新型可降解微胶囊化土壤调理剂的制备及性能研究

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rilinx_2009
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土壤是植物赖以生存的基础,土壤健康将直接影响植物生长情况。同时,肥料在农业生产中能为作物生长提供营养物质,改善土壤肥力。作为氮肥,尿素由于其氮含量高,经济实惠,被长期施加到土壤中。但是,尿素具有高水溶性,被施加到土壤后绝大部分都随水分流失,而不能被植物完全吸收,造成了生产成本增加和经济损失。最重要的是,肥料的过度使用也会给土壤环境带来危害。因此,实现尿素缓慢释放,提高利用效率,是目前农业生产急需解决的问题之一。此外,重金属污染也是目前土壤环境面临的一个巨大挑战。为了解决上述土壤问题,本文主要从以下两个方面进行研究:(1)制备了一种具有温度和pH双重刺激响应的新型微胶囊土壤调理剂,用于控制尿素释放。首先,采用自由基聚合法合成了聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-甲基丙烯酸)[P(NIPAM-co-MAA)],并通过乳化交联法制备了壳聚糖-聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-甲基丙烯酸)[CS-P(NIPAM-co-MAA)]微胶囊。结果表明,微胶囊最佳的载药率和包封率分别为8.44%和10.56%;在100小时后,CSP-1[CS:P(NIPAM-co-MAA)=1:1(wt.%)]具有最佳的保水率,可保持在81%左右。缓释实验证明,CSP-1在10°C和40°C的情况下,前10小时内的释放率分别为37%和90%;在pH为3的情况下,前24小时的释放率为94%,几乎是pH为7时的两倍,表现出了良好的刺激响应能力。种植实验表明,该微胶囊土壤调理剂可以有效地促进植物在酸性土壤和高温条件下的生长,并且可以提高酸性土壤的pH值。同时,基于天然高分子的微胶囊具有良好的生物降解能力,CSP-1在30天内降解率最高可达30.1 wt.%。因此,双重刺激响应微胶囊土壤调理剂在改善土壤条件和促进植物生长方面具有一定的潜在应用价值。(2)制备了一种基于壳聚糖接枝聚(丙烯酰胺-co-丙烯酸)/生物炭[CS-g-P(AM-co-AA)/生物炭]的新型多功能微胶囊土壤调理剂。首先,以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)为单体,过硫酸钾(KPS)为引发剂,将共聚物P(AM-co-AA)接枝到壳聚糖上,以N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,通过反相悬浮聚合法制备了具有三维网络结构的微胶囊。在聚合过程中,生物炭和尿素被包覆在微胶囊内部。实验结果表明,30天后,CPB-7[MBA:(AM+AA)=0.7%(wt.%)]的累计释放大约为71%,尿素的释放速率显著降低。重金属吸附实验表明,添加了生物炭的微胶囊的平衡吸附量最高可达80.92 mg/g,而未添加生物炭的微胶囊吸附量仅25.93 mg/g,表明了生物炭的引入大幅提高了微胶囊对重金属的吸附性能。同时,高吸水性聚合物P(AM-co-AA)赋予了微胶囊优异的吸水/保水能力,最大吸水量为158.96 g/g,400小时后的最佳保水率为48%。综上所述,这种多功能土壤调理剂在土壤改良和农业生产上具有潜在的应用价值。
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