植酸改性秸稈復合高吸水樹脂的吸肥保肥性能研究

【摘要】：目前，秸稈焚燒引起的環(huán)境問題日益嚴重，水土流失以及荒漠化程度越來越大，農(nóng)業(yè)上化學肥料的利用率越來越低。這些都嚴重影響了我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。高吸水樹脂是一種具有高吸水性和良好保水能力的高分子材料，將其施入土壤中不僅可以減少水分的蒸發(fā)、提高土壤中的含水量，還可以減少肥料養(yǎng)分的流失、提高土壤中肥料的含量。玉米秸稈中含有大量纖維素，我們可以利用玉米秸稈為原料來合成纖維素基的高吸水樹脂，進而最終使我們達到變廢為寶，改善環(huán)境，實現(xiàn)糧食增產(chǎn)的目的。 為了提高玉米秸稈的高附加值綜合利用水平以及化肥的利用率、減少環(huán)境污染、降低水土流失以及荒漠化的程度，本文以過硫酸銨和亞硫酸氫鈉為氧化還原引發(fā)劑，采用水溶液聚合法將經(jīng)過植酸改性的玉米秸稈與衣康酸、乙烯基吡咯烷酮和丙烯酰胺接枝共聚制備成了植酸改性玉米秸稈復合高吸水樹脂（PCS-SA，phytic acid-modified corn stalk-composite superabsorbent），研究了植酸改性秸稈用量、植酸改性秸稈接枝率、衣康酸與乙烯基吡咯烷酮質(zhì)量比、引發(fā)劑（過硫酸銨）用量、交聯(lián)劑（N,N-亞甲基雙丙烯酰胺）用量以及衣康酸中和度對PCS-SA吸肥保肥性能的影響，采用FTIR和SEM對PCS-SA的結(jié)構(gòu)和形貌進行了表征。主要研究結(jié)果如下： （1）植酸改性秸稈用量為15%制備的PCS-SA對尿素吸附量為2.3626g/g，40min對尿素溶液吸肥率達到最大值（105g/g），PCS-SA吸肥凝膠在去離子水中3d尿素釋放率為76.70%；PCS-SA對磷酸二氫鉀吸附量為0.2681g/g，40min對磷酸二氫鉀溶液吸肥率達到最大值（22g/g），PCS-SA吸肥凝膠在去離子水中1d磷酸二氫鉀釋放率為79.33%。 （2）植酸改性秸稈接枝率為12%制備的PCS-SA對尿素吸附量為2.5633g/g，50min對尿素溶液吸肥率達到最大值（151g/g），PCS-SA吸肥凝膠去離子水中3d尿素釋放率為72.87%；PCS-SA對磷酸二氫鉀吸附量為0.4239g/g，40min對磷酸二氫鉀溶液吸肥率達到最大值（27g/g），PCS-SA吸肥凝膠在去離子水中1d磷酸二氫鉀釋放率為76.64%。 （3）衣康酸與乙烯基吡咯烷酮質(zhì)量比為70:30制備的PCS-SA對尿素吸附量為3.8936g/g，40min對尿素溶液吸肥率達到最大值（360g/g），PCS-SA吸肥凝膠在去離子水中3d尿素釋放率為56.58%；PCS-SA對磷酸二氫鉀吸附量為0.5762g/g，50min對磷酸二氫鉀溶液吸肥率達到最大值（41g/g），PCS-SA吸肥凝膠在去離子水中1d磷酸二氫鉀釋放率為60.37%。 （4）引發(fā)劑用量為1.6%制備的PCS-SA對尿素吸附量為2.5827g/g，50min對尿素溶液吸肥率達到最大值（233g/g），PCS-SA吸肥凝膠在去離子水中3d尿素釋放率為62.03%；PCS-SA對磷酸二氫鉀吸附量為0.3998g/g，40min對磷酸二氫鉀溶液吸肥率達到最大值（36g/g），PCS-SA吸肥凝膠在去離子水中1d磷酸二氫鉀釋放率為65.96%。 （5）交聯(lián)劑用量為0.2%制備的PCS-SA對尿素吸附量為3.7137g/g，40min對尿素溶液吸肥率達到最大值（351g/g），PCS-SA吸肥凝膠在去離子水中3d尿素釋放率為61.26%；PCS-SA對磷酸二氫鉀吸附量為0.5034g/g，40min對磷酸二氫鉀溶液吸肥率達到最大值（39g/g），PCS-SA吸肥凝膠在去離子水中1d磷酸二氫鉀釋放率為66.66%。 （6）衣康酸中和度為65%時制備的PCS-SA對尿素吸附量為3.5778g/g，40min對尿素溶液吸肥率達到最大值（350g/g），PCS-SA吸肥凝膠在去離子水中3d尿素釋放率為67.64%。PCS-SA對磷酸二氫鉀吸附量為0.4702g/g，40min對磷酸二氫鉀溶液吸肥率達到最大值（37g/g），PCS-SA吸肥凝膠在去離子水中1d磷酸二氫鉀釋放率為73.73%。 （7）經(jīng)過聚合工藝條件的優(yōu)化，得到了吸肥保肥性能最佳的PCS-SA的合成配方：植酸改性秸稈用量為15%、植酸改性秸稈接枝率為12%、衣康酸與乙烯基吡咯烷酮質(zhì)量比為70：30、引發(fā)劑用量為1.6%、交聯(lián)劑用量為0.2%、衣康酸中和度為65%。在此條件下制備的PCS-SA吸收尿素溶液40min達到飽和，對尿素溶液吸肥率為360.515g/g；吸收磷酸二氫鉀溶液50min達到飽和，對磷酸二氫鉀溶液吸肥率為40.515g/g。其吸收尿素、磷酸二氫鉀分別達到3.8936g/g和0.5762g/g。吸肥料溶液飽和后的凝膠在蒸餾水中3d釋放尿素56.58%，1d釋放磷酸二氫鉀60.37%。將此PCS-SA混入土壤中，5d后，與不加的PCS-SA土壤相比，土壤中的尿素釋放率降低35.48%；3d后，與不加的PCS-SA土壤相比，土壤中的磷酸二氫鉀釋放率降低15.18%。該PCS-SA使肥料的釋放率明顯降低，提高了土壤的保肥能力。 （8）FTIR譜圖出現(xiàn)植酸改性玉米秸稈結(jié)構(gòu)單元、NVP單元、IA單元和AM單元的特征吸收峰，初步表明植酸改性玉米秸稈與VP、IA和AM發(fā)生了接枝共聚反應(yīng)，得到了目標產(chǎn)物—PCS-SA。 （9）PCS-SA具有不規(guī)則的凹凸表面，同時存在許多微孔和溝壑，有利于水分和肥料溶液迅速滲透和擴散到高吸水樹脂的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。 【關(guān)鍵詞】：玉米秸稈 植酸 高吸水樹脂 尿素 磷酸二氫鉀
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TQ324.8;TQ440.1
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-12
• 第1章 引言12-24
• 1.1 高吸水樹脂12
• 1.2 纖維素系高吸水樹脂12-15
• 1.2.1 纖維素系高吸水樹脂概述12-13
• 1.2.2 纖維素系高吸水樹脂的研究狀況13-15
• 1.3 高吸水樹脂的制備方法-溶液聚合法15
• 1.4 高吸水樹脂在溶液中的溶脹機理15-17
• 1.4.1 高吸水樹脂溶脹理論15-16
• 1.4.2 尿素和磷酸二氫鉀對高吸水樹脂溶脹的影響16-17
• 1.5 高吸水樹脂在農(nóng)業(yè)中的發(fā)展狀況17
• 1.6 高吸水樹脂在農(nóng)業(yè)上的使用方法17-18
• 1.7 高吸水樹脂在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用18-21
• 1.7.1 作為土壤中的保水劑18
• 1.7.2 改良土壤的物理結(jié)構(gòu)18-19
• 1.7.3 提高肥料的利用率19-20
• 1.7.4 促進農(nóng)作物生長發(fā)育20
• 1.7.5 防止水土流失和沙漠化20-21
• 1.8 高吸水樹脂（農(nóng)用）的性能指標21-23
• 1.8.1 吸液（水和肥）速率21
• 1.8.2 耐鹽性21
• 1.8.3 重復使用性21-22
• 1.8.4 穩(wěn)定性22
• 1.8.5 可降解性22-23
• 1.9 選題背景及意義23-24
• 第2章 實驗部分24-31
• 2.1 實驗藥品及規(guī)格24-25
• 2.2 實驗儀器設(shè)備25
• 2.3 植酸改性玉米秸稈復合高吸水樹脂的制備25-26
• 2.3.1 單體溶液的配制25
• 2.3.2 玉米秸稈的植酸改性25-26
• 2.3.3 植酸改性玉米秸稈復合高吸水樹脂（PCS-SA）的合成26
• 2.4 植酸改性玉米秸稈復合高吸水樹脂的吸肥保肥性能測試26-30
• 2.4.1 植酸改性玉米秸稈復合高吸水樹脂吸肥率的測定26-27
• 2.4.2 植酸改性玉米秸稈復合高吸水樹脂保肥率的測定27
• 2.4.3 吸肥凝膠中肥料釋放量和釋放率的測定27-29
• 2.4.4 土壤中肥料釋放率的測定29-30
• 2.5 結(jié)構(gòu)表征30-31
• 2.5.1 FTIR 紅外表征30
• 2.5.2 SEM 掃描電鏡30-31
• 第3章 結(jié)果與討論31-63
• 3.1 尿素溶液濃度-吸光度標準曲線繪制31-32
• 3.2 磷酸二氫鉀溶液磷濃度-吸光度標準曲線繪制32
• 3.3 植酸改性秸稈用量對植酸改性玉米秸稈復合高吸水樹脂吸肥保肥性能的影響32-38
• 3.4 植酸改性秸稈接枝率對植酸改性玉米秸稈復合高吸水樹脂吸肥保肥性能的影響38-42
• 3.5 衣康酸與乙烯基吡咯烷酮質(zhì)量比對植酸改性玉米秸稈復合高吸水樹脂吸肥保肥性能的影響42-46
• 3.6 引發(fā)劑用量對植酸改性玉米秸稈復合高吸水樹脂吸肥保肥性能的影響46-51
• 3.7 交聯(lián)劑用量對植酸改性玉米秸稈復合高吸水樹脂吸肥保肥性能的影響51-55
• 3.8 衣康酸中和度對植酸改性玉米秸稈復合高吸水樹脂吸肥保肥性能的影響55-59
• 3.9 植酸改性玉米秸稈復合高吸水樹脂對土壤中肥料釋放速率的影響59-61
• 3.10 植酸改性玉米秸稈復合高吸水樹脂 FTIR 分析61-62
• 3.11 植酸改性玉米秸稈復合高吸水樹脂的 SEM 圖像62-63
• 主要結(jié)論63-65
• 致謝65-66
• 參考文獻66-72
• 攻讀學位期間取得的學術(shù)成果72-73

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