木质素基缓释氮肥曼尼希合成机理及氮素释放规律研究

The easy loss characteristic of traditional nitrogen fertilizers lead to low use efficiency of nitrogen and the pollution of soil and water system, meanwhile, the great quantity of lignin from paper making industry causes serious environment pollution too. However, lignin can be chemical combination with nitrogen fertilizer into slow release fertilizer and it will reduce the environment pollution of traditional nitrogen fertilizer and lignin, and maximize the use of this two kinds of resources. After improved reaction activity by phenol pretreatment, lignin will be chemically synthesized into slow release nitrogen fertilizer by Mannich reaction which introduced amino group into lignin framework. The best technology conditions of Mannich reaction will be screened from different reaction conditions. The chemical structure of the products will be characterized and the mechanism of Mannich reaction will be revealed by FTIR and NMR. The nitrogen release performance of the lignin based slow release fertilizer will be studied by hydrostatic test, soil column test and pot experiment. This project will reduce the pollution of lignin discharge to the environment and transform lignin to slow release fertilizer. Overall，this project has great development potential and a very bright application prospect.

传统氮肥易流失而导致氮素利用率低且污染土壤和水体，另外造纸工业的大量废渣木质素也引起了严重的环境污染。但木质素通过化学改性可以与氮肥结合成缓释氮肥，既能减少传统氮肥和木质素对环境的污染，又能最大化利用这两种资源。本研究拟先采用酚化预处理提高木质素的反应活性，再经曼尼希反应把胺基引入木质素结构中，从而合成出木质素基缓释氮肥。通过调整反应条件，优选出曼尼希反应合成木质素基缓释氮肥的最佳工艺条件与技术。并通过红外光谱(FTIR)和核磁共振光谱(NMR)表征反应产物的化学结构，揭示这一系列反应的化学机理及产物的结构与性质；并通过静水试验、土柱试验和盆栽试验研究木质素基缓释氮肥的氮素释放规律。本研究不仅能减少木质素排放和传统氮肥导致的双重环境污染，又能转化生产木质素基缓释肥，开发潜力巨大，应用前景广阔。

项目背景：通过木质素酚化改性和曼尼希反应引入胺基合成缓释氮肥，优化合成工艺并研究其化学机理，既能减少木质素排放和传统氮肥导致的双重环境污染，又能转化生产木质素基缓释肥，开发潜力巨大。.主要研究内容：完成了工业木质素的酚化改性、羟甲基化改性，并通过曼尼希反应制备了木质素基缓释氮肥，明确了木质素基缓释氮肥在土壤中的氮释放规律。通过液相化学交联制备了木质素基水凝胶，土壤持水能力和土壤氮磷钾养分的保持研究表明养分缓释及其保水性能良好。通过对甲基脲的负载制备了羟甲基化木质素载体脲甲醛缓释氮肥以及研究了其缓释性能，探究了木质素羟甲基化改性的机理，同时完成了木质素炭基缓释肥的制备。还进行了木质素基吸附剂的研究，用于去除水体中四环素以及六价铬。发表论文9篇，其中SCI收录6篇。.重要结果：工业碱木质素在酚化改性后，木质素结构中H型结构单元的含量明显增多，曼尼希反应的活性位点含量也从最初的2.91 mmol/g增加到了8.26 mmol/g，这表明酚化改性显著提高了工业碱木质素的反应活性。通过曼尼希反应，得到一种高含氮量（10.13%）和低碳氮比（6.08）的木质素基缓释氮肥。.该木质素基缓释氮肥在单施的条件下，绝大部分的养分会在施入土壤后的28天以后逐渐分解并释放，它也可以通过自身的降解在一个较长的时期内向土壤中释放养分，因此是一种良好的长效缓释氮肥。木质素基水凝胶可以提高土壤的最大持水能力，减少土壤饱和导水率，同时在一定程度上减少土壤氮、磷、钾养分淋溶损失。木质素炭基缓释肥具有较高比表面积（1923.51 m2/g）、孔体积（0.82 cm3/g），具有良好的氮素缓释效果。.科学意义：揭示了酚化改性和通过曼尼希反应把木质素转化为缓释氮肥的化学机理及性质，将工业木质素变废为宝，制备木质素基缓释氮肥，既减少环境污染，又能提高传统氮肥的利用率，应用前景广阔。