基本信息
- 项目名称：
- 以虾壳、磷矿粉等为原料制备氮磷控释型农用保水剂
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 2009年我国北方大部地区出现大面积旱情，数据显示全国耕地受旱面积2.99亿亩，要保障干旱地区（或季节）作物稳产高产，除了需要保证作物水分供应外，还需要对农作物及时增施肥料，以增强作物抗旱能力。本研究以虾壳、丙烯酸、低品位磷矿粉等为原料制备氮磷控释型农用保水剂，经氨水中和的丙烯酸共聚交联过程中，填充了低品位磷矿粉（经甲壳素改性物包裹活化和助分散），从而获得了能持续高效释放可溶性氮磷养分的保水剂。产品凝胶强度大，不但能高效吸水保水，还能促释磷素、缓释氮素，集水分、养分调控于一体。同时，在盐水中吸水性能优越，与美国产品相比，吸水倍率高60%以上，吸盐水倍率高30%以上；制备过程中添加了废弃物虾壳和低品位磷矿粉，因而原材料成本比同类产品低30%～40%，而且生产制备简便，易于规模化生产，具有很强的市场竞争力。对促进干旱半干旱地区、季节性干旱地区可持续农业的发展、增进环境保护都非常有积极意义。
- 详细介绍：
- 缺水和干旱已经成为世界性难题，中国是世界上多旱与旱灾严重的国家。在各类自然灾害中，旱灾涉及范围广、历时长、是对农业生产影响最大的灾害之一。我国长期承受着严重的土地沙漠化危害，而土地沙漠化和沙尘暴是干旱气候的产物，解决这些日益严重的环境问题急切需要农用保水剂。2009年我国北方大部地区出现大面积旱情，数据显示全国耕地受旱面积2.99亿亩，要保障干旱地区（或季节）作物稳产高产除了需要保证作物水分供应外，还需要对农作物及时增施肥料，以增强作物抗旱能力。为了减轻类似2009年初的北方大旱造成的损失，缓解土地荒漠化，提高作物的抗旱能力，本项目研制出一种以丙烯酸、虾壳、低品位磷矿等为主要原料的氮磷控释型农用保水剂。在丙烯酸、丙烯酰胺共聚交联过程中，填充经虾壳改性物活化处理过的低品位磷矿粉，从而获得了能持续控释可溶性氮素、磷素养分的保水剂。产品凝胶强度大，不但能高效吸水保水，还能促释磷素、缓释氮素，集供水供养分调控于一体。同时，在盐水中吸水性能优越，与美国产品相比，吸水倍率高60%以上，吸盐水倍率高30%以上。制备过程中添加了废弃物虾壳和低品位磷矿粉，因而原材料成本比同类产品低30%～40%，而且生产制备简便，易于规模化生产，具有很强的市场竞争力，对促进可持续性农业发展、增进环境保护都非常有积极意义。
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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
- 目的：为减轻类似2009年年初我国北方大旱造成的损失，克服市场上现有保水剂的不足，同时抗击我国日益严重的荒漠化，提高农作物的抗旱能力，防沙固土，研制性能优越且行之有效的肥料控释型保水剂。 思路：以虾壳、丙烯酸、低品位磷矿石粉等为主要原料，在丙烯酸、丙烯酰胺共聚交联过程中，填充经虾壳改性物活化处理过的低品位磷矿粉，制备出氮磷控释型农用保水剂，把水肥调控农艺技术和化学制剂保水节水技术结合物化，实现水分、养分的一体化调控，充分发挥水与肥的协同效应，提高作物的抗旱能力和水肥利用效率。 创新点： 1、把肥料、保水剂和控释材料结合使用，实现水肥调控一体化； 2、促释磷素，缓释氮素； 3、以低品位磷矿和废弃物虾壳为原料，变废为宝，节本增效，原材料成本比同类产品降低30%-40%； 4、显著提高吸盐水倍率，与美国产品相比，吸水倍率高60%以上，吸盐水倍率高30%以上； 5、降低丙烯酸单体残留对作物的毒害作用。 技术关键： 1、如何使磷矿粉均匀分散在丙烯酸溶液； 2、如何能让磷矿粉和聚丙烯酸有机结合而不至于导致因添加了该无机矿物后显著降低保水剂的吸水耐盐能力； 3、如何促使难溶性的磷酸钙变成可溶性的磷持续释放出来。 本项目通过用甲壳素衍生物润湿、助悬、活化磷矿粉成功地解决了上述三个难题。 主要技术指标：吸水倍率，吸盐水倍率，氮、磷的释放量。
科学性、先进性
- 1、干旱条件下，普通控释肥的控释功能因缺水而无法发挥。要保障干旱地区（或季节）作物稳产高产，除了需要保证作物水分供应外，还需要对农作物及时增施肥料，以增强作物抗旱能力。该类保水型控释肥在已有控释肥和保水剂研究基础上，把肥料、保水剂和控释材料结合使用，使水肥调控农艺技术和化学制剂保水节水技术得以物化，实现水分、养分的一体化调控，获得单一节水技术无法获得的效果； 2、以低品位的磷矿粉为原料，能与残留的丙烯酸单体作用，降低丙烯酸单体残留并促进磷酸钙的溶蚀，促释磷素养分； 3、共聚交联前用氨水中和丙烯酸，引入铵态氮，交联形成穿插型复合树脂，能延缓铵态氮的释放，防止因作物的奢侈吸收而代谢失衡； 4、虾壳、低品位磷矿粉原料丰富，价格低廉，能变废为宝，节本增效，改善环境； 5、添加了经改性的甲壳素活化处理过的磷矿粉后，形成穿插型复合树脂，能显著增加吸水吸盐水倍率。
获奖情况及鉴定结果
- 2009年度，获校内“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。 2009年度，广东省第十届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中，获一等奖。
作品所处阶段
- 批量小试阶段
技术转让方式
- 技术以现金或占股份转让
作品可展示的形式
- 样品现场展示
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
- 我国是世界上旱灾严重的国家之一，有研究表明，全国保水剂产品在农业耕地和城市绿化上的年总需求量超过74万吨，且荒漠化治理是一个长期工程，目前尚没有明确的通过保水剂治理的方案，因而具有巨大的潜在市场。但因保水剂自身的缺陷，综合性能不佳，功能单一，所以在我国的发展并不尽人意。本研究以虾壳、丙烯酸、低品位磷矿石粉等为主要原料，制备出氮磷控释型农用保水剂，把肥料、保水剂和控释材料结合使用，实现水肥调控一体化，且吸盐水性能优越，制备工艺简单，不但克服了保水剂性能上的不足、降低了生产成本，而且增强作物抗旱能力，因而市场价值高，具有很强的市场竞争力。无论对于我国广大的干旱、半干旱地区，还是南方季节性干旱地区；无论对于大田粮食作物、经济作物、果树，还是庭院草坪等基质栽培或设施栽培的滴灌等都具有广阔的应用前景。与美国产品相比，吸水倍率高60%以上，吸盐水倍率高30%以上，而成本低30%~40%。
同类课题研究水平概述
- 保水剂是近20年来发展起来的具有超强吸水能力的高分子聚合物，它能吸收自身重量几百倍甚至上千倍的水分。由于分子结构交联，分子网络所吸水分不能用一般物理方法挤出，故具有很强保水性。作为一类新型功能性材料，广泛应于农业、医疗、卫生、土建和食品行业。农用保水剂具有高度溶胀能力，能改良土壤结构，对水肥具有保持和缓释作用，在国内外逐渐得到广泛应用。 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。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，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。保水型控释肥的研制技术是农艺节水技术中水肥调控（耦合）技术、高吸水性树脂保水节水技术和肥料控释技术的综合运用。国内外对保水剂以及肥料控释分别研究取得了重要成果，但目前尚未看到以虾壳和丙烯酸为原料制备的保水剂填充低品位磷矿粉物化成控释磷肥料产品，经文献搜索也未发现国外有类似研究。在保水剂中控释肥料能充分发挥水与肥的协同效应，从而提高作物的抗旱能力和水肥利用效率。可在不增加施肥量和灌水量的条件下，获得较大的经济效益，并改善生态环境。本作品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，性能优越，而且成本低廉在理论上和应用中均有重要意义。
