[01132621]聚合物改性玉米秸秆制备农用高吸水树脂及其形态结构研究

我国是一个农业大国,农业是国民经济的基础。现代农业以低投入、高产出、高效率和可持续发展为特征,与此密切相关的化肥工业和水资源利用是现代农业生产和发展的重要物质基础。然而,由于挥发、流失、渗透等因素,目前我国化肥的当季利用率氮肥约为30～35%,磷肥约为10～25%,钾肥为35～50%,远远低于发达国家水平。低的肥料利用率不仅造成巨大的经济损失,而且还会导致严重的环境污染。因此,提高化肥利用率、减轻或免除因肥料流失造成的环境污染对于当今农业的可持续发展至关重要,也是进一步提高我国农业生产效率亟待解决的重要问题。干旱缺水是制约我国农业发展和加速土地荒漠化的另一重要因素。农业用水占水资源消耗的80%左右。因此,走保水节水之路,提高农田水分利用率是我国农业发展的又一中心任务。自上世纪70年代,美国农业部将高吸水性聚合物应用于玉米、大豆种子包衣并取得了实验成功,随后世界各国相继开展了高吸水性聚合物在农业领域的应用研究并研制出多种农用高吸水性聚合物,并成功应用于农业节水保水方面,如日本在沙漠治理,英国在水土保持,法国在土壤改良方面等都取得了显著的效果。我国在农用高吸水性聚合物的研究方面虽然起步较晚,但发展迅速。目前高吸水性聚合物应用于农业的研究主要集中在节水保湿、种子包衣、土壤改良、作物移植保存或用作育苗培养基质等几个方面。结果表明,使用吸水性聚合物对于改良土壤物理性质、促进种子发芽和出苗、提高幼苗的成活率、降低植物对灌溉的需要、提高养分利用率、改善植物的营养和水分状况等多方面都很有潜力。 世界肥料的发展方向是缓/控释化、环境友好化,其中缓/控释肥料引起了研究人员的广泛关注,并且成为近年来肥料创新研究和技术革新的热点。该类肥料可以分为四大类,一是微溶或不溶性肥料,例如脲醛肥料和聚钼磷酸镁钠;二是胶结型有机-无机缓释肥料;三是深施尿素超粒;四是无机或有机高分子聚合物包膜缓控释肥料。高分子聚合物包膜肥料是近年来发展迅速的一种缓/控释肥料,有灵活多变的配方,通过调节包膜材料的结构调控内核肥料养分的溶解释放,可以满足不同作物对养分的需求。研究表明,施用缓/控释尿素,可以使氮的利用率提高到60～80%,在达到相同农作物产量的情况下,可降低施肥量10～50%。 基于此我们通过多相自由基聚合方法,以玉米秸秆为底物和丙烯酸、马来酸进行共聚,制备秸秆含量高、可生物降解的农用高吸水树脂。采用凝胶渗透色谱、傅里叶变换红外光谱、示差扫描量热、热失重、动态机械热分析技术以及扫描/透射电子显微镜和X射线衍射法剖析树脂的分子链结构,包括结构单元化学组成、侧链聚合物的聚合度;聚合物分子运动,如玻璃化转变及玻璃化转变温度（Tg）,分析高分子链段结构、链段运动和聚合物分子链之间的作用力等;高分子聚集态结构,包括晶区和非晶区形态及结构,结晶度及结晶区熔点,大分子链的排列方式;多组分聚合物的微相结构,包括相连续性、相分离和相容性;断面及表面形态;共混与共聚;聚合物中微孔大小、分布和比表面等。考察树脂在不同水体系中的吸液溶胀行为,降解行为,以及树脂包膜聚磷酰胺铁复合肥在土壤中的保水性、最大持水率以及养分释放行为。力图探讨树脂的吸液溶胀机理,阐明树脂结构与性能之间的关系。