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1、序号： 编码： 第十届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书 作品名称：以虾壳、磷矿粉等为原料制备磷控释型农用保水剂 学校全称： 华南农业大学 申报者姓名 （集体名称）： 林钻涛 罗灼辉 骆丽萍 康晓 类别：自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作A类 科技发明制作B类 说 明1申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。2申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写A1或A2表，根据作品类别（自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写B1、B2或B3表。所有申报者可根据情况填写C表。3表内项目填
2、写时一律用钢笔或打印，字迹要端正、清楚，此申报书可复制。4序号、编码由第十届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛组委会填写。5学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文（若是外文，请附中文本），请以4号楷体打印在A4纸上（文章版面尺寸14.522cm），附于申报书后，论文不超8000字，调查报告不超15000字。6作品申报书须按要求由各校竞赛组织协调机构统一寄送。7其他参赛事宜请向本校竞赛组织协调机构咨询。A2申报者情况（集体项目）说明：1必须由申报者本人按要求填写；2申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列；3本表中的学籍管理部门签章视为申报者情况的确认。申报者代表
3、情况姓名林钻涛性别男出生年月1987年6月学校华南农业大学系别、专业、年级06制药工程专业学历本科学制四年入学时间2006年9月作品名称以虾壳、磷矿粉等为原料制备磷控释型农用保水剂毕业论文题目聚合物微球控释水杨酸通讯地址华南农业大学资源环境学院06制药工程1班邮政编码510642办公电话13760749466常住地通讯地址广州天河区华南农业大学五山学生公寓11栋412房邮政编码510642住宅电话13631348245其他作者情况姓 名性别年龄学历所在单位罗灼辉男21本科华南农业大学资源环境学院06制药工程骆丽萍女21本科华南农业大学资源环境学院06制药工程康晓女20本科华南农业大学资源环境学
4、院06制药工程资格认定学校学籍管理部门意见以上作者是否为2009年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的高等学校中国籍专科生、本科生、硕士研究生或博士研究生。是否 （部门签章）年 月 日院、系负责人或导师意见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果是否负责人签名：年 月 日B3申报作品情况（科技发明制作）说明：1必须由申报者本人填写；2本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认；3本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、原理结构图、外观图（照片）,也可附鉴定证书和应用证书；4作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称以虾壳、磷矿粉等为原料制备磷控释
5、型农用保水剂作品分类（E）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标一、作品设计目的旱灾已经成为对我国农业影响最大的天灾之一，土地荒漠化等环境问题也日益严重，因此急切需要具有良好吸水保水性能的保水剂1。今年年初，北方大部分地区旱情严峻，有数据显示，全国耕地受旱面积2.99亿亩，比常年同期多1.
6、10亿亩，其中作物受旱面积1.53亿亩，重旱4996万亩，干枯394万亩，有442万人、222万头大牲畜因旱发生饮水困难。和去年南方的冻灾相比，今年北方的灾情延续的时间更长，范围更广，造成的后果更严重。保水剂通常是一些亲水性高分子聚合物（简称SAP），能迅速吸收和保持比自身质量高几百倍甚至上千倍的水分，而且具有反复吸水功能，吸水后膨胀为水凝胶，可缓慢释放水分，因此保水剂广泛应用于卫生材料、工业脱水材料、农用保水材料等2。解决干旱除了需要对作物供应水分外，还需要对农作物及时增施肥料，以增强作物抗旱能力。水和肥料是作物生长的基础条件,若在保水剂中负载可控释的肥料养分，特别是磷素养分，实现以磷促根，
7、以根提水，对减少农业干旱危害、增加作物产量是非常有意义的。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长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。当前农用保水剂的市场需求越来越大，目前市场上的产品也非常多，包括美国、日本等国外知名企业生产的产品保水效果不错，但文献报道这些企业生产的不少产品依然存在严重缺陷，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，会造成作物减产甚至死亡；第二成本高、价格贵；第三耐盐能力差，受土地溶液离子影响（特别是干旱地区盐碱浓度高），吸水和保水性能不佳3，4。为了弥补
8、现存产品的不足，降低保水剂的生产成本，延缓土地荒漠化，减轻干旱地区灾情等问题，研制出高效的新型保水剂是解决现有矛盾的有效途径之一。本技术是以虾壳（甲壳素）、丙烯酸、低品位磷矿石粉为原料制备的控磷型农用保水剂，丙烯酸交联共聚过程中填充了经虾壳改性物包裹活化处理的低品位磷矿粉，从而获得了能持续控释可溶性磷素养分的保水剂，产品不但能供肥还能高效吸水、保水，集供水、供养分和调控于一体。该保水剂吸水耐盐能力强，凝胶强度大，原材料成本比同类产品低30%40%，又能持续高效地释放植物可吸收磷元素。国内外对保水剂以及肥料控释单独研究取得了重要进展，但目前尚未看到将保水剂物化成磷肥控释产品的研究，国外文献中也未
9、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，在理论和实际应用上均有重要意义，这一新产品的优越性也将有力地增强我国肥料工业与保水剂工业的竞争力，并有力的促进节水技术的推广应用。二、作品基本思路及技术关键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经磺酸化或丙烯酰化改性的甲壳素（虾壳）包裹活化处理的磷矿粉，使磷矿粉在酸性的微环境中逐渐溶蚀释放出可溶性磷，经上述合成步骤制备的控磷型保水剂，能高效吸水、保水，集水分、养分供应和调控于一体。国内外目前还没有将保水剂物化成磷肥产品的研究报道及产品。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
10、水肥一体化调控，在理论上和农业生成应用中均有重要意义，这一新产品的优越性体现在成本低廉、吸水耐盐性能优良、因在供水的同时能供肥能更好地提高作物耐旱抗病能力，能有力的促进节水技术的推广应用。本项目通过磺化、丙烯酰化等化学反应改性甲壳素，再用它们包裹磷矿粉后填充穿插在丙烯酸交联聚合形成的高吸水性树脂中，其中改性甲壳素起到对磷矿粉的润湿、助悬、溶蚀活化作用，这类新型保水剂能显著地降低丙烯酸单体的残留、极大地降低成本（原材料成本比同类产品低20%-30%），且有很好的耐盐能力（在生理盐水中吸水倍率远高于普通产品），长效控释可溶性磷元素，同时甲壳素还具有一定的抑制植物病菌的作用。由于广东濒临海洋，水产丰
11、富，能提供大量水产废弃物虾壳（甲壳素），从原料上降低了生产成本；生产过程中通过引入磺酸基团，显著地增加了甲壳素的水溶性，从而进一步增强了最终产品的吸水性能；交联时添加的磷矿粉能穿插在聚丙烯酸中与残留的丙烯酸单体作用并释放出能被植物吸收的有效磷，从而显著地降低了丙烯酸单体的残留和提高可溶性磷的释放，减少了丙烯酸对作物的伤害作用；另外通过保水剂的溶胀作用，扩散并释放出磷素养分，达到控释磷肥料的效果并改善土壤通透性，从而提高了磷素养份的生物利用度。本研究需要解决的关键技术有三点：在丙烯酸交联成聚丙烯酸树脂过程中，如何使磷矿粉均匀分散在丙烯酸溶液中（若直接将磷矿粉加到丙烯酸中,磷矿粉会分层沉淀）？如何
12、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？如何促使难溶性的磷酸钙变成可溶性的磷持续释放出来？本作品通过用甲壳素的改性高分子润湿、助悬、活化磷矿粉成功地解决了上述三个难题，使最终产品的吸水耐盐能力比普通丙烯酸树脂反而有了显著的提高，性能达到或超越了国外优良的市场产品。整个研究包括材料的合成、表征以及吸水耐盐性能检测，实验步骤如下:、甲壳素磺化中间产物的制备及与丙烯酸交联反应将干洁的三颈瓶固定于磁力搅拌器上冰浴槽中，加入适量的甲酰胺，然后缓缓滴加适量的氯磺酸，充分混合，加入适量甲壳素粉末，充分混合后把三颈瓶转移至60油浴加热，并恒温搅拌约4h成糊状的
13、粘稠溶液，过滤，用乙醇淋洗虑渣得磺酸基甲壳素。将上述磺酸基甲壳素置于烧杯中，加入丙烯酸(按丙烯酸与甲壳素质量比为2:110:1)，用10%的NaOH中和所加丙烯酸量的50%80%，加入适量的交联剂（NMBA，N，N-亚甲基双丙烯酰胺）及低品位磷矿粉(丙烯酸质量的20%40%)，加入一定量的过硫酸钾作引发剂，加热到6080交联反应得产物,烘干粉碎得最终产品。反应路线如图1所示。图1 甲壳素磺化反应以及与丙烯酸交联反应合成路线图、丙烯酰甲壳素的合成及与丙烯酸交联将干洁的三颈瓶固定于磁力搅拌器油浴缸中，加定量的丙烯酸，缓缓滴加适量的亚硫酰氯，充分搅拌混匀，控制温度在3040之间进行回流反应，待反应1
14、h左右后，蒸馏除去未完全反应的亚硫酰氯，得到丙烯酰氯，加入被碱液浸泡活化的甲壳素，60下保温反应8h，得O-丙烯酰基甲壳素，转入到烧杯中，按丙烯酸与甲壳素的质量比为1:110:1的量加入丙烯酸，用10%的NaOH中和所加丙烯酸量的50%80%，加入适量的交联剂（NMBA，N，N-亚甲基双丙烯酰胺）及低品位磷矿粉(丙烯酸质量的20%40%)，加入一定量的引发剂（过硫酸钾），加热到6080交联反应得产物,烘干粉碎得O-丙烯酰基甲壳素与丙烯酸交联而成的保水剂。反应路线如图2所示。图2 甲壳素与丙烯酸的接枝产物与丙烯酸交联合成路线图三、作品创新点本作品所得的新型保水剂是以丙烯酸、虾壳（甲壳素）为主要原料，并通过加入经高分子活化剂处理过的低品位磷矿粉形成穿插交联型复合树脂，得到O-丙烯酰基甲壳素与丙烯酸交联而成的高吸水性树脂和甲壳素磺化以及与丙烯酸交联反应而成的高吸水性树脂这两种高效的磷素控释型保水功能材料。该研制方法及其应用在国内外尚未见报道。这类保水剂不但具有优越的保水性能，而且还具有很好的耐盐性能和水肥一体化调控功能，节本增效，环境友好、工艺简单等特点。对天然资源的开发和利用等方面有巨大的应用价值
