基本信息
- 项目名称：
- 以甘蔗渣、磷矿粉为原料制备NPK控释型保水剂
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品以丙烯酸、甘蔗渣及磷矿粉为主要原料，在丙烯酸共聚交联该过程中填充低品位磷矿粉，使磷矿粉在酸性微环境中逐渐溶蚀释放出磷素养分。同时采用KOH与氨水对丙烯酸部分中和的方法，在聚合树脂中引入速效钾及铵态氮，最终制备成一种集吸水、保水及缓控释氮磷钾养分于一体的新型保水剂。该保水剂能极大提高水肥利用率，并能在干旱的土壤中持续释放水分及养分，促进我国干旱地区农作物的生长。
- 详细介绍：
- 旱灾是影响我国粮食生产的主要因素，其造成的粮食损失占全部自然灾害粮食损失的一半以上。特别是这两年来云南省及北方大部分省市遭遇了百年一遇的严重旱灾，灾情延续的时间长，范围广，造成了巨大的经济损失。因此,在干旱环境的农业生产迫切需要能持续释放水分及养分保水剂。 本项目以丙烯酸、甘蔗渣、磷矿粉等为主要原料。在丙烯酸交联共聚过程中填充经改性甘蔗渣助悬、包裹处理的磷矿粉，使磷矿粉在酸性的微环境中逐渐溶蚀释放出磷素养分，同时通过以KOH及氨水对丙烯酸进行部分中和的方法引入速效钾及铵态氮，实现水肥调控农艺技术和化学制剂保水节水技术物化，方便实现水分、养分的一体化调控。所得产品吸水保水性能好、耐盐性能优越，并通过促释NPK，以养分促根，以根提水，减轻干旱对农业的危害和增加作物产量。 本项目的创新性在于将水肥调控技术及保水剂技术相结合，改变了传统保水剂性能单一的的缺点。并充分利用农业废弃资源甘蔗渣和低品位的磷矿粉，不仅降低了原料成本，还减少了保水剂丙烯酸单体残留对作物的毒害作用。同时肥料与保水剂结合，极大减少了肥料流失，可大幅度降低施肥费用，并遏制目前肥料流失带来大量耕地重金属污染的问题。产品合成条件简单，适合规模生产，具有很好的应用性和市场竞争能力，能较好地弥补现在市场上同类产品的缺陷，对于干旱地区农业及城市绿化的发展也将具深远的现实意。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计及发明目的： 中国作为一个人口大国，粮食生产直接关系到民生问题。然而近几年来旱灾不断，其造成是粮食损失占全部自然灾害粮食损失的一半以上。从2010年云南百年特大干旱到今年北方多个省市的大面积干旱，大量水稻、小麦等粮食作物枯死，造成直接经济损失过百亿并间接引起国内粮食价格上涨。另今年全国环保转型行动会议将专项行动重点“剑指”重金属污染问题，全国每年因被重金属污染的粮食高达1200万吨。而造成土壤重金属污染的一个最主要的原因是大量化学农药流失所致。该作品的目的在于寻求一种新的水肥供应方式，解决目前国内干旱农作物生长及肥料流失两大难题。 创新点及技术关键： 以丙烯酸、蔗渣（纤维素）为主要原料，添加低品位磷矿粉并通过聚合形成穿插交联型复合树脂，得到一种高效缓控释型保水材料。磷矿粉包裹于保水剂中，借助保水剂内部聚丙烯酸提供的弱酸性环境对其活化，解决磷矿粉活化的难题同时还使保水剂具有缓控释养分的能力。通过肥料与保水剂结合的方式将肥料固定，极大降低水肥流失及缓解其带来的诸多环境问题。同时产品在干旱的土壤中可持续释放水分及肥料，保持土壤湿度并促进农作物得生长。此保水剂不但具有优越的保水性能，而且还具有很好的吸盐倍率、长效缓释肥料、环境友好、成本低廉、工艺简单等特点。能够有效改善目前市场上保水剂性能单一的缺陷，并对以后同类产品的研究提供理论和实验基础。
科学性、先进性
- 目前市场上的产品也非常多，包括了美国、日本等国家知名企业生产的产品保水效果不错，但经深入研究发现，不少产品存在严重缺陷，第一是不少聚丙烯酸型的保水剂残留丙烯酸单体过多，使用一段时间后释放的酸性单体对农作物有害，会造成作物死亡或减产；第二是成本高、价格贵；第三是在盐水中吸水和保水性能不佳；第四是功能单一，不能对植物提供所需养分。 本课题所研制的新型保水剂是以丙烯酸、改性甘蔗渣（纤维素）为主要合成原料，并加入低品位的磷矿粉形成穿插交联型复合树脂，所得产品不但具有优越的保水性能，而且还具有很好的吸盐倍率，增效低毒、长效缓释肥料、环境友好、成本低廉、工艺简单等特点。并对废弃资源的开发和利用等方面有潜在的促进作用。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年度，华南农业大学“丁颖杯”大学生课外学术科技作品竞赛中，获一等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 跟目前市场上只有单一保水性能的产品相比，该作品集保水，缓控释肥料为一体；通过磷矿粉与丙烯酸相互作用，实现对磷矿粉活化及降低传统保水剂丙烯酸单体的残留对农作物的毒害作用。通过肥料与保水剂结合，极大减少了肥料流失，可大幅度降低施肥费用，并遏制目前肥料流失带来大量耕地重金属污染的问题。以农业废弃资源甘蔗渣和低品位的磷矿粉为原料，降低成本。 2008年以来，云南省及北方大部分省市陆续出现特大旱情。干旱条件下传统的施肥方式完全不起作用，导致农作物大量死亡，间接引起国内粮食价格的上涨。该类产品可实现对干旱土壤持续释放水分及养分，促进干旱地区的作物生长，其带来的市场价值及经济效应将不可估量。
同类课题研究水平概述
- 肥料控释技术是应用物理、化学或生物化学等调控手段使肥料养分在作物生育期内逐渐释放出来并与作物吸收基本同步，以减少肥料损失，提高肥料利用率的技术手段。以控释技术为特征的控释肥是近几年国内外研究的热点。目前，美国、西欧、日本、以色列均在大力发展控释肥料。从世界上生产控释肥的现状来看，已实现工业化生产的控释肥品种主要有：脲甲醛、聚合物包膜肥料及硫包膜尿素。国内60年代末至70年代，在李庆逵先生主持下研制了长效碳铵。80年代广州氮肥厂研制成功涂层尿素并在全国推广。80年代后期，郑州工业大学开发成功包裹型复合肥Luxecote及Luxuriance，90年代该产品有了较大的发展，产品出口到美国、澳大利亚等国。近年来，中科院沈阳生态所开发的长效碳铵正在全国推广，并引起国际关注。综合国内外控释肥资料表明，全世界控释肥的年产量并不高，约为50万吨，近两年产量呈上升趋势，这与全球注重环保有关。因价格昂贵，控释肥主要施用于经济作物和高尔夫球场。目前，控释肥使用面不广发展不快的原因：一是控释肥成本高，主要是控释材料太贵；二是控释的养分单一，以控释氮肥为主，磷肥与钾肥控释肥甚少；三是只强调缓释，而忽视了促释，比如磷矿粉，需要对磷进行促释而非缓释。另外，由于控释肥在土壤含水量低于田间持水量35%-40%时，其养分释放受到严重影响，故有人认为我国北方地区发展控释肥的希望不大，从而限制了控释肥的进一步推广。因此，研制控释肥料必须对以上几个问题有较全面的认识。 本作品用丙烯酸共聚交联制备成高吸水性树脂，并在聚丙烯酸合成过程中填充包裹经多胺化改性纤维素处理活化的磷矿粉，使磷矿粉在酸性的微环境中逐渐溶蚀释放出可溶性磷酸根，而且合成过程中使用了氨水和氢氧化钾中和丙烯酸，引入N和K，经上述操作制备的缓控氮磷钾型高分子聚合物载体，能高效吸水保水，集水分、养分供应和调控于一体。国内外对保水剂以及肥料控释分别研究取得了重要成果，但目前尚未看到将保水剂物化成氮磷钾肥料产品的研究，国外文献中也未发现类似报道。本项目把水肥调控由分离变为结合，成为以聚合物为载体的一体化调控，在理论上和实际均有重要意义，这一新产品的优越性也将有力地增强我国肥料工业市场竞争力，并有力的促进节水技术的推广应用。
