一种新型淀粉基包膜尿素的研制

论文摘要

在农业生产中，氮肥施用量大，但利用率低，这主要是因为氮肥为水溶性无机物，施入土壤后随水流失严重。为解决这个问题，多采用包膜缓释技术应用于氮肥的生产，达到既满足农业生产需要又提高氮肥利用率的效果，在保证增产的同时减少因化学肥料随水土流失而造成的环境污染。其他有机、无机包膜材料等存在价格昂贵、污染环境等问题，天然高分子材料淀粉来源广泛、价格低廉，对环境没有污染，可以自然降解为二氧化碳和水。但是淀粉作为一种高分子化合物，具有较多的羟基-OH，与水结合的氢键较强，因而耐水性差，不能满足作为化学肥料包膜材料的要求。本文通过化学改性手段，减少体系中羟基的数量，提高其耐水性能，探索了将玉米淀粉这种天然高分子变为实用的淀粉基包膜材料的可能性。本实验首先采用过氧化氢（H2O2）对原淀粉进行氧化降解处理，制得黏度低、成膜性能好的氧化淀粉。通过正交实验探索干法制备氧化淀粉的最佳条件为：体系pH=9，催化剂FeSO4用量为0.2%，温度60℃，反应4h。氧化淀粉在改性剂环氧氯丙烷的作用下，制备得到氧化-交联复合改性淀粉，正交实验探索环氧氯丙烷交联改性氧化淀粉的最佳条件为：固含量为25%，体系pH=10，温度50℃，反应3h。在交联剂环氧氯丙烷用量为3%时，复合改性淀粉胶膜的吸水率由氧化淀粉的190%降至95%，由此可知，加入少量交联剂可以显著提高淀粉胶膜的耐水性。实验通过红外表征、扫描电镜、X衍射图谱等考察淀粉改性后的变化情况，从微观角度对淀粉改性作进一步了解。在实验室条件下，以氧化淀粉和环氧氯丙烷交联改性氧化淀粉为包膜材料，采用小型包衣机制成的包膜尿素均具有一定的缓释作用。经水中溶出率法和土柱淋洗法实验表明，以交联改性淀粉为包膜材料，在包膜量为15wt%时，为缓释效果和经济成本上的最优组合。盆栽实验再次验证了包膜尿素的缓释作用，缓释作用有利用于作物的增产，适宜的包膜量对生长周期较长的作物增产效果尤为明显；包膜量过大或过小对作物的增产效果均有影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1.文献综述
• 1.1 包膜化肥概念
• 1.2 包膜肥料分类
• 1.3 研究现状与展望
• 1.4 淀粉基包膜缓释肥料概况
• 1.4.1 淀粉基包膜材料
• 1.4.2 淀粉基包膜缓释肥料研究
• 1.5 包膜肥料的养分释放
• 1.5.1 包膜肥料的养分释放机理
• 1.5.2 影响包膜肥料养分释放的因素
• 1.5.3 包膜肥料缓释性能的评判标准
• 2.引言
• 2.1 研究目的及意义
• 2.2 研究内容
• 2.2.1 淀粉基包膜材料的研究
• 2.2.2 淀粉基包膜尿素制备及缓释性能研究
• 3.淀粉基包膜材料研制
• 3.1 材料与仪器
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验仪器
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 干法制备氧化淀粉
• 3.2.2 环氧氯丙烷交联改性氧化淀粉
• 3.2.3 氧化淀粉中羧基含量的测定
• 3.2.4 氧化淀粉黏度的测定
• 3.2.5 红外表征
• 3.2.6 扫描电镜（SEM）
• 3.2.7 X射线衍射及样品结晶度的测定
• 3.2.8 淀粉胶膜吸水率的测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 反应条件对淀粉氧化及改性的影响
• 3.3.2 红外表征光谱图分析
• 3.3.3 扫描电镜分析
• 3.3.4 淀粉XRD谱图及结晶度分析
• 3.3.5 淀粉胶膜的吸水性能分析
• 4.新型包膜尿素及缓释性能研究
• 4.1 材料与仪器
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 实验仪器
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 包膜尿素的制备
• 4.2.2 水中溶出率法
• 4.2.3 土柱淋洗法
• 4.2.4 作物盆栽实验
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 包膜尿素在水中的溶出特征
• 4.3.2 包膜尿素在土壤中的溶出特征
• 4.3.3 包膜尿素对作物生物学产量的影响
• 5.结论
• 6.特点与创新
• 7.展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 在读期间发表的学术论文