腐植酸生态功能性肥料的研究

论文摘要

在全球人口不断增长的过程中,肥料工业为人均谷物保障所作的贡献是得到人们认同的。然而随着人们对生活质量及生存环境要求的提高,生态功能性肥料越来越受到人们的欢迎。腐植酸生态功能性肥料,不但能够提供作物生长所需要的营养元素而且还能够增强作物的抗逆性,但是目前腐植酸生态功能性肥料在生产过程中仍存在一些问题亟需解决,如原料风化煤中结合腐植酸的活化、腐植酸类肥料中易被作物吸收且对作物生理作用影响较大的水溶性腐植酸含量较低以及腐植酸含量的分析测试方法选择等等。本课题从腐植酸类肥料中这些亟需解决的问题出发,系统研究了腐植酸生态功能性肥料。在腐植酸液体肥料的研究中,腐植酸水溶液的制备采用H2O2作氧化剂对风化煤进行氧化氨解,研究结果表明H2O2的存在,可以提高风化煤中再生腐植酸的含量且液相产物中腐植酸铵含量随H2O2用量的增加而增加。该部分研究还表明碳铵的加入不利于风化煤的H2O2氧化加氨反应,由单因素实验确定的风化煤H2O2氧化加氨反应适宜配料比（质量比）为风化煤：25%氨水：30%过氧化氢：水=1：1.04：1.5：6.46,适宜反应工艺条件为反应温度60℃、风化煤粒度小于0.149mm、反应时间60min。在此基础上该部分研究还通过运用响应面法对风化煤过氧化氢氧化-加氨制腐植酸铵的试验进行了优化,由实验数据拟合的响应值与因子之间的四元二次回归方程模型为：Y=24.52+0.97×X1-0.12×X2+0.27×X3-0.03×X4+8.52×10-3×Xl×X2—2.02×10-3×X1×X3+3.44×10-3×X1×X4+3.23×10-3×X2×X4—2.18×10’-3×X3×X4-0.04×X12-5.42×10-3×X2通过对该回归方程进行分析,预测出的最佳工艺条件为风化煤用量10.00g、风化煤粒度小于0.149mm、氨水用量13.68g、双氧水用量8.56g、去离子水67.76g、反应温度80℃、反应时间40min,此时Y值最大为44.7013g。经过实验验证,回归模型预测数据可靠。此外拟合方程还给出氨水用量（X1）和反应温度（X3）为影响风化煤氧化-加氨的最重要两个因素。通过对H2O2在风化煤制腐铵反应中氧化降解效果的评价,得出H2O2在风化煤制腐铵反应体系中的存在确实有利于腐铵的制备。在考察风化煤氧化-加氨前后含氧官能团的变化状况时,得出了风化煤过氧化氢氧化-加氨制腐植酸铵的反应机理,即风化煤中腐植酸的甲氧基结构发生断裂形成更多的羧基,从而可以结合更多的氨。在该部分研究中,液体腐植酸肥料的制备实验分别从液体腐植酸肥料的原料选择和生产工艺等方面进行了研究。制备实验以无基础液肥的方法生产液体腐植酸肥料,腐植酸铵水溶液采用上述风化煤过氧化氢氧化—加氨的方法制备。为便于指导液体腐植酸肥料的生产和应用,该部分研究还通过实验绘制了0℃时C0（NH2）2——NH4H2P04—KCl—腐植酸铵水系的晶析界限溶解度曲线图。在腐植酸复合肥料的研究中,论文首先研究了高钙镁风化煤制备水溶性腐植酸钠,研究结果表明在传统制备工艺的基础上表面活性剂和Na2C0。的加入有利于产物中水溶性腐植酸钠含量的提高。由实验确定的高钙镁风化煤制备水溶性腐植酸钠的适宜工艺条件为风化煤用量10.0g、风化煤粒度小于0.150mm、SDS用量0.6%、NaOH用量20%、Na2C03用量30%、液固比为1.2、反应温度为70℃、反应时间为160min,在该适宜工艺条件下产物中水溶腐植酸钠的干基含量为29.47%。在此基础上,论文又研究了腐植酸复合肥料的制备、腐植酸复合肥料中腐植酸含量测定方法的选择以及腐植酸复合肥料的缓控释性能考核,考核结果表明腐植酸复合肥料中氮元素的释放近似“S”形,有一定的缓控释性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 肥料工业的发展与弊端
• 1.1.1 肥料工业的发展及其贡献
• 1.1.2 传统肥料工艺的弊端
• 1.2 肥料工业的发展方向展望
• 1.2.1 生态工艺与工程的理念
• 1.2.2 土壤面临的生态危机
• 1.2.3 以生态工艺与工程的理念建设生态功能肥料工业
• 1.3 生态功能肥料与腐植酸
• 1.3.1 生态功能肥料
• 1.3.2 腐植酸与生态功能肥料
• 1.4 腐植酸生态功能肥料国内外研究进展
• 1.4.1 腐植酸国内外研究进展
• 1.4.2 腐植酸类肥料国内外研究进展
• 1.5 本课题研究的目的和意义
• 1.6 本课题研究的主要内容
• 2 液体腐植酸肥料的研究
• 2.1 不同原料来源风化煤的成分测定
• 2.2 风化煤过氧化氢氧化-加氨制腐植酸铵的研究
• 2.2.1 风化煤氧化-加氨反应机理
• 2.2.2 原料与仪器
• 2.2.3 试验研究方法
• 2.2.4 腐植酸铵含量测定
• 2.2.4.1 方法原理
• 2.2.4.2 测定步骤与结果计算
• 2.2.5 结果与讨论
• 2.2.5.1 氨水用量对氨化反应的影响
• 2.2.5.2 碳铵用量对氨化反应的影响
• 2.2.5.3 过氧化氢用量对氨化反应的影响
• 2.2.5.4 反应温度对氨化反应的影响
• 2.2.5.5 风化煤粒度对氨化反应的影响
• 2.2.5.6 反应时间对氨化反应的影响
• 2.2.5.7 风化煤浓度对氨化反应的影响
• 2.2.6 小结
• 2.3 风化煤过氧化氢氧化-加氨制腐植酸铵的优化实验研究
• 2.3.1 优化实验研究方法
• 2.3.2 原料与仪器
• 2.3.3 腐植酸铵含量测定
• 2.3.4 Box-Behnken中心组合实验设计
• 2.3.4.1 各因素取值范围的选择
• 2.3.4.2 实验设计
• 2.3.5 结果与讨论
• 2.3.5.1 氨水用量对风化煤氧化-加氨的影响
• 2.3.5.2 双氧水用量对风化煤氧化-加氨的影响
• 2.3.5.3 反应温度对风化煤氧化-加氨的影响
• 2.3.5.4 反应时间对风化煤氧化-加氨的影响
• 2.3.6 小结
• 2O₂在风化煤制腐植酸铵反应中氧化降解效果的评价'>2.4 H₂O₂在风化煤制腐植酸铵反应中氧化降解效果的评价
• 2.5 风化煤过氧化氢氧化-加氨制腐植酸铵的反应机理研究
• 2.5.1 待测腐植酸样品的制备
• 2.5.2 试剂与仪器
• 2.5.3 研究方法
• 2.5.4 测定方法
• 2.5.4.1 总酸性基的测定（氢氧化钡法）
• 2.5.4.2 羧基的测定（醋酸钙法）
• 2.5.4.3 酚羟基的计算
• 2.5.4.4 甲氧基的测定（Zeisel法）
• 2.5.5 结果与讨论
• 2.5.6 小结
• 2.6 液体腐植酸肥料的制备研究
• 2.6.1 液体腐植酸肥料原料的选择
• 2.6.2 液体腐植酸肥料的生产工艺
• 2.6.2.1 液体腐植酸肥料的生产工艺流程
• 2.6.2.2 液体腐植酸肥料的工艺指标
• 2）₂—NH₄H₂PO₄—KCl腐植酸铵水系的晶析界限组成'>2.6.3 0℃CCO（NH₂）₂—NH₄H₂PO₄—KCl腐植酸铵水系的晶析界限组成
• 2.6.4 小结
• 2.7 本章小结
• 3 腐植酸复合肥料的研究
• 3.1 风化煤制备腐植酸钠的试验研究
• 3.1.1 原料与仪器
• 3.1.2 实验方法
• 3.1.3 产物中水溶腐植酸的测定
• 3.1.4 实验结果与讨论
• 3.1.4.1 表面活性剂的影响
• 3.1.4.2 NaOH用量的影响
• 2CO₃用量的影响'>3.1.4.3 Na₂CO₃用量的影响
• 3.1.4.4 风化煤粒度的影响
• 3.1.4.5 反应温度的影响
• 3.1.4.6 反应时间的影响
• 3.1.4.7 液固比的影响
• 3.1.5 小结
• 3.2 固体腐植酸复合肥料的制备研究
• 3.2.1 腐植酸复合肥料的制备试验
• 3.2.2 腐植酸复合肥料中腐植酸含量的测定
• 3.2.3 腐植酸复合肥料缓控释性能的考核
• 3.2.4 小结
• 3.3 本章小结
• 4 结论与建议
• 4.1 结论
• 4.2 不足与建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录:不同原料来源风化煤的成分测定
• 作者简介及发表论文