适用于新疆干旱条件下微水溶性PVA/CMC共混膜缓释氮肥的制备及缓释机理研究

针对温度依赖型为主的缓释肥料在新疆干旱条件下难以应用的问题，项目以自制的棉杆源CMC为原料，与PVA共混制备微水溶性PVA/CMC膜，探讨微水溶性共混膜制备工艺参数与膜超微结构、水溶性、耐水性、透水性、降解性等性能间的相关性；以微水溶性PVA/CMC共混膜进行包膜制备微水溶性缓释氮肥，揭示共混膜的厚度、孔隙度、颗粒半径等结构特征与肥料释放行为间的关系；在模拟干旱土壤和自然降雨条件下研究氮肥在不同pH、温度、水蒸气压和盐分浓度等环境因素下的累积释放曲线，建立微水溶性PVA/CMC共混膜缓释氮肥的扩散行为和释放动力学数学模型，探索微水溶性缓释肥的缓释机理，并以新疆主要经济作物之一棉花进行盆栽试验验证缓释肥肥效，为开发利用适合新疆干旱区微水溶性缓释肥奠定理论基础和提供技术支持，也为棉杆源CMC的有效利用提供新途径。

针对微水溶性包膜肥料的制备与缓释特性，以棉杆源CMC为原料共混PVA制备微水溶性缓释氮肥，研究了微水溶性共混膜制备工艺参数与膜性能间的关系；研究了包膜工艺条件对PVA/CMC共混膜氮肥缓释的影响，揭示了膜厚度对其释放性能的调控作用；考察了环境条件对尿素释放动力学行为的影响，探索了微水溶性PVA/CMC共混膜缓释氮肥的缓释机理；尝试了乳化交联法制备PVA/CMC共混缓释氮肥；为拓展CMC材料的用途，开发了CMC-丙烯酸新型吸附剂并将其应用于染料脱色。主要结论如下：.1）获得了微水溶性PVA/CMC共混膜制备工艺参数，发现PVA和交联剂含量是影响共混膜性能的主要因素，最优条件下制备的PVA/CMC包膜尿素缓释性能超过国家标准要求；2）证实流化床热风温度和流速是影响流化床PVA/CMC共混膜包膜氮肥的主要技术参数，膜厚度是影响包膜肥料缓释效果的重要因素，在流化床热风温度为70℃、热风流速1.5~2.0 m/s，制备的PVA/CMC共混膜缓释氮肥的膜厚度在30~50 μm范围时，缓释效果最好；3）确定了微水溶性缓释氮肥在不同环境条件下的养分释放规律，在pH值为7.0～9.0范围内，肥料具有良好的缓释性能；盐离子对PVA/CMC共混膜起到盐析的作用，盐离子导致的蒸汽压越低，尿素释放速率越低；温度每提高10℃，养分释放速率将提高1.0～1.2倍，但缓释肥料对温差变化具有很好的缓冲性能；棉花盆栽试验表明PVA/CMC共混膜缓释肥对棉花出蕾具有显著的提高作用，PVA/CMC共混膜缓释肥提供了持续的氮素供棉花生长，且提高了棉株的抗干旱和盐碱胁迫能力；尿素释放动力学研究显示PVA/CMC共混膜缓释肥料的释放机理为非Fick扩散；4）采用乳化交联法制备微水溶性PVA/CMC共混缓释氮肥，最优条件为CMC：PVA为3：2，尿素加量为5%；5）开发了基于棉秆CMC的CMC-丙烯酸吸附剂制备方法，CMC/丙烯酸吸附剂对甲基橙、分散蓝和孔雀石绿的去除率达到84%以上，显示出了染料吸附的普遍性，且发现CMC/丙烯酸吸附剂通过二级动力学吸附和Temkin 等温吸附机理吸附机理吸附染料，属于化学吸附过程。.研究结果说明基于CMC的聚合物材料在缓释和吸附剂材料方面均具有应用潜力，对其结构和制备工艺的进一步优化将有利于促进其发展。在该基金的支持下，培养硕士研究生1名，发表论文4篇，其中SCI收录论文2篇。