具有吸附重金属离子功能的尿素包衣膜缓释肥料的制备和表征开题报告

 2021-08-08 02:08

全文总字数:2077字

1. 研究目的与意义

粮食是人类生存和发展的物质基础,因此,农业是每个国家重要支柱之一。而肥料,则是农业发展的重要推动力。但肥料的大量使用,也对人类的生存环境产生了严重的负面影响。特别是在我国的农业发展中,至今仍存在着肥料使用量大,肥效低下的问题,我国是个粮食大国,肥料的投入量位居世界各国前列。肥效低下,大量肥料的流失,不仅造成了资源的浪费,同时也对土壤、水体等产生了污染作用。

而肥效的低下,多是由肥料释放速率与作物吸收养分的速率不匹配造成的,所以,对于肥料的释放速率的控制,是解决肥效低下问题的根本途径。也就是说,缓释、控释肥料是才21世纪最理想的肥料,因此,研究开发新型缓释肥在提高化肥利用率,减少因施肥而造成的环境污染等方面意义重大。开发高效低成本的控释材料是控释肥料研制的关键技术,而包膜化肥是控制肥料养分释放与作物养分需求相协同特性的一类肥料。此外,由于目前工业的飞速发展,重金属污染等工业污染加重,这些污染也对土壤、水体造成了严重影响,既威胁到了人类的生存环境,也不利于农作物的生长。并且,由于富集作用,这些污染物最终会通过作物进入人体,从而对人体造成更严重的危害作用。

综合上述情况,如果能够研发出兼具缓释作用和吸附重金属离子作用的缓释肥料,便可在提高肥效的同时,起到治理污染,净化作物生长环境的作用,一举三得。而钠基膨润土凭借其优异的吸附性和膨胀性,通过制作成加入少量有机物进行改性的无机水凝胶,在降低了肥料生产成本的情况下,既可作为包膜材料起到肥料缓释作用,也可以以吸附剂的形式掺入土壤中吸附重金属离子,对于农业发展、资源的有效利用、环境的保护及肥料生产商家的经济效益均有着重要意义。

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2. 国内外研究现状分析

早在1948年,美国的K.G.Clart等人首先研究了尿素-甲醛缩合物,使得美国成为最早研究并成功制得缓释肥的国家。目前,美国研制的缓释肥主要有包硫尿素,包硫氯化钾、包硫磷酸二铵等。改进的包硫尿素在其表面包一层烯烃聚合物,产品名为Polys,这种产品售价比聚合物包膜肥料便宜,在美国市场上被广泛使用。美国的Osmocote是世界上最有影响的包膜肥料品牌。美国的缓释肥多是与速效肥掺混使用,为防止掺混时包膜破裂,开发了耐磨缓释肥;为减轻聚合物对环境的污染,又相继开发了生物降解膜缓释肥料。

日本是研究和应用缓释肥料技术较先进的国家,以高分子包膜肥料为主。1975年研制生产出硫磺包膜肥料,应用于水稻、玉米、西瓜施肥取得良好肥效。20世纪80年代初窒素公司研制出热塑型树脂聚烯烃包膜肥料Nutricote,与美国的Osmocote同为国际知名品牌。日本多家公司相继都研制生产出具有本国特色的热塑型及热固型树脂包膜肥料,其养分释放具有精确控释和缓释的双重功能,产品在水稻、花卉、蔬菜作物上得到广泛应用。

欧洲各国侧重于微溶性含氮化合物缓释肥料的研究。德国研究重点以聚合物为包膜材料生产包膜肥,如在德国杜塞尔多夫(Dsseldorf)的Aglukon Spezialdnge公司生产的包膜缓释肥料是采用树脂包膜技术的肥料,其主要产品有PLANTACOTE DEPT、PLANTACOTE MIX、压缩型NPK Mg-Te肥料、以脲甲醛为基础的PLANTOSAN等。英国的控释肥专利是在磷酸盐玻璃中引入K、Ca、Mg,形成玻璃态控释肥,而氮以CaCN2的形式加入。该肥料存在一个诱导期,在诱导期不释放养分,适合幼树苗生长。法国的缓释肥料主要有两种,一种是用三聚磷酸钠或六偏磷酸钠包裹金属过氮化物作为土壤添加剂;还有一种是将聚合物包膜肥料与细菌结合在一起。西班牙用松树木质素纸浆废液包膜尿素制得系列肥料。荷兰开发了一种用菊粉、甘油、土豆淀粉与肥料捏合制成的生物可降解的包裹肥。前苏联制备包膜肥的专利为脲醛UF、磷酸、铝粉和丁二烯胶乳多层包膜及用聚乙烯乙酸脂和磷酸包膜尿素,肥料利用率可提高15%。捷克斯洛伐克用脲醛树脂包膜尿素,通过改变包膜剂粒度和包膜层厚度可以调节养分的释放速率。

3. 研究的基本内容与计划

内容:制备钠基膨润土尿素包膜材料,探究其养分释放特性及对重金属离子的吸附性能。通过大量阅读文献,设计实验方案以及学会运用表征方法对体系进行评价。对于实验中出现的现象及问题,能先进行独立思考并结合文献找出原理或原因,并通过与老师交流,提出优化方案。能熟练的操作仪器,了解所用化学药品的理化性质并正确的使用,在确保安全的前提下将实验研究有序的开展起来,并对实验现象和数据进行整理分析,探索机理。

计划:通过在膨润土中加入一定配比的焦磷酸钠和氧化镁,使凝胶粘度增大,稳定性上升,将样品烘干放入水中检测其溶出速率,速率越低,稳定性越好。再在所有配比中选取稳定性最高的三组样品,制作尿素包膜并在膜表面加入CMC或者PVA及硼砂对机构进行加固,固化后检测其在水中释放尿素的速率及对重金属离子的吸附性能。

4. 研究创新点

1、基本采用无机物作为原材料,降低了生产成本。

2、膨润土既作为包膜材料,又兼具吸附重金属离子功能,一举两得

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