水溶性树脂包膜控释肥料养分释放特征及影响因素

为了探讨不同养分配比包膜控释肥料的养分释放特征,采用相同工艺制造同一包膜厚度而核心肥料氮磷钾配比（以下简称核心肥料）不同、同一核心肥料而包膜厚度不同的水溶性树脂包膜控释肥料,并在高温和常温下的纯水中培养,研究核心肥料、包膜厚度、培养温度对养分释放特征的影响。结果表明：在（25 ± 0.5）℃或（40 ± 0.5）℃下,膜材用量为50 g/m2和70 g/m2的高氮型控释肥料的养分累积释放特征曲线均呈S型,增加包膜厚度或降低培养温度,均可延长培养前期的养分缓慢释放阶段。在（25 ± 0.5）℃下,膜材用量为50 g/m2时,均衡型和高钾型控释肥料的养分累积释放曲线为抛物线型,膜材用量为70 g/m2时,则为双抛物线型;培养温度为（40 ± 0.5）℃时,养分累积释放曲线均转变为抛物线型。3种因素不仅影响养分释放曲线的形状,同时对肥效期产生明显影响,增加包膜厚度或降低培养温度,均可延长养分的肥效期。氮磷的肥效期大小顺序为高氮型＞高钾型＞均衡型,而钾的肥效期则是高钾型＞高氮型＞均衡型。综上所述,包膜厚度、培养温度及核心肥料同时影响着包膜控释肥料的养分释放特征,养分释放越快,其曲线形状趋向于抛物线型,反之则趋向于S型;3类核心中,以高氮型核心最能发挥水溶性树脂的控释性能。     

粒径膜厚与控释肥料的氮素养分释放特性

利用专利技术,以芬兰长之道Uki厂生产的粒径分别为2.5～3.0、3.0～4.0、4.0～5.0mm的氮磷钾复合肥制造控释肥料。在25℃和40℃恒温条件下培养0、1、2、3、4、5、6、7、14、21、28、35、42d后测定氮素释放率,以探讨粒径、包膜厚度(膜材用量)、交联剂等对氮素释放率的影响。结果表明,常温和高温下,包膜厚度相同时,氮素释放率随着肥料粒径的增加而明显增加;但氮素释放率随粒径增长的幅度在膜材用量增大的情况下减小。无论是小粒还是大粒控释肥料,其氮素释放的速率随膜材用量的增多而减小。包膜材料添加交联剂可以明显增加氮素释放率,交联剂S的用量对氮素释放率的影响小于交联剂P。同一包膜厚度和单位质量下,用大粒径核心肥料制造的控释肥料可明显减少包膜材料的用量;但要改进大粒径控释肥料的氮素释放率,应利用表面平滑的核心肥料制造包膜控释肥料。     

膜特性对包膜控释肥养分控释性能的影响

为了研究膜特性对包膜控释肥养分控释性能的影响,该文通过膜的拉伸试验、扫描电镜和养分水中溶出率法对P1和P2树脂膜（不同包膜比率,不同添加剂含量）的机械性质、微观结构和养分控释特性进行了研究,结果表明,P1树脂膜机械性能较差,易发生龟裂现象,且通透性较大;P2树脂膜机械性能较好,但通透性较差;仅通过改变包膜比率不能达到改变两种膜的控释性能的目的。在不同包膜比率两种膜中分别添加适量的高分子疏水物质和可降解改性淀粉,可明显改善膜壳的机械性质、微观结构并起到了对养分释放速率的调控作用。两种膜材料包膜的控释肥料的控释性能均可通过改变各自的包膜比率和添加物的比例来调控,其关系可用函数关系模拟,且拟合度均达到显著水平。     

包膜控释肥料养分释放率快速测定方法的研究

包膜控释肥料养分释放率的快速测定是控释肥质量检测和制定评价标准的关键。快速测定方法可以在较短时间内,推测和评价控释肥料的养分释放速率的快慢及释放期的长短。本研究对4种不同包膜控释肥料在25℃温度条件下的静水释放过程进行了测定,并应用100℃快速浸提化学实测法的测定结果与之拟合,找出两者相同养分释放量的时间对应关系方程,并对方程进行了检验和评价;同时,还对100℃温度条件下快速浸提液进行了电导率法(简便方法)的测定。结果表明,4种不同包膜控释肥料的相同养分释放量与时间对应关系方程的拟合度均达到极显著水平;在100℃温度条件下,快速浸提测定法能在较短的时间内准确测定包膜控释肥料的养分释放率,释放期为36～个月的包膜控释肥,在104～8.h就可初步测定出养分释放期;在25℃释放期为6个月的控释肥,100℃快速浸提测定的养分释放期的最大误差为10.d(5.6%);100℃快速浸提电导率法亦可简便快速的测定出包膜控释肥的养分释放率,其对养分释放期为6个月的包膜控释肥料预测值的最大误差为15.d(8.3%)。     

缓控释肥料养分释放特性评价及快速测定方法研究

采用水中浸提释放法和土壤恒温培养法,按照缓控释肥料行业标准(HG/T3931-2007)和欧洲标准化委员会(CEN)推荐的控释肥料评价标准,对5种缓控释肥料的氮素释放特性进行了评价。结果表明:采用25℃常温浸提法测定与100℃快速浸提法测定,后者的养分释放率加快。用100℃快速浸提法建立预测预报缓控释肥料在常温下(25℃)的释放期的回归方程(一元二次方程,相关系数大于0.98),预测值与实测值相差1～3 d。对于25℃常温浸提法测定释放期分别为66 d和84 d的塑料包膜控释复合肥(CRF)和树脂包膜控释复合肥(CRF3),用100℃电导率法预测的养分释放期分别为65 d和81 d,相对误差小于3.5%,可见电导率法也可以准确快速地预测包膜控释复合肥料的养分释放率和释放期。用初期养分释放率、平均释放率和养分释放期等参数,可用于缓控释肥料的综合评价。     

控释氮肥的氮素释放特征及其对水稻的增产效应

采用浸水释放试验和水稻田间试验方法研究了疏水性材料有机高分子聚合物包膜控释氮肥的释放特征,并以普通氮肥作对照研究了包膜控释氮肥对水稻的增产效应。研究结果表明,包膜控释氮肥养分释放达到了控释效果;与普通氮肥相比,施用控释氮肥有效提高了稻田土壤中碱解氮和铵态氮含量,促进了水稻植株和根系对氮素的吸收利用;两种处理的水稻总生物量差异不显著,但是在籽粒产量上,控释氮肥各处理两年的试验结果均比普通氮肥增产10%~40%,尤其是控释氮肥施用量为普通氮肥1/3时仍有增产效果,2003年高达15·1%;在当地稻田条件下,2002年控释氮肥氮素利用率最高达到了51·2%。采用疏水性包膜材料有机高分子聚合物包膜的控释氮肥比普通氮肥具有控制释放、促进水稻吸收氮素养分、提高籽粒产量和肥料的当季利用率与降低施肥量的优越性。     

几种包膜缓控释肥粒养分释放特征的研究

采用水浸泡法对国内外4种包膜控释肥料的养分释放特性进行了系统的研究。结果表明,4种缓控释肥料的初期溶出率均小于12%,微分溶出率在0.4%～1.5%之间,这符合国际上公认的缓/控释肥的评价标准,初期溶出率小于15%、微分溶出率在0.25%～2.5%之间。采用水浸泡法测定包膜控释肥料养分释放特征,简便快速,检测时间短,重复次数少,养分浓度变化直接反映出包膜控释肥料的释放速率特性,还可以定量的测定其供肥性能,控释肥料有控制养分释放、延长供应时间的作用;其中腐殖酸和炭基有利于提高肥料颗粒的水稳定性,减缓养分的释放速率。     

包膜控释肥料在土壤中养分释放特性的测试方法与评价

在土壤培养基础上,着重研究了包膜控释肥料养分释放率的三种测定方法以及在土壤中测得的包膜控释肥料养分释放率与在水中测得的养分释放率间的相关性。结果表明,在土壤培养中,采用肥料养分化学测定法、肥料养分称量法和土壤无机氮增量法都能直接或间接表征包膜控释肥料在土壤中的养分释放率及其相关性状。包膜控释肥料在土壤与水两种体系中所测得的养分释放率之间相关性显著,其相关关系符合一元一次线型回归方程,相关系数(r)大于0.920。     

热固性树脂包膜控释肥料肥效期的快速预测方法

采用静水溶出率的方法,在25℃、40℃、60℃7、0℃、80℃和100℃条件下,探讨了控释肥料中养分累积释放率与温度的变化规律,以期建立控释肥料肥效期或养分释放期的快速预测方法。结果表明,从低温到高温的各种温度处理下,Scotts公司的Osmocote热固性树脂包膜控释肥料养分累积释放曲线都呈二次曲线,相关指数R2均大于0.996。温度与包膜控释肥料肥效期间呈极显著的负相关,并符合一元二次方程,相关指数R2大于0.993。在高温下培养3或8.h建立的预测预报回归方程,可以快速而准确地预测预报包膜控释肥料在常温下(25℃)的肥效期,预测值与实测值只相差2.4.d;而习惯上的微分溶出率法却相差29～42.d。表明用高温下的肥效期预测预报回归法可以在数小时内准确、迅速地预测控释肥料的肥效期。同时该方法可作为控释肥料在线生产质量控制和市场上控释肥料质量检验的候选方法。     

聚合物包膜控释肥料氮素释放的数学模拟

为了研究聚合物包膜控释肥料的养分释放机制,以Fick扩散第二定律为理论基础,运用数学物理和数值分析方法建立了聚合物包膜控释肥料氮素释放的数学模型,并对其进行了解析,通过25℃的水浸提试验验证该模型的适用性。研究表明,包膜材质和膜层厚度能显著影响聚合物包膜控释肥料的氮素释放速率,该数学模型能够对醇酸树脂和热塑性树脂包膜控释肥料的氮素释放过程进行有效的模拟,可为控释肥料的研发、生产及施用提供参考。     

聚合物包膜肥料硝态氮释放特征研究

采用不同养分组成(单一组分和复合组分)聚合物包膜肥料(Multicote)和水中静态溶出的方法,研究了不同温度和半径处理下聚合物包膜肥料NO3-N释放特征.结果表明,温度升高显著促进NO3-N的释放;肥料颗粒半径差异显著影响NO3-N释放,小半径的肥料颗粒NO3-N释放明显比大半径颗粒快,且小半径肥料颗粒NO3-N释放的活化能较低;肥料颗粒内离子间存在明显的交互作用,与单一组分聚合物包膜肥料相比,复合组分聚合物包膜肥料NO3-N释放的线性期明显缩短,NO3-N释放速率增加,且NO3-N释放的活化能明显增大.聚合物包膜肥料中NO3-N的释放特征直接与聚合物膜的扩散系数、扩散面积、膜厚度以及伴随离子的种类和浓度相关.养分释放时期以及活化能的定量化表征为全面评估聚合物包膜肥料养分释放特征提供了参考.     

三重耦合改性防止水基聚合物包膜肥料粘连并延缓释放

  【目的】  水基聚丙烯酸酯价格低廉、成膜性好,具有作为控释肥料包膜材料的潜力,但其玻璃转化温度低和耐水性差,导致用其制备的包膜控释肥料颗粒容易相互粘连并且养分释放过快。本研究旨在通过改性措施防止水基聚丙烯酸酯包膜控释肥料的粘连,并提升其控释性能。  【方法】  选用易获取且价格低廉的3种改性剂纳米二氧化硅、FeⅢ-单宁酸配合物和十六烷,通过简单的物理混合方式对水基聚丙烯酸酯进行耦合改性。采用动态热机械性能测定了改性前后包膜材料的玻璃转化温度和储能模量,采用接触角仪和水蒸气渗透装置分别测定了包膜的水接触角和水蒸气渗透率,采用静水溶出法测定了控释肥料的养分释放特征。为了更好地比较耦合改性的效果,将未改性的丙烯酸酯 (PA)、纳米二氧化硅单独改性的丙烯酸酯 (PA+Silica)、FeⅢ-单宁酸配合物单独改性的丙烯酸酯 (PA+Fe) 和十六烷单独改性的丙烯酸酯 (PA+HD)作为对照,分析了包膜材料性质改变对控释肥料养分释放特征的影响。  【结果】  耦合改性后包膜的玻璃转化温度提升了4.4℃,?70°C的储能模量提升了72.2%,水接触角提高了22°,水蒸气渗透率降低了13.6%。以上包膜材料性质的改变不但有效防止了控释肥料的粘连,也将其初期溶出率从未改性的38.29%降低到2.04%,控释期从未改性的8天延长到52天,释放模式也从和作物养分需求不匹配的“倒L”型变为和作物养分需求相匹配的“S”型。耦合改性改善包膜肥料粘连现象的原因为耦合改性将包膜材料的玻璃转化温度从20.40℃提升到了24.80℃。相关分析表明,包膜肥料初期溶出率的显著降低主要是因为FeⅢ-单宁酸配合物所降低的水蒸气渗透率和纳米二氧化硅所提高的玻璃转化温度和储能模量,而控释期的延长主要是由于十六烷所带来的水接触角的上升。  【结论】  采用纳米二氧化硅、FeⅢ-单宁酸配合物和十六烷耦合改性水基聚丙烯酸酯后,有效防止了控释肥料的粘连,显著提升了控释性能,并且该改性方式易于应用到工业生产中,是一种可行的水基聚合物包膜材料的改性方法。     

新型缓控释肥料的研制及其缓控释性能研究

以水性聚氨酯和水性丙烯酸的不同浓度配比溶液为包膜材料,添加粘结剂,采用流化床包涂的方法制备了新型缓控释肥料。用扫描电镜研究了包膜肥料的截面形貌。用水浸泡法、土壤淋溶法研究了包膜肥料的释放特性。     

土壤水分对包膜尿素养分释放特性的影响

试验采用土壤培养的方法,以释放期分别为60 d(肥料A)和90 d(肥料B)的两种肥料作为供试肥料,研究了土壤绝对含水量、干湿交替、相对含水量和水势因素对3种土壤中包膜尿素养分释放特性的影响。结果表明:在3种土壤中,土壤绝对含水量从50 g/kg增到200 g/kg时,包膜尿素养分释放率均随土壤水分含量的增加而显著增加,此时水分因素是控制包膜尿素养分释放的主要因素。在干湿交替条件下,两种供试肥料间释放率的差异变大,其中肥料B在潮土中释放速率较其他两种土壤中下降更多。当相对含水量在0%~50%田间持水量范围内,或水势在60~100k Pa范围内时,供试肥料在红壤中的释放显著低于潮土和水稻土,这与红壤中黏粒含量高有关;当相对含水量大于100%田间持水量时,或水势低于60 k Pa时,土壤水分和土壤类型对包膜尿素养分释放的影响基本不再显著。常用的Sugihara方程可以较好地拟合包膜尿素在试验设定水分条件下的养分释放特性,相关系数r0.95。3种不同土壤水分参数均可以用来预测包膜尿素的释放率和释放期,其中水势(x)与包膜尿素释放期(y)的拟合效果最好,关系式为y=64.79e~(0.0066x),r=0.91。     

不同浸提条件对包膜控/缓释肥水中溶出率的影响

以几种不同包膜材料控／缓释肥为供试肥料,研究不同肥(养分)水比、浸提方式(连续浸提和更换浸提液)、温度和pH条件对控／缓释肥水中溶出率的影响。结果表明,浸提液中肥料浓度是影响养分释放的重要因素,加大肥水比、更换浸提液可以显著减小这种影响。升高温度,有机和无机材料包膜控／缓释肥水中溶出率均显著加快。肥料类型、肥水比对浸提液的pH都有显著影响,但在连续浸提和更换浸提液方式下,7d内浸提液的pH有着不同的变化趋势。控／缓释肥在pH.5的磷酸盐缓冲液中的溶出率显著高于在pH.7的磷酸盐缓冲液中的溶出率。因此,对于不同包膜材料控／缓释肥以一定pH值的微酸性缓冲溶液作为浸提剂,定期更换浸提液或采用动态流法,相同的氮(或磷、钾)水比,30℃左右的浸提条件是较为合理的。     

控释尿素养分速测及在田间土壤中氮素释放率研究

介绍了一种树脂包膜尿素工厂在线质检的养分速测方法,即,100℃快速浸提对二甲氨基苯甲醛分光光度法,建立了该方法与缓释肥料国家标准(GB/T23348-2009)中规定的25℃静水浸提凯氏定氮法测定结果之间的相关关系,验证了该速测方法预测计算肥料养分释放期的可行性;将控释尿素施用于田间土壤,实时监测土壤的温湿度状况,对比了控释尿素在25℃水与田间土壤中的氮素累积释放趋势。结果表明:(1)100℃浸提对二甲氨基苯甲醛分光光度法可以准确的预测树脂包膜尿素在25℃下的养分释放率和养分释放期。应用此法测定预测样品S1和S2的养分释放期的误差分别只有0.10d和1.75d,相对误差不超过2.3%。(2)控释尿素S1、S3分别在25℃水中与田间耕层土壤(75%相对含水量)中的氮素释放趋势基本一致。25℃静水与耕层土壤的温差(5℃)较小,不足以引起肥料在两介质中氮素累积释放率的显著差异。     

控释尿素不同施用条件下冬小麦产量和氮素利用效应

采用田间试验方法研究了控释尿素不同施用条件对冬小麦产量、氮素利用和经济效益的影响。试验共设7个处理,即CK(空白处理,不施氮肥)、100%PU10/0(普通尿素全量基施,N 240 kg·hm-2)、100%PU6/4(60%的普通尿素基施、40%的普通尿素于拔节期追施,N 240 kg·hm-2)、80%PU6/4(60%的普通尿素基施、40%的普通尿素于拔节期追施,N 192 kg·hm-2)、100%CRU(全量树脂包膜控释尿素基施,N 240 kg·hm-2)、80%CRU(80%树脂包膜控释尿素基施,N 192 kg·hm-2)和40%CRU+40%PU(40%树脂包膜控释尿素+40%的普通尿素基施,N 192 kg·hm-2)。结果表明,无论是产量效应还是氮素利用效应,树脂包膜控释尿素(CRU)处理总体优于普通尿素(PU)处理,尤其树脂包膜控释尿素和普通尿素配施(40%CRU+40%PU)效果最佳,以7 709 kg·hm-2的产量、36.44%的氮肥吸收利用率、15 946元·hm-2的相对净收入达到处理间最高水平。该处理在减少氮素投入量的情况下,不仅促进了冬小麦增产,而且显著提高了肥料的利用率,拥有较高的产投比。因此,树脂包膜控释尿素和普通尿素的配施处理(40%CRU+40%PU)是本试验条件下最优的氮肥处理。     

Controlled-release NPK fertilizer encapsulated by polymeric membranes

The commercial granular fertilizer NPK6-20-30 was coated using polysulfone (PSF), polyacrylonitrile (PAN), and cellulose acetate (CA). The coatings were formed from the polymer solutions by the phase inversion technique. Measurements of the thickness and porosity of the prepared coatings and a microphotographic observation of the coatings were performed. The physical properties of the coatings influence the release rate of macronutrients which are present in the core of the coated fertilizer. In the case of PAN coating with 60.45% porosity, prepared from a 16% polymer solution, 100% of NH(4)(+) and P(2)O(5) was released after 4 h of test and 99.7% of K(+) after 5 h of test, whereas in the case of coating with 48.8% porosity, 31.8% of NH(4)(+), 16.7% of P(2)O(5), and 11.6% of K(+) was released after 5 h. In all experiments, different selectivities of the coatings in terms of the release of components were observed. The release of potassium through the coatings made of PSF and PAN was the slowest. The same tendency was observed for the release of nitrogen through a coating of CA. The release of fertilizer active components was the slowest in the case of PSF. The lowest porosity coating was prepared from the 18% PSF solution.     

Use of polysulfone in controlled-release NPK fertilizer formulations

Encapsulation of fertilizers in polymeric coatings is a method used to reduce fertilizer losses and to minimize environmental pollution. Polysulfone was used for a coating preparation for soluble NPK granular fertilizer in controlled-release fertilizer formulations. The coatings were formed by the phase inversion technique (wet method). The influence of the polymer concentration in the film-forming solution on the physical properties of the coatings was examined. The coating structure controls the diffusion of the elements from the interior of the fertilizer granule. It was experimentally confirmed that the use of polysulfone as a coating for a soluble fertilizer decreases the release rate of components. Moreover, the release rate of nutrients from coated granules decreases with the decrease of the coating porosity. In the case of coating with 38.5% porosity, prepared from 13.5% polymer solution after 5 h of test, 100% of NH(4)(+) was released, whereas only 19.0% of NH(4)(+) was released after 5 h for the coating with 11% porosity. In addition, coating of fertilizers leads to improvement of handling properties, and the crushing strength of all coated fertilizers was an average 40% higher than that for uncoated NPK fertilizer.