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1、 “丁颖杯”大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品附件2序号： 编码： 2010年“丁颖杯”课外学术科技作品竞赛作品申报书作品名称：以甘蔗渣、磷矿粉为原料制备NPK 控释型保水剂 学院名称： 资源环境学院 申报者姓名 （集体名称）： 钟康 郑锡亮 肖金菊 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
2、申报者可根据情况填写C表。3.表内项目填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，附于申报书后，字数在8000字左右（文章版面尺寸14.522cm）。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。申报者代表情况姓名钟康性别男出生年月1988年10月学院资源环境学院系别、专业、年级07制药工程1班学历本科学制四年入学时间200
3、7年9月作品名称以甘蔗渣、磷矿粉为原料制备NPK控释型保水剂毕业论文题目以淀粉、磷矿粉为原料制备水肥一体化保水剂通讯地址华南农业大学资源环境学院07制药工程1班邮政编码 510642办公电话13535244435常住地通讯地址广州天河区华南农业大学五山学生公寓10栋307房邮政编码510642住宅电话13535244435其他作者情况姓 名性别年龄学历所在单位钟康男 21本科华南农业大学资环学院07制药工程1班郑锡亮 男21本科华南农业大学资环学院07制药工程1班肖金菊 女 20 本科华南农业大学资环学院08制药工程1班资格认定学院学籍管理部门意见以上作者是否为2011年7月1日前正式注册在校
4、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。作品全称以甘蔗渣、磷矿粉为原料制备NPK水肥一体化保水剂作品分类（E）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工
5、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、作品设计目的近年来,旱灾日趋频繁的发生,已经成为影响对我国农业生产最为严峻的自然灾害之一。特便是这两年的云南省遭遇了百年一遇的严重旱灾，灾情延续的时间长，范围广，造成了巨大的经济损失。因此, 在干旱环境的农业生产迫切需要具有良好吸水保水性能的保水剂。高吸水性树脂是一类具有很高的吸水能力和保水能力的
6、功能性高分子，它能够吸收自身几十倍乃至上千倍的水，并且具有很强的保水能力(Zhang et al., 2006),被广泛用于农林园艺、医药卫生、建筑材料、日用化工及食品等领域(Lokhande and Gotmare,1999;Cao et al., 2005)。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。若在保水剂中包裹和负载可缓控释的肥料，对减少农业干旱危害、增加作物产量是非常有意义的。肥料缓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
7、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，这方面的研究仍集中在通过物理混合(Costigan and Locascio,1982)、 造粒、包膜和物理化学作用、化学结合等将可溶性化肥与保水剂复配制备保水微肥或保水缓/控释肥料（Teodorescu et al.,2009; Wu et al.,2008; Tyliszczak et al.,2009; Liang et al.,2009; Ni et al.,2009）。而将磷矿粉等肥效原料与保水剂直接复合仍然是个非常新颖且颇具研究价值的课题。在当今社会，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，包括了美
8、国、日本等国家知名企业生产的产品保水效果不错，但经深入研究发现，不少产品存在严重缺陷，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，会造成作物死亡或减产；第二成本高、价格贵；第三在盐水中吸水和保水性能不佳（李云开等人，2002），。为了弥补现存产品的不足，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。本技术是以甘蔗渣（纤维素）、丙烯酸、低品位磷矿粉为原料制备的农用保水剂，丙烯酸交联共聚过程中包裹填充了低品位磷矿石粉，此外丙烯酸经氨水和氢氧化钾中和处理，引入N、K元素，从而获得了具有缓
9、控释NPK作用，能高效吸水、保水，集水分、养分供应和调控于一体的农用保水剂。该保水剂吸水吸盐水能力强，凝胶强度大，价格还比普通产品便宜20%-30%，又能缓慢高效地释放氮、磷、钾肥效。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水肥一体化调控，在理论上和实际均有重要意义，这一新产品的优越性也将有力地增强我国肥料工业市场竞争力，并有力的促进节水技术的推广应用。该类保水剂将有很强实用性和竞争性。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，并在丙烯酸合成过程中填充包裹被改性的甘蔗渣处理活化的磷矿粉，使磷矿粉在丙烯酸提供的酸性的微环境中逐渐溶蚀释放出可溶性磷，而且合成过
10、程中使用了氨水、氢氧化钾中和部分丙烯酸，经上述操作制备的缓控氮磷钾型高分子聚合物载体，能高效吸水、保水，集水分、养分供应和调控于一体。本项目是建立在合成具有耐霉性及高耐盐性的纤维素类高吸水性树脂的基础上，通过对蔗渣纤维素多胺化改性，最终合成具低成本，耐盐、耐霉，并聚吸水、保水以及缓控释NPK为一体的新型保水剂。其中，对纤维素多胺化改性的意义在于：1、经碱化处理过的甘蔗渣其纤维的晶区在一定程度的溶胀和破坏，同时引入了亲水能力强的多胺结构，得到反应活性高，溶胀能力强的四乙烯五胺改性蔗渣(SB-TEPA)，并借助充分溶胀的改性蔗渣对磷矿粉进行助悬分散，使其均匀分布于保水剂中，以提高保水剂吸水后其内部
11、未中和的-COOH对磷矿粉溶蚀效率，促使磷矿粉释放出更多利于植物吸收和利用的可溶性磷素2、磷矿粉主要成分为难电离的磷酸钙，而经四乙烯五胺改性蔗渣中的多胺结构则可以络合磷酸钙中电离出的钙离子，促使磷酸钙的电离平衡往正方向移动，从而促进磷矿粉可溶性磷的释放。此外，蔗渣来源集中，产量大，是取之不尽、 用之不竭的农业废弃物资源,从原料上降低了生产成本；添入的磷矿粉能在保水剂起作用过程中与残留的丙烯酸单体作用并释放出能被植物所吸收磷酸二氢根离子，从而显著地降低了丙烯酸单体的残留和提高了土壤营养含量，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，扩散并释放出氮、磷、钾肥料，达到控释氮、磷、钾肥料
12、的效果和改善土壤通透性，从而提高了氮磷钾营养物质生物利用度；保水剂中的蔗渣纤维素具有一定的抗酶解作用，从而保证了保水剂在土壤中的长效作用而不被降解。产品合成步骤如下: 四乙烯五胺改性蔗渣（SB-TEPA）的合成将新鲜的甘蔗渣105下，干燥烘干12h，粉碎。取10g甘蔗渣，用20%NaOH搅拌溶胀过夜。抽滤，并用蒸馏水反复水洗（至洗出液PH=8-9）。取上述甘蔗渣于装好温度计、搅拌子及冷凝回流装置的三口瓶内，再加入40ml环氧氯丙烷及200ml无水乙醇，40下反应24h。继续滴加40ml的四乙烯五胺胺，65下反应24h。将反应所得的产物抽滤，烘干，即得改性蔗渣纤维素。反应路线如图1所示： 图1
13、四乙烯五胺改性蔗渣（SB-TEPA）的合成、SB-TEPA-g-P(AA)/PHR保水剂的制备称取2g SB-TEPA于烧杯中，加入10g丙烯酸后，用10%的KOH与25%的氨水混合液中和所加丙烯酸量的40%-90%，加入适量的交联剂（NMBA，N，N-亚甲基双丙烯酰胺）及一定比例的磷矿粉后，加入一定量的引发剂（KPS,过硫酸钾），加热到60-90后经交联反应得产物,烘干粉碎得SB-TEPA-g-P(AA)/PHR保水剂。反应路线如图2所示: 图2 SB-TEPA-g-P(AA)/PHR保水剂的制备三、作品创新点本作品所得的新型保水剂是以丙烯酸、蔗渣（纤维素）为主要原料，并通过加入低品位磷矿粉
14、形成穿插交联型复合树脂，得到改性蔗渣与丙烯酸交联而成的高效缓释控释型保水剂材料。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，而且还具有很好的吸盐倍率，增效低毒、长效缓释肥料、环境友好、成本低廉、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，能够有效改善现保水剂中的缺陷，并对以后同类产品的研究提供理论和实验基础，其独特之处主要体现在：、在干旱条件下，普通控释肥的控释功能因缺水而无法发挥，因而控释肥在旱区发挥不了效用。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。该类保水型控释肥则可针对性解决旱区养分控释问题，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（耦合）农艺技术和化学制剂保水节水技术得以物化，有较高的技术集成度，可以方便地同时实现水分、养分在不同时空条件下的一体化调控。思路上有突破，肥料产品上有创新，可以获得单一节水技术无法获得的效果。、以甘蔗渣为原料，取之不尽用之不竭，有效地利
