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基本信息

項(xiàng)目名稱：
適應(yīng)北疆植棉區(qū)的可控降解農(nóng)膜的研制與應(yīng)用
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本項(xiàng)目基于熱氧催化劑的可控降解母粒配方的設(shè)計(jì)，開發(fā)一種新型可控降解農(nóng)膜制品。為提高農(nóng)膜的降解可控性，項(xiàng)目針對(duì)北疆主要植棉區(qū)氣候環(huán)境特點(diǎn)，建立生態(tài)區(qū)氣候環(huán)境因子和農(nóng)膜降解規(guī)律之間的內(nèi)在關(guān)系，以實(shí)驗(yàn)室模擬和大田觀測(cè)相結(jié)合的方法，開展覆膜區(qū)各環(huán)境因素與農(nóng)膜降解速率變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究，建立農(nóng)膜降解模型和生產(chǎn)施用推薦決策支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)因地制宜、一區(qū)一配方、精準(zhǔn)施用、降解可控。
詳細(xì)介紹：
一、項(xiàng)目方向的確立 新疆是我國(guó)重要的棉花生產(chǎn)基地，廣泛采用膜下滴灌模式，但帶來的白色污染已經(jīng)成為制約現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題。為此，政府、企業(yè)、科研院所進(jìn)行了大量的研發(fā)和投入，其中可降解農(nóng)膜是重要的解決方案之一，雖已開展了二十余年的應(yīng)用和示范工作，但至今未能大規(guī)模推廣使用。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在認(rèn)真調(diào)研的基礎(chǔ)上，剖析了前人工作的成敗，從而確立了項(xiàng)目研究方向：提出了以基于熱氧催化劑可降解母粒設(shè)計(jì)合成出發(fā)，引入生態(tài)區(qū)氣候環(huán)境因子，建立其與可降解農(nóng)膜結(jié)構(gòu)、配方、加工和生產(chǎn)施用的內(nèi)在聯(lián)系，以提高可降解農(nóng)膜的降解可控性。 二、項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容 1、可控降解母粒及農(nóng)膜產(chǎn)品生產(chǎn)工藝研究： 合成功能性熱氧催化劑，設(shè)計(jì)配方制備可控降解母粒，并進(jìn)行工藝優(yōu)化，獲得原料處理、混料時(shí)間和順序、不同模塊溫度、擠出速率等相關(guān)參數(shù)；將可控降解母粒加入聚烯烴制得可控降解農(nóng)膜產(chǎn)品，獲得吹膜工藝參數(shù)，農(nóng)膜制品進(jìn)行檢驗(yàn)，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 2、可控降解農(nóng)膜人工耐老化試驗(yàn)和堆肥試驗(yàn)研究： 研究可控降解農(nóng)膜人工老化和降解過程，獲得人工加速老化和降解的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)農(nóng)膜在自然條件下的降解周期，為田間試驗(yàn)提供參考。包括人工模擬老化試驗(yàn)和堆肥試驗(yàn)。人工模擬老化試驗(yàn)是對(duì)不同可控降解農(nóng)膜樣品在紫外線耐侯實(shí)驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行照射，定時(shí)觀察每個(gè)樣的表觀現(xiàn)象，同時(shí)取樣進(jìn)行紅外測(cè)試，并根據(jù)紅外光譜圖計(jì)算羰基指數(shù)，從而得出樣品隨時(shí)間變化的光降解曲線；堆肥試驗(yàn)是在模擬的需氧堆肥條件下，測(cè)定試樣最終需氧生物分解能力。根據(jù)實(shí)際測(cè)量的總有機(jī)碳（TOC）含量可以計(jì)算出二氧化碳的理論釋放量，得出可控降解農(nóng)膜的生物降解率。 3、不同生態(tài)區(qū)可控降解農(nóng)膜光降解和生物降解過程實(shí)驗(yàn)研究： 研究在不同的試驗(yàn)區(qū)，可降解地膜暴露在外的部分在不同日照時(shí)間、紫外光強(qiáng)、溫度、濕度條件下的降解過程，取得相關(guān)數(shù)據(jù)和農(nóng)膜樣品，分析降解率的時(shí)空變化情況；同時(shí)，研究在不同的試驗(yàn)區(qū)不同土壤質(zhì)地、土壤溫度、酸堿度、鹽度分布對(duì)于可降解地膜生物降解過程的影響，建立土壤中降解農(nóng)膜的降解率在不同季節(jié)的變化規(guī)律。 4、新疆主要植棉區(qū)可控降解農(nóng)膜的降解機(jī)理模型和生產(chǎn)施用推薦決策支持系統(tǒng)的建立： 根據(jù)新疆主要植棉區(qū)日照時(shí)間、溫度、濕度、鹽度等變化的特點(diǎn)，匯總數(shù)據(jù)分析，確定模型參數(shù)，探明可控降解農(nóng)膜的降解規(guī)律，建立可控降解農(nóng)膜降解機(jī)理模型。根據(jù)各地不同日照時(shí)間、紫外光強(qiáng)、溫度、濕度等因素，建立一個(gè)實(shí)際所需誘導(dǎo)期數(shù)學(xué)模型。 根據(jù)可控降解農(nóng)膜的降解規(guī)律、不同地域條件降解模型及確定的相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，制定不同地域條件下降解農(nóng)膜的生產(chǎn)技術(shù)方案用于指導(dǎo)生產(chǎn)配方及工藝，并編寫基于windows平臺(tái)下的可控降解農(nóng)膜生產(chǎn)施用推薦決策支持系統(tǒng)。 5、可控降解農(nóng)膜的應(yīng)用示范： 與相關(guān)公司進(jìn)行合作，在新疆兵團(tuán)團(tuán)場(chǎng)做可控降解農(nóng)膜應(yīng)用示范工作，為地方提供技術(shù)支持，協(xié)同相關(guān)團(tuán)場(chǎng)建立了研究示范基地，已在兵團(tuán)農(nóng)五師81、84、89、90團(tuán)植棉區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用和示范，取得了理想的效果，得到了廣大棉農(nóng)的好評(píng)。 三、項(xiàng)目分工 本項(xiàng)目主要分為四個(gè)方面：可控降解母粒及農(nóng)膜產(chǎn)品生產(chǎn)工藝研究、可控降解農(nóng)膜人工耐老化試驗(yàn)和堆肥試驗(yàn)研究、不同生態(tài)區(qū)可控降解農(nóng)膜光降解和生物降解過程實(shí)驗(yàn)研究、信息的采集分析及模型的建立。我們每個(gè)人重點(diǎn)負(fù)責(zé)一塊兒，但分工不分家，仍通力合作完成了項(xiàng)目。

作品圖片

  • 適應(yīng)北疆植棉區(qū)的可控降解農(nóng)膜的研制與應(yīng)用
  • 適應(yīng)北疆植棉區(qū)的可控降解農(nóng)膜的研制與應(yīng)用
  • 適應(yīng)北疆植棉區(qū)的可控降解農(nóng)膜的研制與應(yīng)用
  • 適應(yīng)北疆植棉區(qū)的可控降解農(nóng)膜的研制與應(yīng)用
  • 適應(yīng)北疆植棉區(qū)的可控降解農(nóng)膜的研制與應(yīng)用

作品專業(yè)信息

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

1、作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的： 隨著新疆植棉區(qū)的逐步擴(kuò)大，地膜的應(yīng)用也隨之推廣開來，但地膜的污染也逐年加劇。由于我國(guó)地膜覆蓋面積大，企業(yè)生產(chǎn)的薄膜厚度太薄，回收起來異常困難，在經(jīng)濟(jì)上得不償失。我國(guó)已在不同功能農(nóng)膜領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了可降解農(nóng)膜的產(chǎn)業(yè)化，但因可控性不高，均未能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用。本項(xiàng)目提出的可控降解農(nóng)膜，研發(fā)可控降解母粒配方，針對(duì)不同生態(tài)區(qū)，一區(qū)一配方，精準(zhǔn)施用，賦予農(nóng)膜更可靠的降解可控性能。 2、基本思路： 針對(duì)新疆主要植棉區(qū)氣候環(huán)境特點(diǎn)，建立環(huán)境因素和可控降解農(nóng)膜結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在關(guān)系，設(shè)計(jì)可控降解母粒配方和加工工藝，開發(fā)一種新型可控降解農(nóng)膜產(chǎn)品。建立可控降解農(nóng)膜降解模型和農(nóng)膜生產(chǎn)施用推薦決策支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在不同植棉區(qū)農(nóng)膜的降解可控。 3、創(chuàng)新點(diǎn)：設(shè)計(jì)合成功能性熱氧催化劑，制備可降解母粒及農(nóng)膜，建立生態(tài)區(qū)氣候環(huán)境因子與可降解農(nóng)膜結(jié)構(gòu)、配方、加工和生產(chǎn)施用的內(nèi)在聯(lián)系，以提高農(nóng)膜的降解可控性。實(shí)現(xiàn)因地制宜、一區(qū)一方、精準(zhǔn)施用、降解可控。 4、技術(shù)關(guān)鍵： （１）可控降解母粒配方加工及農(nóng)膜生產(chǎn)工藝； （２）新疆主要植棉區(qū)可控降解農(nóng)膜降解機(jī)理模型和生產(chǎn)施用推薦決策支持系統(tǒng)的建立。 5、主要技術(shù)指標(biāo)： （１）農(nóng)膜性能：斷裂強(qiáng)度為40 MPa；撕裂強(qiáng)度在3OkN／m～40kN／m的范圍內(nèi)；最大拉伸強(qiáng)度為51 MPa；最大伸長(zhǎng)率縱向達(dá)到71.7%,橫向達(dá)到58.9%；（２）誘導(dǎo)期：（60±5）/d ; （３）建立數(shù)學(xué)模型； （４）建立生產(chǎn)施用的決策系統(tǒng)。

科學(xué)性、先進(jìn)性

本項(xiàng)目將可控降解母粒加入聚烯烴制得可控降解農(nóng)膜產(chǎn)品，建立可控降解覆膜試驗(yàn)基地，母料中含有能夠使聚合物進(jìn)行光和熱氧降解的金屬離子預(yù)降解系統(tǒng)，還包含一種能促進(jìn)第二步生物降解的物質(zhì)，從而導(dǎo)致聚烯烴的分子量因分子鏈的斷裂進(jìn)一步下降，當(dāng)分子量下降至4000-10000（摩爾質(zhì)量）時(shí)，可以被土壤中的微生物侵蝕消化，最終使塑料降解為二氧化碳和水，完全被降解到自然環(huán)境中。 由于可控降解母粒配方的加入，在棉花的誘導(dǎo)期，保證了農(nóng)膜正常的機(jī)械性能和力學(xué)性能，保障幼苗的正常生長(zhǎng)。誘導(dǎo)期結(jié)束后，熱氧催化劑開始發(fā)揮作用，迅速將農(nóng)膜降解為小碎片。遺留在土壤當(dāng)中的碎片，由于母粒當(dāng)中含有促進(jìn)生物降解的物質(zhì)，而被進(jìn)一步降解為二氧化碳和水。根據(jù)不同生態(tài)區(qū)環(huán)境氣候因子與農(nóng)膜結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，建立降解機(jī)理模型和生產(chǎn)使用推薦決策支持系統(tǒng)指導(dǎo)配方的生產(chǎn)，提高不同生態(tài)區(qū)的可控性。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

專利技術(shù)

作品可展示的形式

實(shí)物、圖片、樣品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

1、作品的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)： （1）誘導(dǎo)期可控：功能性熱氧催化劑可完成作物在誘導(dǎo)期結(jié)束時(shí)對(duì)農(nóng)膜進(jìn)行催化降解； （2）殘膜降解可控：在誘導(dǎo)期結(jié)束后，降解母粒配方成分可將殘膜進(jìn)一步降解成小分子； （3）不同生態(tài)區(qū)降解可控：根據(jù)不同生態(tài)區(qū)環(huán)境影響因子進(jìn)行降解母粒配方工藝調(diào)控，通過可控降解農(nóng)膜生產(chǎn)施用專家推薦決策支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一區(qū)一方，精準(zhǔn)施用，提高不同生態(tài)區(qū)的可控。 2、適用范圍及推廣前景： 本項(xiàng)目研發(fā)的可控降解農(nóng)膜目前只針對(duì)北疆植棉區(qū)。已在兵團(tuán)農(nóng)五師81、84、89、90團(tuán)植棉區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用和示范，取得了理想的效果，得到了廣大棉農(nóng)的好評(píng)。若資金充足，增加不同生態(tài)區(qū)示范點(diǎn)的設(shè)立，完善數(shù)學(xué)模型，添加母粒配方，進(jìn)而能在全疆和其他地區(qū)的應(yīng)用示范。 3、市場(chǎng)前景與效益分析： 可降解地膜價(jià)格較高，不利推廣。而本項(xiàng)目研發(fā)的可控降解農(nóng)膜與普通地膜相近，價(jià)格適中，棉農(nóng)易于接受。而且本項(xiàng)目省去了普通農(nóng)膜的回收費(fèi)用，有效地解決了殘膜污染，保障了棉花的產(chǎn)量。產(chǎn)生了良好的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益。

同類課題研究水平概述

解決殘膜污染最常用的途徑主要有兩個(gè)：一是回收塑料薄膜，二是開發(fā)可降解農(nóng)膜?？山到獾啬さ拈_發(fā)與應(yīng)用是解決農(nóng)膜污染的重要發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)外研究院所和企業(yè)開展了大量可降解農(nóng)用薄膜的研究工作。 在國(guó)外，英國(guó)WELLS公司在歐洲進(jìn)行了一定范圍的可降解農(nóng)膜的應(yīng)用，加拿大EPI公司引進(jìn)WELLS公司技術(shù)在北美進(jìn)行了應(yīng)用，但是由于價(jià)格及產(chǎn)品適用性等問題，上述產(chǎn)品的推廣應(yīng)用還存在問題。 在國(guó)內(nèi)，已有多家企業(yè)從生物降解地膜、光降解地膜、光／生物降解地膜、植物纖維地膜、液態(tài)噴灑薄膜等功能農(nóng)膜領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了可降解農(nóng)膜的產(chǎn)業(yè)化，進(jìn)行了一定范圍的應(yīng)用示范，但由于農(nóng)膜的降解受到農(nóng)膜生產(chǎn)工藝、覆膜區(qū)環(huán)境、氣候因子等諸多因素的影響，農(nóng)膜產(chǎn)品降解的可控性不高，而且價(jià)格較高，不利于棉農(nóng)的接受，均未能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用。
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