施用柱状秸秆炭基肥可以提高生菜地上、地下部分干重,同时促进生菜可溶性糖含量和维生素C含量的积累。综上,柱状秸秆炭基肥不仅有助于养分缓释和节能减排,还能够提高蔬菜的产量和品质,在农业生产中具有广阔的应用前景。

关键词：炭基肥秸秆炭复合肥养分缓释肥效

柠檬酸尿素醛生物降解缓控释材料制备及性能研究

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柠檬酸尿素醛生物降解缓控释材料制备及性能研究

作者：张菁中北大学

学位级别：硕士

尿素醛(UF)是农业领域应用比较早的缓控释肥料,也是市场份额占据较大的缓控释肥料。UF中存在许多未完全反应的尿素和短链分子,使其初期氮释放速率高于作物早期生长的需氮量;同时UF分子链间和分子链内形成了大量的氢键相互作用,使得分子... 详细信息

尿素醛(UF)是农业领域应用比较早的缓控释肥料,也是市场份额占据较大的缓控释肥料。UF中存在许多未完全反应的尿素和短链分子,使其初期氮释放速率高于作物早期生长的需氮量;同时UF分子链间和分子链内形成了大量的氢键相互作用,使得分子链排列规整,分子结构稳定,形成了难以降解的结晶区域,导致中、后期的氮素释放速率慢于作物生长中、后期的需要量。因此,如何同时解决UF前期氮释放过快、后期释放较慢的问题成为提高UF氮养分利用效率的关键。柠檬酸(CA)可以快速完全生物降解,对环境没有危害;此外还可以调节土壤微生物环境,提高土壤碳含量,促进作物生长。但目前还未有对于柠檬酸改性尿素醛的研究。针对上述问题,本论文的主要研究内容和结果如下:(1)通过反应挤出工艺,利用可生物降解的小分子有机酸柠檬酸作为改性材料,对UF进行改性,制备得到生物降解缓控释肥料。通过正交实验和单因素优化实验得到最佳制备工艺。傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振光谱(NMR)、X射线衍射(XRD)、热重分析仪(TG)、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明:CA与UF的前体羟甲基脲(MU)发生聚合反应,生成嵌段共聚物CAUF;CA的引入明显降低了CAUF的结晶度,其结晶度为44.39%,比UF的72.64%显著降低;有效降低了材料的热稳定性,最大热解温度从UF的304℃降低至297℃;改变了UF的微观形貌,CAUF的表面更加光滑。此外,CAUF的最大压缩强度为9.09 MPa,比UF的2.21MPa提升了311%,表明CA能够有效改善UF的脆性。对不同CA用量的CAUF进行了静水释放实验,结果表明,随CA加入量的增加,CAUF中后期的释放速率得到不同程度地提高,氮养分累积释放率从27.37%提高至47.21%,改善了氮养分缓释性能。(2)利用小油菜盆栽实验研究了不同柠檬酸加入量(分别为20、30和40 wt%)和不同脲醛比(分别为1.3:1、1.6:1和1.9:1)条件下制备的CAUF对土壤理化性质(土壤p H、土壤电导率、土壤全氮含量、土壤酶活性)以及小油菜生理指标(鲜重、干重、产量)的影响。结果表明,CAUF生物降解缓控释材料在土壤中的氮累积释放率均高于UF-1.3处理的,CA能够有效提升UF的氮养分释放速率。不同配比的CAUF肥料施入土壤后,中、短分子链段组分所含养分快速释放到土壤中,提升了土壤中的氮含量;其次,通过前期降低土壤p H值、增大土壤电导率等为土壤微生物的生长繁殖提供良好环境,因此显著提高了小油菜的鲜重、干重和产量。最优处理CAUF-40%-1.3的小油菜鲜重和干重分别为UF-1.3处理的2.11倍和3.03倍。

关键词：尿素醛柠檬酸生物降解养分缓释土壤理化性质

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保湿型高粘附缓释叶面肥的制备及性能研究

广东农业科学 2022年第2期49卷 64-72页

作者：汪调霞刘亚青中北大学材料科学与工程学院/纳米功能复合材料山西省重点实验室山西太原030051

【目的】研制粘附性能、吸水性能、缓释性能优异,具有半互穿聚合物网络结构的保湿型高粘附缓释叶面肥。【方法】采用聚乙烯醇(PVA)和丙烯酸(AA)为原料制备吸水树脂,利用半互穿网络技术将尿素醛穿插到吸水保水网络中,制备得到保湿型高粘... 详细信息

【目的】研制粘附性能、吸水性能、缓释性能优异,具有半互穿聚合物网络结构的保湿型高粘附缓释叶面肥。【方法】采用聚乙烯醇(PVA)和丙烯酸(AA)为原料制备吸水树脂,利用半互穿网络技术将尿素醛穿插到吸水保水网络中,制备得到保湿型高粘附缓释叶面肥,研究聚乙烯醇与丙烯酸质量比(m_(PVA)/m_(AA))、交联剂加入量对叶面肥吸水性能的影响,以及吸水树脂加入量对叶面肥粘附性能、缓释性能的影响。【结果】当聚乙烯醇与丙烯酸的质量比为1︰2、交联剂加入量为0.5%时,制备的保湿型高粘附缓释叶面肥具有最大吸水率,在自来水中最大吸水率为68.5 g/g。m_((PVA+AA))/m_(Urea)=2︰1时,叶面肥在包菜叶片的氮、磷保留率分别高达80%和40%;叶面肥氮磷养分在7~10 d释放达到平衡,缓释性能良好。【结论】研究结果对于解决目前常规叶面肥粘附性差、无保湿性能、无缓释性能的问题具有十分重要的意义。

关键词：半互穿聚合物网络结构高粘附保湿养分缓释叶面肥

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