含多种天然组分保水剂的制备及其对KH2PO4的缓释效果研究

以天然产物腐植酸(HA)、羧甲基纤维素钠(CMC)、蒙脱土(MMT)为复合组分,丙烯酸为聚合单体,使用水溶液聚合法制备了一种含有多种天然组分的环境友好型保水剂,用红外光谱、扫描电镜和热重/差示扫描量热分析对保水剂的结构和热性能进行了表征。分析了聚合工艺条件如HA、MMT、CMC和交联剂用量对保水剂吸水倍数的影响规律。保水剂在蒸馏水和0.9%NaCl溶液中的吸水倍数分别为801倍和87倍。探索了保水剂对磷酸二氢钾(KH2PO4)的负载和缓释性能,结果表明,MMT的加入以及适度的交联可显著提高保水剂对KH2PO4的负载率,并有效减慢其对KH2PO4的释放率,HA可明显提高保水剂的吸水性能,但对KH2PO4的负载和释放影响不大。     

复合保水剂吸水保水性能及其应用

为了促进自制的复合保水剂(以下称复合保水剂)在节水型设施基质栽培中的合理应用,该文比较了复合保水剂和对照保水剂(旱宝贝MP3005KM)的吸水保水性和发芽率,以β-环糊精(β)、羧甲基纤维素钠(CMC)、可溶性淀粉(K)、竹炭粉(Z)和玉米芯热解粉(TD)为原料,采用水浴加热法制备,分析5种保水剂的pH值、溶胀度、吸水速率、失水速率、反复吸水性并进行发芽试验,对结果进行方差分析和多重比较。结果表明:4种复合保水剂性能均优于对照,其中以β-环糊精+羧甲基纤维素钠+可溶性淀粉+玉米芯热解粉配方的复合保水剂为最优,溶胀度达183.98mL/g,吸水速率最大,失水速率最小,发芽指数达对照的7倍。该研究可为中国未来保水剂的研究开发、生产和应用提供参考。     

利用小麦秸秆制备的保水剂性能研究

[目的]以小麦秸秆纤维素接枝丙烯酸制备保水剂,并检测各因素对保水剂吸水性能的影响,探索制备保水剂的最佳反应条件,以期制备出成本低,降解性好,保水性高的新型保水剂。[方法]采用水溶液聚合法制备保水剂,并通过单因素试验和正交试验来确定最佳反应条件,对合成产物的吸液倍率、保水性能和表观形态进行测定与表征。[结果]温度为70℃,去离子水用量为160ml,2.0%N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)用量为9ml,引发剂(过硫酸钾:硫代硫酸钠=3∶1)与丙烯酸单体比为2.0%,丙烯酸中和度为70%,反应时间为1h,合成的保水剂具有较高的吸水或盐水倍率,1g保水剂吸0.9%NaCl溶液41.2g/g,吸去离子水430.9g/g。红外光谱分析和电镜扫描结果表明,保水剂胶体接枝聚合成功,胶体具有良好的表面形态。[结论]制备的保水剂吸液速率快、重复吸水效果较好。保水剂在氯化铁溶液中吸水倍率最高,达到113g/g。复合离子溶液中,在离子浓度为1g/L时吸水倍率最高达57g/g。     

γ射线引发合成P(AA-co-AM)/FA新型农林保水剂的性能研究

为了合成绿色环保农林保水剂,解决农林保水剂功能单一的问题,以丙烯酸和丙烯酰胺为原料,富里酸为添加剂,通过~(60)Co-γ射线引发合成聚丙烯酸/丙烯酰胺/富里酸[P(AA-co-AM)/FA]高吸水性材料,探讨了辐照剂量、FA添加量对保水剂吸水倍率、吸盐倍率的影响,保水剂的反复吸水性能以及其对土壤水分的影响。结果表明,当保水剂中富里酸(FA)含量为15 wt%,辐照剂量为6 kGy时,吸水倍率和吸0.9%NaCl溶液倍率分别为437倍和61倍;30 min达到溶胀平衡,重复吸水10次后,保水剂溶胀倍率为199倍,下降54%;自制保水剂的施用明显增加了土壤含水量,促进了玉米生长。该方法提高了保水剂的吸水保水性能,克服了传统合成方法污染大、能耗高等问题,同时具有多功能性,合成的高吸水性材料适合制作农林保水剂,为植酸类保水剂合成工艺提供了参考。     

魔芋辐照接枝丙烯酸及其产物吸水性能的研究

研究了魔芋-丙烯酸辐照接枝共聚条件及产物的吸水性能,结果表明接枝最佳配方为:魔芋粉∶丙烯酸∶NaOH(9.5mol/L)∶水=3g∶21ml∶17.8ml∶131ml。丙烯酸与魔芋粉配比为7∶1(体积质量比);丙烯酸中和度55%;辐照后胶体最佳烘干温度30℃,该温度下40~80目颗粒吸水倍数较大,常温120min时达最大吸水866.5倍。温度对产物吸水和胶体保水有一定影响,以60℃以下为宜。pH对产物吸水倍数影响明显,但不及离子浓度对产物吸水倍数的影响大。     

麦麸纤维素与腐植酸复合保水剂的制备及性能

[目的]研究利用麦麸提取的纤维素与腐植酸共聚制备复合保水剂的方法及其性能,以解决现有保水剂生物难降解,成本高,污染大,再生性能差等问题。[方法]采用碱法从麦麸中提取纤维素,首次与腐植酸、丙烯酸水溶液聚合制备了复合保水剂。用扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TG)分别对树脂的表面形貌、热稳定性进行了表征,考查了NaOH、引发剂、交联剂、麦麸、腐植酸用量对复合保水剂吸水率的影响,并对温度、不同交联剂、再生性能进行了探讨。[结果]麦麸质量0.15g,丙烯酸20ml,交联剂(N,N-亚甲基双丙烯酰胺)的质量是丙烯酸质量的0.03%,引发剂的质量是丙烯酸质量的0.8%,腐植酸0.1g,NaOH浓度80%,温度80℃时,吸水倍率最高,蒸馏水达到了989g/g,对地下水的吸水倍率达到了120.34g/g。对盐水的吸水倍率达到了62.76g/g。[结论]实验方法制备的保水剂再生性能、热稳定性良好,较文献报道的保水剂吸水效果优异,可以在实际生产和生活中推广应用。     

2种型号保水剂的特性及其应用研究

通过室内与样地试验相结合,分别研究2种型号保水剂的吸失水特性,以及与其它材料复配后对种子发芽、植物生物量、水土流失的影响。结果表明:2种型号保水剂的吸水倍率随复合肥溶液浓度的增加而减小,与吸水时间呈明显的对数相关;M(0.1%)和M(0.2%)保水剂的时蒸发量达到0.896g,在不同时间段M(0.05%)失水速率的相对差异性较小;保水剂、25%五福克悬浮种衣剂以及菌剂的复配可以为种子的萌发以及植物的生长营造良好的生长环境;保水剂与复合肥的复配施用于植物,通过改变水分时空分配和土壤理化性质及提高植物覆盖度,可以延缓黄土坡地的产流时间,减小地表径流、径流系数、泥沙含量和降雨侵蚀量。未来,保水剂在育苗和水土保持应用上有很大的开发空间。     

两种农用高吸水树脂的制备工艺及其土壤保水效果

针对中国目前农用高吸水树脂的研制和应用相对落后的现状，通过自行设计的工艺流程合成了两种淀粉接枝型高吸水树脂(SA和SAM)，利用正交试验设计优化了反应条件。用红外光谱和扫描电镜对接枝共聚物进行了表征，光谱分析证实了接枝共聚物的存在，扫描电镜显示了其多孔网状结构。两种接枝产物在蒸馏水及0.9%氯化钠湿基水溶液中均表现出较高的吸水能力。土壤蒸发试验结果表明，两种吸水树脂能够显著抑制土壤表面的水分蒸发，抑制蒸发作用随着树脂施用量的增加而增强，三元吸水树脂SAM优于二元SA的抑制效果。     

超强保水剂的制备及其性能评价

具有合适颗粒结构(毫米级)和组成的保水剂才能充分发挥其保水效力,但制备较困难。以丙烯酸铵或其钾盐和丙烯酰胺与适量的交联剂共聚,采用油柱亚稳定状态成型工艺,选择合适规格的滴头,通过使用较少的表面活性剂,尽量加快料液聚合反应速度的方法,使制备的毫米级颗粒的粒径得到了有效的控制。研究表明:在树脂中加入适量的三乙醇胺,能够显著提高其耐盐性,并对吸水速度及保水效率有一定改善;在满足快速反应,并且聚合物链长足以提供足够交联度的前提下,交联剂用量降低对于提高保水剂的综合性能有显著作用;用质量比为1∶3的丙烯酰胺和丙烯酸共聚得到的树脂,在含有适量三乙醇胺的情况下,成品粒径在0.8mm时具有较好的综合性能。     

PAM-atta复合保水剂的保水性能及影响因素研究

针对目前保水剂成本高、耐盐性差和实际应用效果不理想等因素，该文以丙烯酰胺和凹凸棒黏土为原料合成了有机-无机复合保水剂(PAM-atta)，模拟实际应用情况并对其吸水、释水及耐盐性能进行了研究。结果表明：加入凹凸棒黏土合成的PAM-atta型复合保水剂具有更高的吸水倍数和耐盐碱性能，综合性能优于单一聚丙烯酰胺类保水剂。     

复合营养长效保肥保水剂应用及其缓释节肥效果

为探索保水剂与肥料复配混合后的缓释节水效果。该文应用整体法将N、P、K 3种植物必需的营养物质与保水剂进行复合自制复合营养长效保肥保水剂（简称复合保水剂）,并采用盆栽对比方法,通过观测植株生长指标与植株N、P、K含量、植株含水量试验了这种复合保水剂应用效果。结果显示：复合保水剂、保水剂、混合肥料与对照之间对一年生黑麦草出苗率的影响差异不显著;复合保水剂处理与对照处理相比提高株高达12%～47%,提高生物量达1.3～5.6倍;复合保水剂显著的提高植物体内水分含量及水势;与同营养型肥料配方处理的生物量比平均高出3.88倍;复合保水剂与同营养型的混合肥料处理相比,提高N元素表观利用率可提高0.2～1.9倍,P元素表观利用率可提高0.23～2倍,但是K元素表观利用率则减少了33%～200%。复合保水剂对黑麦草出苗率没有影响;复合保水剂处理可以显著增加黑麦草的苗期生长量;复合保水剂处理可显著提高黑麦草的N、K利用率,复合保水剂可以减少肥料的使用量,并能大幅度提高其利用率,用整体法制备复合保水剂的方法可行,可以起到保水保肥的效果。     

Properties of Superabsorbent Polymer Injury to Corn Plant

ABSTRACT

The aims of this study were to explain the mechanism of plant injury related to superabsorbent polymers applications. For evaluation of root and shoot biomass, superabsorbent polymers were used at four levels including: 0%, 0.2%, 0.4% and 0.8% of dry soil equal to Control 1, Low, Medium, and High, respectively. For evaluation of grain budding, grains were located onto 600 g superabsorbent polymers absorbing 100, 200, 300 and 400 g deionized water (DW) g^?1 equal to S1, S2, S3 and S4, respectively. For evaluation of plant physiology, the superabsorbent treatments including DW as control treatment (Control 3) and four levels of water amount, including 100, 200, 300 and 400 g g^?1 equal to W1, W2, W3 and W4, respectively, were considered. The results showed that the root dry biomass in Low, Medium and High treatments was decreased by 12.5%, 17.5% and 37.5%, and shoot biomass by 27.8%, 33.3% and 58.3%, respectively, as compared to Control 1. Besides, the grains vigor index in superabsorbent polymers treatments was decreased by 40.0–53.5%, and declined with reducing water absorbed by superabsorbent. Compared to Control 3, root vigor (RV) in treatments W1, W2 and W3 was significantly decreased, by 45.1%, 26.8%, and 24.4%, respectively, however there was no significant variation in RV between W4 and Control 3. Finally, appropriate assessments should be performed to reduce the negative impacts of superabsorbent polymers by decreasing acrylic acids and/or Na⁺ amount in the crops.

Abbreviations: AcAc: Acrylic acids; ARS: Automatic root scanner; CAT: Catalase; DW: Deionized water; DAC: Day after cultivation; DAB: Day after breeding; DB: Dry biomass; FB: Fresh biomass; MDA: Malondialdehyde; PG: Plant growth; RL: Root length; RV: Root vigor; ROS: Reactive oxygen species; SAP: Superabsorbent polymer; SW: Soil water; SOD: Superoxide dismutase; SA: Surface area; VI: Vigor index; WRC: Water retention capacity.     

Surface-active properties of particle size fractions in two humic acids

The relationships between surface active properties and humic acid (HA) particle sizes were investigated. Two HAs from an Ando soil and a Brown forest soil were separated into 6 particle size fractions by gel permeation chromatography. Surface-active properties characterized by surface excess value (\gT mol cm^-2), cross-sectional surface area per molecule (A nm²), critical micelle concentration (CMC g L^-1), efficiency and effectiveness of water surface tension reduction were obtained by the measurement of the surface tension of HA solutions from different particle size fractions. For the HA from the Ando soil, except for the smallest particle size fraction, increasing particle size enhanced the efficiency of reduction of the water surface tension and decreased the CMC, while the effectiveness of reduction of the water surface tension was about the same. The surface activity of the HA from the Ando soil increased with increasing particle size. This phenomenon was similar to the surface activity of a homologous series of surfactants, which increased with increasing alkyl chain length. For the HA from the Brown forest soil, the smallest particle size fraction and three large fractions showed a high efficiency, namely a high surface activity. The smallest fraction from the Brown forest soil showed the highest efficiency and the lowest CMC value. In both HAs, the smallest particle size fraction showed exceptional surface-active properties compared with the other fractions and three fractions with large particle size showed a higher surface activity than other smaller fractions.     

高分子保水剂在土壤水肥保持和污染治理中的应用进展

高分子保水剂(super absorbent polymer,SAP)是一种具有高吸水和保水能力的高分子聚合物,应用土壤具有水肥保持和土壤改良等多重效应,近年在农业生产、水土保持和污染治理中应用受到重视。该文通过作者多年研究积累和文献综合分析,回顾了高分子保水剂发展历程,提出其效应原理的理论体系,包括保水剂自身吸水、保水和释水原理,保水剂促进土壤改良和保持效应原理;保水剂提高肥料等农化产品利用效率原理;保水剂调节植物生理节水效应原理和固化土壤重金属效应原理。此外,文章对保水剂在农业水肥保持与高效利用、土壤重金属污染治理等方面的研究进展进行了系统分析,并根据其存在问题,指出加强新型产品研制及其应用基础研究,加快应用技术推广是保水剂发展的主要方向。     

土壤特性对保水剂吸水性能的影响

该文测试了保水剂与砂壤土、壤砂土、砂黏壤土1和砂黏壤土2四种土壤混合后的吸水倍率,研究了土壤特性对保水剂吸水性能的影响,混合时土壤为风干土,保水剂与土壤的混合比例为0.5%。结果表明：与对照相比,保水剂与土壤混合后明显降低了吸水倍率,且随着吸水时间加长,降低幅度增大。吸水10 min后,吸水倍率下降14.4%～58.0%,70 min后,下降41.8%～90.2%。研究认为：吸水初期,吸水倍率主要受土壤孔隙特性的影响,随着吸水时间的加长,土壤溶液中离子增多,对保水剂吸水倍率产生了影响。土壤溶液中离子量与黏粒含量有关,黏粒含量高,土壤溶液中离子量大,反之则小,保水剂在黏粒含量高的土壤中的吸水倍率较在黏粒含量低的土壤中低。与土壤混合还改变了保水剂的吸水规律,对照中,吸水倍率随着吸水时间加长而加大,达到最大后趋于稳定;而在土壤中,短时间内吸水倍率达到最大,随着吸水时间加长,吸水倍率逐渐下降。     

保水剂对粘质潮土团聚体分布、稳定性及玉米养分积累的影响

通过玉米盆栽试验,研究了4种不同类型保水剂对粘质潮土团聚体分布、稳定性和玉米养分积累及吸收利用的影响。结果表明:保水剂保水效果在玉米生长中后期显现,收获期各处理土壤含水量比对照提高21.45%~65.09%;通过计算5种土壤团聚体特征参数并分析其与土壤粒径组成的相关性发现,聚丙烯酸钠(WT_1)与自制有机肥型保水剂(OSC)的土壤水稳性大团聚体数量(R_(0.25))比施肥处理(T_1)显著提高72.40%和58.00%,平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)较T_1分别显著提高45.91%,67.89%和57.34%,64.11%,土壤不稳定团粒指数(E_(LT))显著降低18.51%和14.83%;各保水剂处理使分形维数(D)降低0.10%~2.64%;GMD与土壤各级颗粒含量均呈极显著相关(p0.01),较其他参数可更准确的反应土壤团聚体分布及稳定性;聚丙酰胺型保水剂(AS)和OSC对于土壤氮素的保持和促进氮素转化效果更好,籽粒含氮量比T_1分别显著上升10.37%和15.67%。OSC对提高土壤团聚体和促进养分吸收利用均具有显著效果,这对进一步研制复合功能保水剂提供了参考。     

环境友好型保水剂的合成、性能及应用

[目的]以过硫酸铵(APS)为引发剂,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)为交联剂,通过壳聚糖(CTS)和瓜尔胶(GG)接枝丙烯酸(AA)制备新型高耐盐保水剂,探究其合成过程最佳反应条件,研究其对盐碱地土壤保水保肥的效果。[方法]利用水溶液聚合法制备保水剂,通过单因素试验(AA中和度、GG投加量、APS用量、NMBA用量)研究保水剂的最佳合成条件,用FTIR和SEM对产物进行表征,并对产物的环境适应性(盐溶液类型及浓度、溶液pH值)及其加入盐碱土后对于土壤水肥保持的效果进行研究。[结果]当AA中和度为85%,GG投加量为0.2g,APS与NMBA用量分别为单体总量的0.3%和0.02%时,该保水剂在去离子水和0.9%NaCl溶液中的吸收效率分别为1 128g/g和185g/g,此时产物的吸收效果达到最佳。红外光谱与电镜扫描分析结果表明CTS,GG和AA都参与了聚合反应,产物具有较好的空间网络结构与表面形态。该保水剂在溶液pH值为4~10的范围内吸收效率较稳定,但是当溶液中存在阳离子时其吸收效率明显降低,阳离子类型对其吸收效率的抑制作用从大到小依次为:Mg2+Ca2+Na+K+。当保水剂加入到盐碱土时,既能提高土壤持水能力又能抑制土壤氮肥和钾肥的淋溶损失。[结论]本研究自制保水剂具有较好的耐盐效果,环境适应性强,单体环境友好,将其加入盐碱土壤时能够有效降低土壤水肥的淋溶损失。     

4种剂型保水剂吸水和保水特性研究

对旱宝贝保水剂（B）、植物体保水剂（D）、营养型保水剂（N）、生态功能型保水剂（L）等4种剂型保水剂的吸水与保水特性,粒径与吸水倍率关系以及冷冻对吸水和保水性的影响进行了研究。结果表明,不同剂型保水剂均具有较好的吸水性,但剂型不同,吸水特性不同。吸水过程中,L型保水剂具有明显的吸水高峰;B3和N型保水剂吸水曲线平缓,达到吸水饱和所需时间较长;吸水初期,D型保水剂的吸水速率大于B3和N型保水剂,之后则变小。同种溶液中,保水剂的吸水倍率表现为L型保水剂最大,B3和N型保水剂次之,D型保水剂最小;不同溶液中,保水剂吸水倍率表现为：蒸馏水〉井水〉土壤提取液。剂型不同,保水性不同;充分吸水情况下,保水剂吸水倍率越大,完全失水所需时间越长;相同吸水量下,4种保水剂间保水性差异可分为差异显著期和差异不明显期。成份相同的保水剂,小颗粒吸水较快,大颗粒吸水较慢。水溶液中的离子对保水剂影响较大,能显著降低其吸水倍率。经冷冻处理后,保水剂的吸水倍率和保水性变化不大。     

高分子多肽衍生物防治风蚀的风洞试验

利用高分子化学材料改善地表结构进行化学固沙,是防治风蚀的重要措施之一。为寻找有效的高分子化学材料防治黄土高原北部水蚀风蚀交错区风积沙及沙黄土风蚀,将不同剂量(0(喷清水为对照)、0.4、0.6及1.2 g/m~2)的4种高分子化学材料聚丙烯酰胺(polyacrylamide,PAM)、阳离子羟丙基多糖(cationic hydroxypropyl quito sugar,Jag C162)、羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose,CMC)及羟丙基化多糖(hydroxypropyl polysaccharide,HP-120)喷施于沙黄土及风积沙表面,进行室内风洞试验,测定其风蚀率及表面固积层硬度。结果表明:喷施不同剂量的高分子化学材料PAM、Jag C162、CMC及HP-120于沙黄土及风积沙表面均能显著降低松散扰动沙黄土及风积沙的风蚀率(P0.05)。总体而言,在相同条件下,与其他3种材料相比,PAM防治沙黄土表面风蚀的效果最好,而CMC在防治风积沙风蚀效果最好。喷施4种化学材料于沙黄土和风积沙表面均能显著增加固结层的硬度(0.4 g/m~2 Jag C162除外),且PAM对提高沙黄土表面硬度效果较好,Jag C162、CMC及HP-120对提高风积沙结皮硬度效果较好,其中CMC效果最显著;使用4种高分子化学材料防治风积沙和沙黄土风蚀时,当施用剂量控制在1.2 g/m~2时,几乎可以抵御14 m/s的大风,历时20 min的吹蚀而不产生风蚀。