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化工进展 2024年第8期43卷 4477-4489页

作者：王洋张苗苗吕阳侯翠红危常州马文奇张福锁申建波养分资源高效利用全国重点实验室绿色智能肥料创新农业农村部重点实验室植物-土壤相互作用教育部重点实验室中国农业大学资源与环境学院国家农业绿色发展研究院北京100193 国家钙镁磷复合肥技术研究推广中心教育部先进功能材料制造工程研究中心郑州大学化工学院河南郑州450001 石河子大学农学院新疆石河子832003 河北农业大学资源与环境科学学院河北保定071001

肥料行业的发展正从传统化肥向新型肥料转变。肥料使用在保障粮食安全方面发挥了重大作用,但传统肥料利用率低、养分损失大、环境风险加剧,大多数肥料产品不能按照作物的营养需求规律实现养分精准供应。而智能肥料的研发与创新为解决该... 详细信息

肥料行业的发展正从传统化肥向新型肥料转变。肥料使用在保障粮食安全方面发挥了重大作用,但传统肥料利用率低、养分损失大、环境风险加剧,大多数肥料产品不能按照作物的营养需求规律实现养分精准供应。而智能肥料的研发与创新为解决该问题提供了有效途径,在时空上更精准匹配作物对养分的需求。本文系统综述了ph响应材料的类型、来源及响应机理,探讨ph响应材料的化学结构对ph响应行为的影响,提出ph响应材料促进根肥互馈的观点,剖析ph响应材料在智能肥料中的应用前景,进一步明确ph响应材料在绿色智能肥料创制领域的应用潜力、未来的研究方向及面临的挑战。文章以根肥互馈理念为核心,综合考虑ph响应材料与作物根际酸化效应,设计并利用ph响应材料把根分泌物与智能肥料有机连接,提出开发ph响应肥料的创新思路,指出根肥互馈是协同肥料养分释放和作物养分吸收的关键,提出基于根肥互馈原理匹配作物养分需求规律且具有环境友好性的绿色智能肥料将成为新型肥料的发展趋势。

关键词： ph响应材料聚合物化学过程凝胶 ph响应肥料根肥互馈

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基于赤铁矿-羧甲基纤维素复合物和锌铝类水滑石的ph响应控释磷肥研究

基于赤铁矿-羧甲基纤维素复合物和锌铝类水滑石的pH响应控释磷肥...

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作者：刘松林南开大学

学位级别：硕士

磷是农作物必需的大量营养元素之一,磷肥的施用对作物产量的提高至关重要。然而,传统磷肥的利用率较低,其大量施用造成了水体富营养化等环境问题。开发缓释及环境刺激响应型控释磷肥,有望提高作物对磷的利用率,降低磷向环境水体的流失... 详细信息

磷是农作物必需的大量营养元素之一,磷肥的施用对作物产量的提高至关重要。然而,传统磷肥的利用率较低,其大量施用造成了水体富营养化等环境问题。开发缓释及环境刺激响应型控释磷肥,有望提高作物对磷的利用率,降低磷向环境水体的流失。本论文设计合成了基于赤铁矿（α-FeO）和羧甲基纤维素（CMC）复合材料以及锌铝类水滑石的两种p H响应控释磷肥,表征了其结构和理化特性;在环境相关p H下（p H 5和p H 8）研究了其在水和土壤中的缓释及p H响应磷释放效果,并探究了其p H响应释放机理;同时考察了土壤孔隙水中常见的金属离子对其缓控释效果的影响,以探究其田间使用的潜力。主要结论如下:（1）通过磷酸二氢钾（KHPO）溶液中静电自组装-化学交联制备了不同赤铁矿添加量的赤铁矿-羧甲基纤维素-磷酸盐复合物并研究其在水溶液和土壤中的缓释及p H响应释放效果和机制。其中2.5%α-FeO-CMC-KHPO表现出了最大的磷负载量(（43.5±5.4）mg-P·g),并表现出最佳的磷缓释以及p H响应释放效果:在p H为5和8的去离子水中,该样品在120 h后分别释放了（55.9±0.2）%和（36.6±1.4）%的磷;在土壤中,该样品在p H为5和8的水浇灌30天后,分别释放了45.5%和27.3%的磷。此外,向释放体系中加入1～50 m M的Ca、Mg或Na未对其磷缓释及p H响应释放造成显著影响。通过X射线衍射（XRD）、傅立叶变换红外光谱和扫描电子显微镜（SEM）等技术对材料进行表征,结果表明:赤铁矿均匀分散于CMC基体中。CMC在Fe的作用下发生交联,而KHPO均匀分散于整个具有多孔网络的复合物基体中。磷酸盐扩散路径的增加使材料具有了磷缓释能力。不同p H下由于赤铁矿Zeta电位的改变以及CMC中羧基的质子化/去质子化使复合材料结构膨胀/收缩导致了不同p H下磷释放速率的差异。（2）通过共沉淀法制备了不同锌铝比的锌铝类水滑石（或锌铝层状双金属氢氧化物,Zn-Al LDH）,随后通过浸渍沉淀法负载磷酸盐。当所用KHPO溶液中磷浓度为250 mg-P·L时,锌铝比为4:1的Zn-Al LDH样品具有最大的磷负载量,达到（66.6±0.1）mg-P·g,并表现出最佳的磷缓释以及p H响应释放效果:在p H为5和8的去离子水中,该样品在120 h后分别释放了（83.1±2.8）%和（57.6±2.1）%的磷。在土壤中,该样品在p H为5和8的水浇灌30天后,分别释放了30.8%和23.6%的磷。此外,加入1～50 m M的Ca、Mg或Na并未对该样品的磷缓释及p H响应释放造成显著影响。XRD和SEM表征结果表明:Zn-Al LDH主要通过了表面吸附、离子交换以及四水磷酸锌层的生成实现了磷酸盐的负载。不同锌铝比的Zn-Al LDH材料层间相互作用存在差异,这导致了磷负载量以及p H响应性能的不同。负载于LDH上的磷酸根离子通过与水中的碳酸根等阴离子进行离子交换而释放,因此载磷Zn-Al LDH表现出了缓释能力,而不同p H条件下LDH晶格的溶解程度不同,引起不同p H下磷释放速率的差异。本研究报道的两种磷肥具有良好的磷缓释及p H响应释放能力,能够有效提高磷的利用率,减少磷的损失,而且成本经济性高,环境友好,在绿色可持续现代农业和园艺领域具有广阔的应用前景。

关键词：可控释放 ph响应肥料赤铁矿羧甲基纤维素锌铝类水滑石

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