具有网架结构的膨化缓释化肥的研究

论文摘要

肥料是农业生产中最重要的生产资料之一,随着经济的不断发展,缓/控释肥料以其施用方便,肥效期长等优点,倍受国内外专家学者重视。本文一改大多数缓释肥料研究的包膜工艺,以农业生产废弃物玉米的变质陈粮为原料,将其与尿素按4:6比例混合,采用挤压膨化技术工艺制备新型缓释肥料,并对其缓释性能、结构、缓释机理等进行了探讨。该缓释肥料制备工艺简单、价格低廉、生物降解性能好,不造成二次污染,为生产可供大田作物施用的缓/控释肥料奠定了基础。主要研究结果如下:1)研究挤压膨化技术工艺过程及其工艺参数发现,模孔结构显著影响肥料膨化效果。分别采用相同条件下2-6 mm模孔半径的模头制备膨化肥料,以糊化度表征物料膨化性能,结果显示:随着模孔半径变大,肥料糊化度从95 %降至70 %,膨化效果显著下降。2)自制淋溶柱,相同条件下,253 h内对普通尿素与缓释尿素9次淋溶,绘制养分释放率与时间作用曲线,结果显示:经过46 h淋溶,普通尿素养分释放率达到90 %以上,此时缓释氮肥仅有约1/3养分溶出;70 h尿素养分完全释放,缓释尿素养分释放延长至253 h;达到92 %相同的养分溶出率时,尿素用时46 h,缓释氮肥需要229 h,与普通尿素相比延长了近5倍。3)采用扫描电镜对其膨化结构及其降解结构观察发现,物料膨化后形成均匀的三维多孔网架结构;经一段时间拟自然条件培养,电镜下可观察到颗粒降解后结构变化。4)基于包膜肥料缓释机理,建立了膨化缓释肥料养分释放机理。膨化缓释肥料养分释放分为两个阶段,第一阶段由于多孔网架结构限制水分进入及其养分释放实现缓释,第二阶段膨化的三维网架结构将尿素包裹束缚其中,进一步达到后期的缓释效果。5)建立了缓释尿素养分释放动力学模型。基于费克第一定律的扩散理论,进行了部分假设,将养分释放过程分两个阶段建立养分释放动力学模型。与普通尿素相比,膨化的多孔三维网架结构有明显的缓释作用。相比于大多数包膜工艺,挤压膨化技术简单、工艺参数易控;膨化原料采用工农业废料,有利于循环经济,且可自然条件下被环境微生物降解,不造成二次污染,是有利于可持续发展的经济环保型缓释肥料。肥料结构及其制备工艺参数的初步研究,为进一步研究适用于不同作物生长养分需求的系列膨化缓释肥料提供了数据支持;膨化缓释理论与养分释放动力模型建立,对系列膨化缓释肥料的研究有指导性意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 缓释/控释肥料的概念
• 1.3 缓释/控释肥料的类型及分类
• 1.4 缓释/控释材料的研究
• 1.4.1 无机材料
• 1.4.2 有机材料
• 1.5 缓释/控释肥料的缓释性能评价方法
• 1.5.1 水浸法
• 1.5.2 淋溶法
• 1.5.3 土培法
• 1.5.4 同位素示踪法
• 1.5.5 其他
• 1.6 缓释/控释肥料的国内外研究现状
• 1.6.1 国外缓释/控释肥料研究概况
• 1.6.2 国内缓释/控释肥料研究概况
• 1.7 挤压膨化加工技术研究概况
• 1.7.1 挤压膨化设备
• 1.7.2 工艺参数对挤压膨化特性的影响
• 1.7.3 物料组分在挤压过程中的变化
• 1.8 现阶段存在的问题和发展方向
• 1.9 研究问题和研究方法
• 1.9.1 研究内容
• 1.9.2 研究方法
• 1.10 小结
• 第二章 实验部分
• 2.1 缓释尿素肥料的制备
• 2.1.1 理论依据
• 2.1.2 实验材料
• 2.1.3 实验设备
• 2.1.4 实验步骤
• 2.2 工艺参数对原料挤压膨化特性的影响
• 2.2.1 理论依据
• 2.2.2 实验材料和试剂
• 2.2.3 实验仪器和设备
• 2.2.4 实验步骤
• 2.3 缓释尿素含氮量测定
• 2.3.1 理论依据
• 2.3.2 实验材料和试剂
• 2.3.3 实验仪器和设备
• 2.3.4 实验步骤
• 2.4 缓释尿素三维结构测定
• 2.4.1 理论依据
• 2.4.2 实验材料和试剂
• 2.4.3 实验仪器和设备
• 2.4.4 实验步骤
• 2.5 缓释尿素含水量测定
• 2.5.1 理论依据
• 2.5.2 实验材料和试剂
• 2.5.3 实验仪器和设备
• 2.5.4 实验步骤
• 2.6 缓释尿素颗粒半径测定
• 2.6.1 理论依据
• 2.6.2 实验材料和试剂
• 2.6.3 实验仪器和设备
• 2.6.4 实验步骤
• 2.7 缓释尿素制备过程养分变化测定
• 2.7.1 理论依据
• 2.7.2 实验材料和试剂
• 2.7.3 实验仪器和设备
• 2.7.4 实验步骤
• 2.8 沙柱淋溶法缓释尿素缓释性能测定
• 2.8.1 理论依据
• 2.8.2 实验材料和试剂
• 2.8.3 实验仪器和设备
• 2.8.4 实验步骤
• 2.9 缓释尿素生物降解性能测定
• 2.9.1 理论依据
• 2.9.2 实验材料和试剂
• 2.9.3 实验仪器和设备
• 2.9.4 实验步骤
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 缓释尿素的基本理化性能
• 3.1.1 缓释尿素的含氮量
• 3.1.2 缓释尿素的含水量
• 3.1.3 缓释尿素的颗粒粒径
• 3.2 挤压膨化技术的应用机理
• 3.3 工艺参数对原料挤压膨化特性的影响
• 3.4 缓释尿素的结构分析
• 3.5 缓释尿素制备过程养分变化
• 3.6 沙柱淋溶缓释尿素缓释性能
• 3.7 膨化缓释尿素在土壤中生物降解性
• 第四章 膨化缓释理论
• 4.1 膨化缓释尿素的缓释机理分析
• 4.1.1 挤压膨化技术在膨化缓释肥料上应用
• 4.1.2 包膜肥料膨化缓释机理
• 4.1.3 膨化肥料与包膜肥料的异同
• 4.1.4 膨化缓释肥料缓释机理分析
• 4.2 膨化缓释尿素的释放模型
• 4.2.1 包膜肥料缓释模型研究
• 4.2.2 膨化缓释肥料缓释模型
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 创新
• 5.3 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢