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基本信息

項目名稱：
以蝦殼、磷礦粉等為原料制備氮磷控釋型農(nóng)用保水劑
小類：
能源化工
簡介：
2009年我國北方大部地區(qū)出現(xiàn)大面積旱情，數(shù)據(jù)顯示全國耕地受旱面積2.99億畝，要保障干旱地區(qū)（或季節(jié)）作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，除了需要保證作物水分供應(yīng)外，還需要對農(nóng)作物及時增施肥料，以增強作物抗旱能力。本研究以蝦殼、丙烯酸、低品位磷礦粉等為原料制備氮磷控釋型農(nóng)用保水劑，經(jīng)氨水中和的丙烯酸共聚交聯(lián)過程中，填充了低品位磷礦粉（經(jīng)甲殼素改性物包裹活化和助分散），從而獲得了能持續(xù)高效釋放可溶性氮磷養(yǎng)分的保水劑。產(chǎn)品凝膠強度大，不但能高效吸水保水，還能促釋磷素、緩釋氮素，集水分、養(yǎng)分調(diào)控于一體。同時，在鹽水中吸水性能優(yōu)越，與美國產(chǎn)品相比，吸水倍率高60%以上，吸鹽水倍率高30%以上；制備過程中添加了廢棄物蝦殼和低品位磷礦粉，因而原材料成本比同類產(chǎn)品低30%～40%，而且生產(chǎn)制備簡便，易于規(guī)?；a(chǎn)，具有很強的市場競爭力。對促進干旱半干旱地區(qū)、季節(jié)性干旱地區(qū)可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展、增進環(huán)境保護都非常有積極意義。
詳細(xì)介紹：
缺水和干旱已經(jīng)成為世界性難題，中國是世界上多旱與旱災(zāi)嚴(yán)重的國家。在各類自然災(zāi)害中，旱災(zāi)涉及范圍廣、歷時長、是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響最大的災(zāi)害之一。我國長期承受著嚴(yán)重的土地沙漠化危害，而土地沙漠化和沙塵暴是干旱氣候的產(chǎn)物，解決這些日益嚴(yán)重的環(huán)境問題急切需要農(nóng)用保水劑。2009年我國北方大部地區(qū)出現(xiàn)大面積旱情，數(shù)據(jù)顯示全國耕地受旱面積2.99億畝，要保障干旱地區(qū)（或季節(jié)）作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)除了需要保證作物水分供應(yīng)外，還需要對農(nóng)作物及時增施肥料，以增強作物抗旱能力。為了減輕類似2009年初的北方大旱造成的損失，緩解土地荒漠化，提高作物的抗旱能力，本項目研制出一種以丙烯酸、蝦殼、低品位磷礦等為主要原料的氮磷控釋型農(nóng)用保水劑。在丙烯酸、丙烯酰胺共聚交聯(lián)過程中，填充經(jīng)蝦殼改性物活化處理過的低品位磷礦粉，從而獲得了能持續(xù)控釋可溶性氮素、磷素養(yǎng)分的保水劑。產(chǎn)品凝膠強度大，不但能高效吸水保水，還能促釋磷素、緩釋氮素，集供水供養(yǎng)分調(diào)控于一體。同時，在鹽水中吸水性能優(yōu)越，與美國產(chǎn)品相比，吸水倍率高60%以上，吸鹽水倍率高30%以上。制備過程中添加了廢棄物蝦殼和低品位磷礦粉，因而原材料成本比同類產(chǎn)品低30%～40%，而且生產(chǎn)制備簡便，易于規(guī)?；a(chǎn)，具有很強的市場競爭力，對促進可持續(xù)性農(nóng)業(yè)發(fā)展、增進環(huán)境保護都非常有積極意義。

作品圖片

  • 以蝦殼、磷礦粉等為原料制備氮磷控釋型農(nóng)用保水劑
  • 以蝦殼、磷礦粉等為原料制備氮磷控釋型農(nóng)用保水劑

作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

目的：為減輕類似2009年年初我國北方大旱造成的損失，克服市場上現(xiàn)有保水劑的不足，同時抗擊我國日益嚴(yán)重的荒漠化，提高農(nóng)作物的抗旱能力，防沙固土，研制性能優(yōu)越且行之有效的肥料控釋型保水劑。 思路：以蝦殼、丙烯酸、低品位磷礦石粉等為主要原料，在丙烯酸、丙烯酰胺共聚交聯(lián)過程中，填充經(jīng)蝦殼改性物活化處理過的低品位磷礦粉，制備出氮磷控釋型農(nóng)用保水劑，把水肥調(diào)控農(nóng)藝技術(shù)和化學(xué)制劑保水節(jié)水技術(shù)結(jié)合物化，實現(xiàn)水分、養(yǎng)分的一體化調(diào)控，充分發(fā)揮水與肥的協(xié)同效應(yīng)，提高作物的抗旱能力和水肥利用效率。 創(chuàng)新點： 1、把肥料、保水劑和控釋材料結(jié)合使用，實現(xiàn)水肥調(diào)控一體化； 2、促釋磷素，緩釋氮素； 3、以低品位磷礦和廢棄物蝦殼為原料，變廢為寶，節(jié)本增效，原材料成本比同類產(chǎn)品降低30%-40%； 4、顯著提高吸鹽水倍率，與美國產(chǎn)品相比，吸水倍率高60%以上，吸鹽水倍率高30%以上； 5、降低丙烯酸單體殘留對作物的毒害作用。 技術(shù)關(guān)鍵： 1、如何使磷礦粉均勻分散在丙烯酸溶液； 2、如何能讓磷礦粉和聚丙烯酸有機結(jié)合而不至于導(dǎo)致因添加了該無機礦物后顯著降低保水劑的吸水耐鹽能力； 3、如何促使難溶性的磷酸鈣變成可溶性的磷持續(xù)釋放出來。 本項目通過用甲殼素衍生物潤濕、助懸、活化磷礦粉成功地解決了上述三個難題。 主要技術(shù)指標(biāo)：吸水倍率，吸鹽水倍率，氮、磷的釋放量。

科學(xué)性、先進性

1、干旱條件下，普通控釋肥的控釋功能因缺水而無法發(fā)揮。要保障干旱地區(qū)（或季節(jié)）作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，除了需要保證作物水分供應(yīng)外，還需要對農(nóng)作物及時增施肥料，以增強作物抗旱能力。該類保水型控釋肥在已有控釋肥和保水劑研究基礎(chǔ)上，把肥料、保水劑和控釋材料結(jié)合使用，使水肥調(diào)控農(nóng)藝技術(shù)和化學(xué)制劑保水節(jié)水技術(shù)得以物化，實現(xiàn)水分、養(yǎng)分的一體化調(diào)控，獲得單一節(jié)水技術(shù)無法獲得的效果； 2、以低品位的磷礦粉為原料，能與殘留的丙烯酸單體作用，降低丙烯酸單體殘留并促進磷酸鈣的溶蝕，促釋磷素養(yǎng)分； 3、共聚交聯(lián)前用氨水中和丙烯酸，引入銨態(tài)氮，交聯(lián)形成穿插型復(fù)合樹脂，能延緩銨態(tài)氮的釋放，防止因作物的奢侈吸收而代謝失衡； 4、蝦殼、低品位磷礦粉原料豐富，價格低廉，能變廢為寶，節(jié)本增效，改善環(huán)境； 5、添加了經(jīng)改性的甲殼素活化處理過的磷礦粉后，形成穿插型復(fù)合樹脂，能顯著增加吸水吸鹽水倍率。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

2009年度，獲校內(nèi)“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎。 2009年度，廣東省第十屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中，獲一等獎。

作品所處階段

批量小試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

技術(shù)以現(xiàn)金或占股份轉(zhuǎn)讓

作品可展示的形式

樣品現(xiàn)場展示

使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測

我國是世界上旱災(zāi)嚴(yán)重的國家之一，有研究表明，全國保水劑產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)耕地和城市綠化上的年總需求量超過74萬噸，且荒漠化治理是一個長期工程，目前尚沒有明確的通過保水劑治理的方案，因而具有巨大的潛在市場。但因保水劑自身的缺陷，綜合性能不佳，功能單一，所以在我國的發(fā)展并不盡人意。本研究以蝦殼、丙烯酸、低品位磷礦石粉等為主要原料，制備出氮磷控釋型農(nóng)用保水劑，把肥料、保水劑和控釋材料結(jié)合使用，實現(xiàn)水肥調(diào)控一體化，且吸鹽水性能優(yōu)越，制備工藝簡單，不但克服了保水劑性能上的不足、降低了生產(chǎn)成本，而且增強作物抗旱能力，因而市場價值高，具有很強的市場競爭力。無論對于我國廣大的干旱、半干旱地區(qū)，還是南方季節(jié)性干旱地區(qū)；無論對于大田糧食作物、經(jīng)濟作物、果樹，還是庭院草坪等基質(zhì)栽培或設(shè)施栽培的滴灌等都具有廣闊的應(yīng)用前景。與美國產(chǎn)品相比，吸水倍率高60%以上，吸鹽水倍率高30%以上，而成本低30%~40%。

同類課題研究水平概述

保水劑是近20年來發(fā)展起來的具有超強吸水能力的高分子聚合物，它能吸收自身重量幾百倍甚至上千倍的水分。由于分子結(jié)構(gòu)交聯(lián)，分子網(wǎng)絡(luò)所吸水分不能用一般物理方法擠出，故具有很強保水性。作為一類新型功能性材料，廣泛應(yīng)于農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、衛(wèi)生、土建和食品行業(yè)。農(nóng)用保水劑具有高度溶脹能力，能改良土壤結(jié)構(gòu)，對水肥具有保持和緩釋作用，在國內(nèi)外逐漸得到廣泛應(yīng)用。 肥料控釋技術(shù)是應(yīng)用物理、化學(xué)或生物化學(xué)等調(diào)控手段使肥料養(yǎng)分在作物生育期內(nèi)逐漸釋放出來并與作物吸收基本同步，以減少肥料損失，提高肥料利用率的技術(shù)手段。以控釋技術(shù)為特征的控釋肥是近幾年國內(nèi)外研究的熱點。目前，美國、西歐、日本、以色列均在大力發(fā)展控釋肥料。綜合國內(nèi)外控釋肥資料表明，全世界控釋肥的年產(chǎn)量并不高，約為50萬噸，因價格昂貴，控釋肥主要施用于經(jīng)濟作物和高爾夫球場。目前，控釋肥使用面不廣發(fā)展不快的原因：一是控釋肥成本高，主要是控釋材料太貴；二是控釋的養(yǎng)分單一，以控釋氮肥為主，磷肥與鉀肥控釋肥甚少；三是只強調(diào)緩釋，而忽視了促釋，比如磷礦粉，需要對磷進行促釋而非緩釋。另外，由于控釋肥在土壤含水量低于田間持水量35%~40%時，其養(yǎng)分釋放受到嚴(yán)重影響，故有人認(rèn)為我國北方地區(qū)發(fā)展控釋肥的希望不大，從而限制了控釋肥的進一步推廣。 因此，研制控釋肥料必須對以上幾個問題有較全面的認(rèn)識。保水型控釋肥的研制技術(shù)是農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)中水肥調(diào)控（耦合）技術(shù)、高吸水性樹脂保水節(jié)水技術(shù)和肥料控釋技術(shù)的綜合運用。國內(nèi)外對保水劑以及肥料控釋分別研究取得了重要成果，但目前尚未看到以蝦殼和丙烯酸為原料制備的保水劑填充低品位磷礦粉物化成控釋磷肥料產(chǎn)品，經(jīng)文獻搜索也未發(fā)現(xiàn)國外有類似研究。在保水劑中控釋肥料能充分發(fā)揮水與肥的協(xié)同效應(yīng)，從而提高作物的抗旱能力和水肥利用效率?？稍诓辉黾邮┓柿亢凸嗨康臈l件下，獲得較大的經(jīng)濟效益，并改善生態(tài)環(huán)境。本作品把水肥調(diào)控由分離變?yōu)榻Y(jié)合，成為以聚合物為載體的一體化調(diào)控，性能優(yōu)越，而且成本低廉在理論上和應(yīng)用中均有重要意義。
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