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小麥秸稈基新型緩控釋肥料的制備及其性能研究

來源:論文學術網(wǎng)
時間:2024-08-18 13:16:16
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小麥秸稈基新型緩控釋肥料的制備及其性能研究【摘要】:隨著人口、資源、環(huán)境問題的日益突出,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必須在保障高產(chǎn)的同時從經(jīng)濟和環(huán)境的角度優(yōu)化養(yǎng)分利用效率。緩控釋肥料可以顯著提高肥料的

【摘要】:隨著人口、資源、環(huán)境問題的日益突出,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必須在保障高產(chǎn)的同時從經(jīng)濟和環(huán)境的角度優(yōu)化養(yǎng)分利用效率。緩控釋肥料可以顯著提高肥料的利用率、減少養(yǎng)分的揮發(fā)和淋溶損失、減輕過度施肥對環(huán)境的污染,因而受到了研究人員的廣泛關注。 小麥秸稈是自然界中數(shù)量極大的可再生資源,它富含纖維素成分,可以在許多領域發(fā)揮重要作用。但是現(xiàn)有的利用狀況是相當一部分的小麥秸稈低值利用或直接廢棄、焚燒,這既是對資源的巨大浪費,又是對環(huán)境的嚴重污染。將成本低廉的小麥秸稈引入高吸水樹脂的制備中,然后與肥料復合,制備具有吸水保水功能的新型緩控釋肥料,不僅環(huán)境友好,而且可有效降低緩控釋肥料成本。因此,無論從高效利用天然再生資源,還是從提高肥料利用效率,達到材料與生態(tài)環(huán)境的和諧等角度考慮,研發(fā)小麥秸稈基新型緩控釋肥料,對于發(fā)展可持續(xù)高效農(nóng)業(yè)具有重要而現(xiàn)實的意義。 本論文以小麥秸稈為基材,經(jīng)過預處理,與陰離子型、非離子型和陽離子型單體共聚,合成了一系列高吸水樹脂,采用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線粉末衍射儀(XRD)對其結構進行了表征,通過掃描電鏡(SEM)觀察了其形貌。通過吸附法和包膜法使秸稈基高吸水樹脂與肥料養(yǎng)分復合,制備了小麥秸稈基新型吸水保水緩控釋肥料,測定了肥料的組成,觀察了其形貌,考察了肥料養(yǎng)分在土壤中的緩釋性,考察了肥料施入對土壤持水量和保水性能的影響,考察了高吸水樹脂的降解性。具體內容如下: 1.制得預處理小麥秸稈-g-聚(丙烯酸-co-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸)高吸水樹脂,對NH4+的吸附動力學和吸附熱力學進行了研究,結果表明,該樹脂對NH4+的吸附40min可達到平衡,最佳吸附量為7.15mmol L-1。通過對NH4+吸附所制得的肥料有較好的緩釋性能,可以提高土壤的持水量,調節(jié)土壤的酸堿度。但是所制得的肥料含量較低,氮含量為11.2%。 2.通過接枝聚合和半互穿網(wǎng)絡技術,制備了預處理小麥秸稈-g-聚(丙烯酸-Co-丙烯酰胺)/聚二甲基二烯丙基氯化銨半互穿網(wǎng)絡兩性高吸水樹脂。分別對NH4+和PO43-的吸附動力學和吸附熱力學進行了研究,結果表明,該樹脂對NH4+和PO43-的吸附均較快,對NH4+和PO43-的吸附是自發(fā)進行的,吸附過程以物理吸附為主。通過吸附法制得的肥料氮(N)含量為10.0%,磷(P2O5)含量為15.9%,且所負載的氮和磷在土壤中有較好的緩釋性能。 3.以包埋有尿素的凹凸棒土和海藻酸鈉基質為肥料內核,以含有尿素和硼砂的羧甲基化改性小麥秸稈-g-聚丙烯酸/凹凸棒土復合高吸水樹脂為包膜材料,制備了一種包膜緩釋氮硼肥。所制得肥料具有核-殼結構,氮含量為23.3%,硼含量為0.65%,有較好的緩釋效果。肥料包膜層為復合高吸水樹脂,能有效提高土壤持水能力。引入天然資源小麥秸稈和凹凸棒土,顯著降低了生產(chǎn)成本,有望應用于農(nóng)林業(yè),特別是對于干旱地區(qū)馬鈴薯等作物的種植更具有實際應用意義。 4.以尿素和磷酸氫鈣包埋于凹凸棒土中為肥料內核,以小麥秸稈/海藻酸鈉共混物為內層包膜材料,以聚(丙烯酸-co-N-羥甲基丙烯酰胺)/小麥秸稈復合高吸水樹脂為外層包膜材料,制備了一種雙層包膜的保水性氮磷緩釋肥料。肥料樣品中氮(N)和磷(P2O5)的含量分別為20.6%和9.9%,具有較好的緩釋性能。高吸水樹脂作為肥料的外包膜材料,既可以使肥料養(yǎng)分緩釋,又可以有效提高土壤的持水量。農(nóng)作物小麥秸稈的引入以及N-羥甲基丙烯酰胺作交聯(lián)劑可以改善高吸水樹脂的降解性能。肥料雙層包膜材料都選用了農(nóng)作物秸稈,可以顯著降低緩釋肥料的生產(chǎn)成本,具有環(huán)境友好性,同時為農(nóng)作物資源的利用提供了一條途徑。 5.設計合成了一種新型的大分子肥料聚二羥甲脲磷酸鉀(PDUP),并以PDUP和尿素包埋于羧甲基纖維素基質中為肥料內核,聚(丙烯酸-co-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸-co-N-羥甲基丙烯酰胺)/小麥秸稈復合高吸水樹脂為包膜材料,制備了一種具有保水功能的包膜控釋肥料,氮含量為18.1%,具有較好的緩釋性和吸水保水性,不僅可以有效提高肥料利用率,而且可以有效提高土壤的持水量和抗旱能力。農(nóng)作物小麥秸稈的引入以及N-羥甲基丙烯酰胺作交聯(lián)劑可以改善包膜材料的降解性能,在提高肥料利用率的同時,可避免對土壤和環(huán)境的二次污染。 【關鍵詞】:小麥秸稈 緩控釋肥料 高吸水樹脂 吸附 包膜
【學位授予單位】:蘭州大學
【學位級別】:博士
【學位授予年份】:2013
【分類號】:TQ449.1
【目錄】:
  • 中文摘要3-5
  • Abstract5-13
  • 第一章 文獻綜述13-42
  • 1.1 研究背景與意義13
  • 1.2 緩控釋肥料的研究概況13-19
  • 1.2.1 緩控釋肥料的定義13-14
  • 1.2.2 國內外緩控釋肥料的類型14-15
  • 1.2.3 緩控釋肥料的評價方法15-16
  • 1.2.4 緩控釋肥料國內外研究概述16-18
  • 1.2.5 緩控釋肥料存在的問題及展望18-19
  • 1.3 高吸水樹脂在農(nóng)業(yè)中的應用19-25
  • 1.3.1 高吸水樹脂的概念及特性19-20
  • 1.3.2 高吸水樹脂在肥料緩釋與復合技術中的應用20-23
  • 1.3.3 高吸水樹脂在土壤改良方面的應用23-24
  • 1.3.4 農(nóng)業(yè)用高吸水樹脂的發(fā)展方向24-25
  • 1.4 農(nóng)作物秸稈資源25-31
  • 1.4.1 我國農(nóng)作物秸稈資源利用現(xiàn)狀25-26
  • 1.4.2 農(nóng)作物秸稈組分26-29
  • 1.4.3 農(nóng)作物秸稈纖維改性研究29-30
  • 1.4.4 農(nóng)作物秸稈基高吸水樹脂30-31
  • 1.5 本學位論文選題指導思想31-34
  • 參考文獻34-42
  • 第二章 基于秸稈吸附性能的多功能緩釋氮肥的制備及性能研究42-62
  • 2.1 引言42-43
  • 2.2 實驗部分43-46
  • 2.2.1 主要原料和儀器43
  • 2.2.2 小麥秸稈預處理(PTWS)43-44
  • 2.2.3 PTWS-g-P(AA-co-AMPS)高吸水樹脂的制備44
  • 2.2.4 PTWS-g-P(AA-co-AMPS)高吸水樹脂的表征和形貌觀察44
  • 2.2.5 PTWS-g-P(AA-co-AMPS)高吸水樹脂吸水率的測定44-45
  • 2.2.6 PTWS-g-P(AA-co-AMPS)高吸水樹脂對銨離子的吸附45
  • 2.2.7 多功能緩釋氮肥(MSNF)的制備45
  • 2.2.8 MSNF在土壤中的緩釋行為45-46
  • 2.2.9 MSNF對土壤持水量的影響46
  • 2.2.10 MSNF對土壤酸堿性的影響46
  • 2.3 結果與討論46-56
  • 2.3.1 PTWS-g-P(AA-co-AMPS)的表征和形貌觀察46-48
  • 2.3.2 PTWS-g-P(AA-co-AMPS)高吸水樹脂制備條件優(yōu)化48
  • 2.3.3 PTWS含量對PTWS-g-P(AA-co-AMPS)高吸水樹脂吸附量的影響48-49
  • 2.3.4 PTWS-g-P(AA-co-AMPS)吸附動力學49-51
  • 2.3.5 PTWS-g-P(AA-co-AMPS)吸附熱力學51-53
  • 2.3.6 MSNF在土壤中的緩釋性能53-55
  • 2.3.7 MSNF對土壤持水量的影響55-56
  • 2.3.8 MSNF對土壤酸堿性的影響56
  • 2.4 結論56-58
  • 參考文獻58-62
  • 第三章 秸稈基兩性高吸水樹脂肥料緩釋載體的制備及性能研究62-81
  • 3.1 引言62-63
  • 3.2 實驗部分63-66
  • 3.2.1 主要原料和儀器63
  • 3.2.2 小麥秸稈預處理63
  • 3.2.3 PTWS-g-P(AA-co-AM)/PDADMAC兩性高吸水樹脂的制備63-64
  • 3.2.4 PTWS-g-P(AA-co-AM)/PDADMAC兩性高吸水樹脂的表征和形貌觀察64
  • 3.2.5 PTWS-g-P(AA-co-AM)/PDADMAC兩性高吸水樹脂吸水率的測定64
  • 3.2.6 PTWS-g-P(AA-co-AM)/PDADMAC兩性離子高吸水樹脂對NH_4~+和PO_4~(3-)的吸附64-65
  • 3.2.7 PTWS-g-P(AA-co-AM)/PDADMAC負載氮和磷后在土壤中的釋放行為65
  • 3.2.8 PTWS-g-P(AA-co-AM)/PDADMAC對土壤持水量的影響65-66
  • 3.3 結果與討論66-75
  • 3.3.1 PTWS-g-P(AA-co-AM)/PDADMAC兩性離子高吸水樹脂的表征和形貌觀察66-68
  • 3.3.2 PDADMAC含量對PTWS-g-P(AA-co-AM)/PDADMAC兩性高吸水樹脂吸水率的影響68
  • 3.3.3 pH對PTWS-g-P(AA-co-AM)/PDADMAC兩性高吸水樹脂吸水率的影響68-69
  • 3.3.4 PTWS-g-P(AA-co-AM)/PDADMAC兩性高吸水樹脂吸附動力學69-71
  • 3.3.5 PTWS-g-P(AA-co-AM)/PDADMAC兩性高吸水樹脂吸附熱力學71-74
  • 3.3.6 PTWS-g-P(AA-co-AM)/PDADMAC所負載肥料在土壤中的釋放行為74-75
  • 3.3.7 PTWS-g-P(AA-co-AM)/PDADMAC兩性高吸水樹脂對土壤持水量的影響75
  • 3.4 結論75-77
  • 參考文獻77-81
  • 第四章 基于秸稈和凹凸棒土包膜多功能緩釋氮硼肥的制備及性能研究81-96
  • 4.1 引言81-82
  • 4.2 實驗部分82-85
  • 4.2.1 主要原料和儀器82
  • 4.2.2 小麥秸稈的羧甲基化改性82-83
  • 4.2.3 CMWS-g-PAA/APT復合高吸水樹脂的制備83
  • 4.2.4 緩釋氮硼肥(SNBF)的制備83
  • 4.2.5 CMWS-g-PAA/APT復合高吸水樹脂的紅外光譜分析83-84
  • 4.2.6 CMWS-g-PAA/APT復合高吸水樹脂吸水率的測定84
  • 4.2.7 SNBF的養(yǎng)分含量測定84
  • 4.2.8 SNBF的形貌觀察84
  • 4.2.9 SNBF在土壤中的緩釋行為84
  • 4.2.10 SNBF對土壤持水量的影響84-85
  • 4.3 結果與討論85-92
  • 4.3.1 SNBF的形貌及組成分析85-86
  • 4.3.2 CMWS-g-PAA/APT的表征86-87
  • 4.3.3 NNMBA用量對CMWS-g-PAA/APT吸水率的影響87-88
  • 4.3.4 APS用量對CMWS-g-PAA/APT吸水率的影響88-89
  • 4.3.5 CMWS用量對CMWS-g-PAA/APT吸水率的影響89-90
  • 4.3.6 APT用量對CMWS-g-PAA/APT吸水率的影響90-91
  • 4.3.7 SNBF在土壤中的緩釋行為91-92
  • 4.3.8 SNBF對土壤持水量的影響92
  • 4.4 結論92-93
  • 參考文獻93-96
  • 第五章 基于小麥秸稈雙層包膜多功能緩釋肥料的制備及性能研究96-116
  • 5.1 引言96-97
  • 5.2 實驗部分97-100
  • 5.2.1 主要原料和儀器97
  • 5.2.2 P(AA-co-NHMAAm)/WS復合高吸水樹脂的制備97-98
  • 5.2.3 WS/SA混合物的制備98
  • 5.2.4 緩釋肥料(SRF)的制備98
  • 5.2.5 P(AA-co-NHMAAm)/WS高吸水樹脂的紅外光譜分析98
  • 5.2.6 P(AA-co-NHMAAm)/WS吸水率的測定98-99
  • 5.2.7 P(AA-co-NHAAm)/WS的降解行為考察99
  • 5.2.8 SRF中營養(yǎng)元素含量分析99
  • 5.2.9 形態(tài)觀察99-100
  • 5.2.10 SRF在土壤中的緩釋性能測定100
  • 5.2.11 土壤最大持水率的測定100
  • 5.3 結果和討論100-111
  • 5.3.1 P(AA-co-NHMAAm)/WS復合高吸水樹脂的表征100-102
  • 5.3.2 NHMAAm的含量對P(AA-co-NHMAAm)/WS吸水率的影響102-103
  • 5.3.3 WS含量對P(AA-co-NHMAAm)/WS吸水率的影響103-104
  • 5.3.4 SRF的組成和表征104-106
  • 5.3.5 SRF在土壤中的緩釋行為106-109
  • 5.3.6 SRF對土壤持水量的影響109
  • 5.3.7 包膜層P(AA-co-NHMAAm)/WS的降解行為研究109-111
  • 5.4 結論111-112
  • 參考文獻112-116
  • 第六章 秸稈基吸水保水包膜控釋肥料的制備及性能研究116-136
  • 6.1 引言116-117
  • 6.2 實驗部分117-120
  • 6.2.1 主要原料和儀器117
  • 6.2.2 聚二羥甲脲磷酸鉀(PDUP)的合成117
  • 6.2.3 聚(丙烯酸-co-2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸-co-N-羥甲基丙烯胺酰胺)/小麥秸稈(P(AA-co-AMPS-co-NHMAAm)/WS)的制備117-118
  • 6.2.4 包膜控釋肥料(CRF)的制備118
  • 6.2.5 樣品的表征和測定118
  • 6.2.6 P(AA-co-AMPS-co-NHMAAm)/WS吸水率的測定118-119
  • 6.2.7 包膜CRF在土壤中的緩釋行為119
  • 6.2.8 土壤最大持水率和保水性的測定119
  • 6.2.9 膜材料P(AA-co-AMPS-co-NHMAAm)/WS復合高吸水樹脂的降解行為119-120
  • 6.3 結果與討論120-130
  • 6.3.1 聚二羥甲脲磷酸鉀的表征120-121
  • 6.3.2 P(AA-co-AMPS-co-NHMAAm)/WS的紅外光譜和XRD表征121-123
  • 6.3.3 化學組成對P(AA-co-AMPS-co-NHMAAm)/WS吸水率的影響123-126
  • 6.3.4 包膜CRF的組成及特性126
  • 6.3.5 包膜CRF在土壤中的緩釋性能126-127
  • 6.3.6 包膜CRF對土壤保水能力的影響127-129
  • 6.3.7 包膜層P(AA-co-AMPS-co-NHMAAm)/WS的降解性129-130
  • 6.4 結論130-132
  • 參考文獻132-136
  • 全文總結136-139
  • 攻讀博士學位期間已發(fā)表和待發(fā)表的論文139-141
  • 致謝141


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涿州“新式武器”讓小麥秸稈變廢為寶    王秀敏

應加快國產(chǎn)高吸水樹脂的推廣應用    劉學謙 藺玉堂

下崗工人研制出小麥秸稈撿拾機    通訊員 白云峰 陳生

小麥秸稈快速堆肥    樂亭縣劉硌莊村 劉小松 宋桂蘭

LASP/AA/AM高吸水樹脂的合成、性能及蓄冷保鮮應用研究    柳建良

水凝膠理論及表面強化交聯(lián)應用研究    黃健

纖維素改性耐鹽性高吸水樹脂的合成及性能研究    王丹

丙烯酸系高吸水性樹脂的高性能化研究    賈振宇

聚天冬氨酸的合成與應用研究    冷一欣

甘薯淀粉基高吸水樹脂的合成及性質研究    趙妍嫣

新型丙烯酸酯功能材料制備、結構和性能研究    陳日清

利用農(nóng)業(yè)秸稈制備陰離子吸附劑及其性能的研究    王宇

培養(yǎng)條件下小麥及玉米秸稈在土壤中的腐解特性研究    Shaukat Ali Abro

農(nóng)林有機廢棄物堆腐生產(chǎn)花卉栽培基質研究    欒亞寧

廢棉布制備高吸水樹脂的研究    劉洋洋

膠原水解物改性聚丙烯酸類高吸水樹脂的研究    王一坤

可生物降解高吸水樹脂的制備    劉玲秀

有機/無機復合高吸水樹脂的合成及其吸附性能研究    張艷鍇

玉米秸稈復合高吸水樹脂的制備與性能    孫自順

蘇打鹽堿地用新型土壤改良劑的制備及應用    秦磊

殼聚糖交聯(lián)聚馬來酸酐高吸水樹脂的制備    孔炎炎

抑菌型高吸水樹脂的合成及其性能研究    王開明

耐鹽型高吸水樹脂的制備及其研究    黃曉柳

瓜爾膠接枝聚丙烯酸鈉高吸水樹脂的合成及其性能研究    張旭