改性魔芋水凝膠/膨潤(rùn)土雙層包膜緩釋復(fù)合肥制備及性能研究

鄧小嬋 方艷芬 阮長(zhǎng)城， 羅寶瑞 王子福 蔣 悅 黃應(yīng)平

(1. 三峽大學(xué) 生物與制藥學(xué)院， 湖北 宜昌 443002； 2. 三峽大學(xué) 三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心， 湖北 宜昌 443002； 3. 湖北興發(fā)化工集團(tuán)股份有限公司， 湖北 宜昌 443711)

改性魔芋水凝膠/膨潤(rùn)土雙層包膜緩釋復(fù)合肥制備及性能研究

鄧小嬋1，2方艷芬1，2阮長(zhǎng)城1，2，3羅寶瑞3王子福3蔣 悅1，2黃應(yīng)平1，2

(1. 三峽大學(xué) 生物與制藥學(xué)院， 湖北 宜昌 443002； 2. 三峽大學(xué) 三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心， 湖北 宜昌 443002； 3. 湖北興發(fā)化工集團(tuán)股份有限公司， 湖北 宜昌 443711)

以水溶液聚合法制備的魔芋接枝丙烯酸-丙烯酰胺共聚物/腐植酸復(fù)合吸水材料為內(nèi)層包膜劑，利用直接包膜法包膜，膨潤(rùn)土為外層保護(hù)物，制備了雙層包膜緩釋復(fù)合肥．考察了引發(fā)劑、交聯(lián)劑、魔芋、丙烯酰胺、腐植酸的用量及丙烯酸中和度等因素對(duì)內(nèi)層包膜材料吸水倍率的影響，采用掃描電鏡對(duì)最優(yōu)條件合成的吸水材料的表面形貌進(jìn)行了表征；運(yùn)用靜水溶出、土柱淋溶實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了包膜緩釋復(fù)合肥的養(yǎng)分釋放效果．結(jié)果表明，制備的吸水材料表面多小孔且存在封閉的橫截面空腔，具有良好的吸水性能，吸水倍率最高達(dá)到78.63 g/g，且雙層包膜復(fù)合肥具有良好的緩釋效果；同時(shí)對(duì)土壤中的養(yǎng)分緩釋機(jī)理進(jìn)行了推測(cè)．

魔芋； 吸水材料； 膨潤(rùn)土； 緩釋肥

肥料和水是制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的兩大因素，如何提高水資源和肥料的利用率至關(guān)重要[1]．為解決低的肥料利用率及土壤干旱問(wèn)題，將緩釋肥料和高吸水性聚合物在材料與功能上復(fù)合一體化，研究和開(kāi)發(fā)具有保水功能、養(yǎng)分可緩慢釋放的保水緩釋肥料，已成為一個(gè)重要的研究方向[2-3]．

高吸水性聚合物(Super-absorbent polymer, SAP)作為一種新型的功能高分子材料，由于其優(yōu)良的吸水保水能力[4]，可有效地降低灌溉水的用量和雨水的流失，提高農(nóng)作物的生長(zhǎng)速率和肥料在土壤中的利用率，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已得到廣泛應(yīng)用[5]．魔芋葡甘聚糖(Konjac glucomannan, KGM)是由葡萄糖和甘露糖以β-1，4糖苷鍵結(jié)合成的一種廉價(jià)而豐富的天然高分子材料[6]，分子中富含羥基及乙?；哂欣w維素所不具有的水溶性，同時(shí)具有吸收比自身重幾百到幾千倍水的高吸水功能，且自身保水性能優(yōu)良，還具備生物降解性能[7]，是一種制備強(qiáng)吸水性聚合物的綠色環(huán)保原料[8]．在制備高吸水性聚合物時(shí)加入腐植酸，不僅具有改良土壤、提高農(nóng)作物對(duì)N、P、K的利用率、增強(qiáng)作物的抗旱抗寒能力，還具有增加作物的產(chǎn)量和品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)[9]．膨潤(rùn)土(Bentonite)具有較好的粘結(jié)性、陽(yáng)離子交換性以及吸濕性等特性，這些特性起到改善土壤物理性狀的作用、使土壤結(jié)構(gòu)疏松，且具有較強(qiáng)的保肥保水性能，還可以吸附土壤中的有害元素，是作為肥料包裹物的良好材料[10]．

本文以水溶液聚合法制備了魔芋接枝丙烯酸-丙烯酰胺共聚物/腐植酸復(fù)合吸水材料，作為內(nèi)層包膜劑，采用包膜法直接包裹在顆粒復(fù)合肥表面，在外層包裹上膨潤(rùn)土，制備得到雙層包膜緩釋復(fù)合肥；考察了引發(fā)劑、交聯(lián)劑、魔芋、丙烯酰胺、腐植酸的用量及丙烯酸中和度等因素對(duì)內(nèi)層包膜材料吸水倍率的影響，并采用SEM對(duì)最優(yōu)條件合成的吸水材料進(jìn)行了表征；利用靜水溶出、土柱淋溶實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了包膜緩釋復(fù)合肥氮、磷的緩釋效果，并分析了包膜緩釋肥料在土壤中的緩釋機(jī)理．

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器及試劑

試劑：丙烯酸(AA)，丙烯酰胺(AM)，N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)，硫脲和腐殖酸(HA，99%)，均從阿拉丁試劑網(wǎng)上購(gòu)買；魔芋葡甘聚糖(KGM)從武漢清江魔芋有限公司(中國(guó))購(gòu)買，不經(jīng)進(jìn)一步純化使用；復(fù)合肥NPK(N∶P2O5∶K2O=15∶6∶9)和膨潤(rùn)土均從湖北興發(fā)化工集團(tuán)有限公司(中國(guó))獲得．在實(shí)驗(yàn)中所用其他試劑為分析純，水為二次蒸餾水．

儀器：XL30掃描電子顯微鏡(Philips，荷蘭)，UV-3100紫外-可見(jiàn)分光光度儀(Hitachi，日本)，凱氏定氮儀K9840(Hanon，中國(guó))．

1.2 包膜緩釋復(fù)合肥的制備

1.2.1 吸水性包膜溶液的制備

稱取KGM(與AA的比例為25～100 wt%)加入到帶有電動(dòng)攪拌的三頸瓶中，溶于適量的去離子水，在N2保護(hù)下，水浴40℃攪拌預(yù)熱1 h；稱取4 g AA于燒杯中，緩慢向其中加入8 mol/L的NaOH溶液，使丙烯酸的中和度達(dá)到65%～90%，向中和過(guò)的丙烯酸溶液中加入AM(25～125 wt%，與AA的比例)，腐植酸(5～20 wt%，與AA的比例)，充分溶解混合后備用；向預(yù)熱過(guò)的魔芋溶液中加入0.1%硫脲(0.05～0.50 wt%，與AA的比例)作引發(fā)劑，攪拌幾分鐘后倒入上述混合溶液，再逐滴加入0.1%的N，N-亞甲基雙丙烯酰胺(0.025～0.50 wt%，與AA的比例)，并加入適量水，在N2保護(hù)下，水浴溫度升至65℃，不斷攪拌條件下，反應(yīng)4 h，得到吸水性包膜混合溶液．在聚合反應(yīng)完成，將該混合物用95%乙醇溶液洗，再水洗后放入70℃烘箱中干燥至恒定質(zhì)量后可以得到KGM-g-P(AA-co-AM)/HA水凝膠．

1.2.2 包膜復(fù)合肥的制備

將篩分后粒徑均勻的復(fù)合肥顆粒放入轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)鼓中，進(jìn)行預(yù)熱處理，使肥料表面達(dá)到35～40℃，用高壓噴漆槍將包膜料液均勻地噴涂在肥料表面，然后置于洞道干燥裝置中在60～70℃下干燥2～3 h，制得保水包膜緩釋復(fù)合肥(Hyd/NPK)；再用壓強(qiáng)0.1～0.3 MPa的噴嘴將水噴灑到包膜肥料顆粒表面，然后在表面均勻?yàn)⑸吓驖?rùn)土10～15 g，放入烘箱中干燥4～5 h，得到雙層包膜保水緩釋復(fù)合肥料(Hyd/BWM/NPK)．

1.3 吸水性能的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取干燥至恒重的1 g(記做m0)高吸水包膜材料，放入加有200 mL自來(lái)水的燒杯中，室溫下浸泡24 h后用100目尼龍網(wǎng)過(guò)濾，并在網(wǎng)上靜置5 min，取下稱重，記作m1，吸水率WA(water absorbency，g/g)按下列公式計(jì)算：

1.4 包膜復(fù)合肥緩釋性能的測(cè)定

1.4.1 水中緩釋效果的測(cè)定

稱取約5g(稱準(zhǔn)至0.01g)肥料裝在100目的尼龍紗網(wǎng)中做成的小袋中，將小袋封口后置于250mL錐形瓶中，向瓶中加入200mL水，加蓋密封后在25℃的生化恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，取樣時(shí)間為24h、第2、4、7、11、14、18、25、28d，取樣時(shí)，應(yīng)注意使瓶?jī)?nèi)的液體濃度保持一致，移入250mL容量瓶前需將瓶上下顛倒3次，冷卻至室溫后定容至刻度線，從而用來(lái)測(cè)定氮、磷釋放量．然后再將200mL水加入裝有肥料小袋的瓶中，加蓋密封后放入生化恒溫培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)．

1.4.2 土壤中緩釋效果的測(cè)定

室溫條件下，將直徑為5cm的玻璃土柱管用100目網(wǎng)篩封底口，在網(wǎng)篩上墊25g沙子，先裝入200g未混入肥料的風(fēng)干土，敦實(shí)；然后按同樣緊實(shí)度裝入200g土與10g肥料的混合物；再在上面裝200g未混入肥料的風(fēng)干土，敦實(shí)；最后裝入25g沙子，管底接磨砂三口瓶．逐次加去離子水50mL，直到土柱中土壤水分接近飽和，培養(yǎng)24h后，模擬自然環(huán)境中下雨情況，以100mL水淋洗，此后第3、7、10、14、21、28、35天淋洗一次，并用凱氏定氮蒸餾法檢測(cè)淋洗前肥分溶出量．以空白為對(duì)照組，每個(gè)試樣平行3次．各施肥處理的肥分累積淋溶量與未施肥處理的肥分累積淋溶量之差，占各施肥處理的肥分總量的比值，為各施肥處理的累積淋溶率．

2 結(jié)果與討論

2.1 吸水材料的表征

使用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)純KGM及合成的KGM-g-P(AA-co-AM)/HA水凝膠的表面形態(tài)進(jìn)行了表征，圖1顯示了樣品的SEM圖像．發(fā)現(xiàn)其表面結(jié)構(gòu)之間存在差異，單純KGM表面起伏和粗糙，但不存在孔洞結(jié)構(gòu)，而水凝膠樣品表面存在很多凹陷的小孔，在橫截面也可顯著看到封閉的空腔，該結(jié)構(gòu)便于水滲透到聚合物網(wǎng)絡(luò)中，有利于吸水劑的吸水性能的提高[11]．

(a)KGM; (b-d) KGM-g-P(AA-co-AM)/HA圖1 樣品的SEM圖像

2.2 吸水性能的測(cè)定

2.2.1 單體比例對(duì)水凝膠吸水率的影響

親水基團(tuán)對(duì)吸水性聚合物的吸水性起著重要的作用[12]，在KGM-g-P(AA-co-AM)/HA聚合物體系中，可以通過(guò)改變AM與AA的比例來(lái)調(diào)節(jié)不同親水基團(tuán)的比例而提升吸水性能．AM與AA的質(zhì)量比例對(duì)強(qiáng)吸水劑的吸水率的影響示于圖2．由圖可見(jiàn)，當(dāng)AM/AA從0.25%增加到1.00%時(shí)，吸水率逐漸增加，在AM/AA為1.00%時(shí)達(dá)到最大吸水率78.63g/g，隨后隨著AM/AA的進(jìn)一步增加吸水率呈現(xiàn)降低趨勢(shì)．這是由于丙烯酰胺是非離子單體，它幾乎不會(huì)在溶液中電離，溶液中的離子對(duì)AM幾乎沒(méi)有影響，所以AM單體的加入有利于提高超強(qiáng)吸水劑的耐鹽性，從而隨著AM量的增加，吸水率也會(huì)提高．另一方面，由于-COO-基團(tuán)具有比-CONH2-更好的親水能力，因此吸水性將隨著AM的量的進(jìn)一步增加而降低．換句話說(shuō)，吸水率對(duì)AM量的依賴性的最大值可以歸因于-CONH2-基團(tuán)的耐鹽性特性和-COO-基團(tuán)的高親水能力之間的協(xié)同效應(yīng)[13]．

圖2 AM/AA對(duì)KGM-g-P(AA-co-AM)/HA水凝膠吸水率的影響

2.2.2 交聯(lián)劑的量對(duì)水凝膠吸水率的影響

根據(jù)Flory的網(wǎng)絡(luò)理論[14]，交聯(lián)密度是影響超強(qiáng)吸水劑吸水性能的關(guān)鍵因素，吸水率與交聯(lián)密度成反比．作為交聯(lián)劑的MBA含量對(duì)KGM-g-P(AA-co-AM)/HA超強(qiáng)吸水劑的吸水性的影響示于圖3中，可見(jiàn)，當(dāng)交聯(lián)劑的量從0.025%增加到0.10%時(shí)，吸水率逐漸增加，而當(dāng)交聯(lián)劑的量大于0.10%時(shí)，吸水性能降低．顯然，可以發(fā)現(xiàn)在交聯(lián)劑的量為0.10%時(shí)吸水劑的吸水率存在最大值．當(dāng)交聯(lián)劑低于0.10%時(shí)，由于可溶性物質(zhì)的增加導(dǎo)致了吸水性的降低．另一方面，交聯(lián)劑的量升高從而產(chǎn)生了更多的交聯(lián)點(diǎn)，這導(dǎo)致形成了多余的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而減少了保水的空間構(gòu)造[15]．

圖3 交聯(lián)劑的量對(duì)KGM-g-P(AA-co-AM)/HA水凝膠吸水率的影響

2.2.3 引發(fā)劑的量對(duì)水凝膠吸水率的影響

引發(fā)劑的含量對(duì)超強(qiáng)吸水劑的吸水性能的影響示于圖4中．可以看出，當(dāng)引發(fā)劑硫脲的含量從0.05%增加至0.50%時(shí)，吸水劑的吸水率逐漸升高，而隨著硫脲含量的進(jìn)一步增加吸水率降低．根據(jù)自由基聚合中平均動(dòng)力學(xué)鏈長(zhǎng)和引發(fā)劑濃度之間的關(guān)系，接枝在聚合物主鏈上的分子量將隨著引發(fā)劑濃度的增加而降低，然后產(chǎn)生更多的聚合物鏈末端，而過(guò)多的聚合物鏈末端不會(huì)進(jìn)一步提高其吸水性能[16]．因此，將引發(fā)劑含量進(jìn)一步增加至1.00%后吸水性聚合物的吸水性能反而降低．然而，吸水率隨著引發(fā)劑含量低于最佳值1.00%時(shí)而降低．這可能是由于隨著引發(fā)劑的含量減少而自由基的產(chǎn)生不足，聚合物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中不能有效且同時(shí)形成更多的親水性基團(tuán)．

圖4 引發(fā)劑的量對(duì)KGM-g-P(AA-co-AM)/HA水凝膠吸水率的影響

2.2.4KGM的量對(duì)水凝膠吸水率的影響

魔芋葡甘聚糖的量對(duì)KGM-g-P(AA-co-AM)/HA超強(qiáng)吸水劑的吸水性能的影響如圖5所示．由圖可見(jiàn)，當(dāng)KGM和單體AA的質(zhì)量比例為0.50時(shí)，吸水劑達(dá)到最大吸水率．當(dāng)KGM/AA低于0.5時(shí)，隨著KGM含量的增加吸水率逐漸增加，而隨著KGM含量的進(jìn)一步增加吸水率呈降低趨勢(shì)．原因是當(dāng)KGM含量增加時(shí)，更多的單體將接枝在KGM的主鏈上，這增強(qiáng)了相應(yīng)的超強(qiáng)吸水劑的親水性，從而提高了吸水性能；而當(dāng)KGM占單體的量大于0.5時(shí)，反應(yīng)混合物的粘度增加，這阻礙了反應(yīng)物的移動(dòng)[17]，從而使得KGM與聚丙烯酸鏈的接枝率和分子量降低，因此導(dǎo)致了吸水性能的降低．

圖5 KGM的量對(duì)KGM-g-P(AA-co-AM)/HA水凝膠吸水率的影響

2.2.5HA的量對(duì)水凝膠吸水率的影響

超強(qiáng)吸水性聚合物材料中腐植酸的量對(duì)吸水性的影響示于圖6中．由圖可見(jiàn)，當(dāng)摻入適量的HA時(shí)，KGM-g-P(AA-co-AM)/HA超強(qiáng)吸水劑的溶脹能力顯著提高，HA含量為10%時(shí)，吸水率達(dá)到最大值．由于HA含有大量的親水基團(tuán)，例如羧基、羥基和酰氨基，這些基團(tuán)可以在聚合過(guò)程中與KGM-g-P(AA-co-AM)反應(yīng)，然后改善聚合物網(wǎng)絡(luò)的親水性．然而，當(dāng)HA的含量大于10%時(shí)，吸水性隨著HA量的進(jìn)一步增加而降低．這可能是由于HA含量的進(jìn)一步增加可導(dǎo)致交聯(lián)度的增加，而KGM-g-P(AA-co-AM)能夠反應(yīng)的鏈的數(shù)量卻是不變的，且過(guò)量的HA只能充當(dāng)復(fù)合材料的填料，從而降低了吸水劑的吸水性[18]．

圖6 HA的量對(duì)KGM-g-P(AA-co-AM)/HA水凝膠吸水率的影響

2.2.6 丙烯酸的中和程度對(duì)水凝膠吸水率的影響

丙烯酸的中和程度對(duì)KGM-g-P(AA-co-AM)/HA超強(qiáng)吸水劑的吸水率的影響示于圖7．中和度定義為用氫氧化鈉溶液中和的丙烯酸中羧基的摩爾百分比．從圖可見(jiàn)，當(dāng)AA的中和程度從60%增加到80%時(shí)，超強(qiáng)吸水劑的吸水率逐漸增大，在80%時(shí)達(dá)到最大值，而隨著中和度的進(jìn)一步增加吸水率降低．這個(gè)現(xiàn)象可以由羧酸和羧酸酯之間的協(xié)同親水作用的協(xié)調(diào)來(lái)解釋[19]．當(dāng)中和度逐漸增加到80%時(shí)，丙烯酸酯含量增加，且附著的羧酸根陰離子之間的靜電排斥降低，使得水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的拉伸長(zhǎng)度減小，這導(dǎo)致吸水性隨著中和度的增加而增加．另一方面，當(dāng)AA的中和度超過(guò)80%時(shí)，會(huì)生成更多的丙烯酸酯，而在水溶液中羧酸酯基帶負(fù)電荷，盡管其具有很好的親水性，但是過(guò)高的羧酸酯濃度將導(dǎo)致基團(tuán)之間的互相排斥，從而降低吸水性能．因此，當(dāng)丙烯酸酯和丙烯酸基以合適的比例配合時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生較高的吸水性．

圖7 AA的中和程度對(duì)KGM-g-P(AA-co-AM)/HA水凝膠吸水率的影響

2.3 緩釋效果的測(cè)定

2.3.1 在水中的緩釋行為

圖8所示為肥料在25℃下靜水中的養(yǎng)分釋放率隨時(shí)間的變化，圖8(a)和(b)分別顯示N和P的釋放行為．

圖8 3種復(fù)合肥在水中的緩釋效果

從圖8(a)可見(jiàn)，復(fù)合肥NPK中的氮素分別在1和7天內(nèi)釋放超過(guò)31和60%，而單層包膜保水緩釋復(fù)合肥的氮素釋放速率與復(fù)合肥相比降低，雙層包膜保水緩釋復(fù)合肥的氮素釋放率相較于二者有明顯降低．雙層包膜保水緩釋復(fù)合肥中的氮在第1天僅釋放13.71%，低于15%，第7天釋放率為41.16%，在第28天累計(jì)釋放61.30%．圖8(b)中，雙層包膜保水緩釋復(fù)合肥中的磷在第1天僅釋放14.76%，低于15%，第7天釋放率為26.16%，在第28天也沒(méi)有上升至75%以上．這表明，所制備的雙層包膜保水緩釋復(fù)合肥的緩釋特性達(dá)到歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)(CEN)[20]的緩釋肥料標(biāo)準(zhǔn)，其具有優(yōu)異的緩釋性能．

2.3.2 在土壤中的緩釋行為

圖9所示為采用土柱淋溶實(shí)驗(yàn)測(cè)定肥料在土壤中氮素釋放隨時(shí)間的變化．由圖可見(jiàn)，復(fù)合肥在淋溶當(dāng)天其氮素釋放量已超過(guò)38%；而單層包膜保水復(fù)合肥在淋溶后，氮素釋放速率與純復(fù)合肥相比有所減緩，但仍明顯高于雙層包膜保水緩釋復(fù)合肥氮的釋放速率．雙層包膜保水緩釋復(fù)合肥在第1、7和28d時(shí)，氮的釋放量分別為12.8、24.3和33.9wt%．第28d時(shí)不超過(guò)75%，符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(CEN)對(duì)緩釋肥料的緩釋標(biāo)準(zhǔn)，表明其具有良好的緩釋性能[19]．

圖9 3種復(fù)合肥在土壤中的緩釋效果

結(jié)合實(shí)驗(yàn)及文獻(xiàn)，雙層包膜保水緩釋復(fù)合肥在土壤中的養(yǎng)分釋放機(jī)制可以解釋為：1)外層膨潤(rùn)土通過(guò)提供物理屏障減慢了土壤中水溶液對(duì)肥料顆粒的滲透；2)水滲透過(guò)外層膨潤(rùn)土后，超強(qiáng)吸水劑會(huì)形成水凝膠，水凝膠中的自由水和土壤溶液之間會(huì)產(chǎn)生一種動(dòng)態(tài)交換[21]，然后自由水通過(guò)水凝膠聚合物網(wǎng)絡(luò)中的納米孔擴(kuò)散到肥料核心，肥料開(kāi)始溶解；3)溶解于水中的肥料養(yǎng)分透過(guò)水凝膠層，然后在和自由水的動(dòng)態(tài)交換中進(jìn)而擴(kuò)散到膨潤(rùn)土層外部，最后釋放到土壤中[13]．濕潤(rùn)的膨潤(rùn)土能夠通過(guò)絡(luò)合作用或在鉀離子存在時(shí)通過(guò)陽(yáng)離子交換而保留營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此膨潤(rùn)土層的厚度通過(guò)對(duì)水的物理屏障和阻礙營(yíng)養(yǎng)物的擴(kuò)散而影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的釋放速率．因此，肥料養(yǎng)分物質(zhì)的釋放速率在膨潤(rùn)土層形成孔被滲透之前較慢，之后快速，并且最終在所有養(yǎng)分釋放出之后再次緩慢．

3 結(jié) 論

本文以水溶液聚合法制備的魔芋接枝丙烯酸-丙烯酰胺共聚物/腐植酸復(fù)合吸水材料為內(nèi)層包膜劑，利用直接包膜法包膜，膨潤(rùn)土為外層保護(hù)物制備了雙層包膜緩釋復(fù)合肥．考查了反應(yīng)原料對(duì)吸水劑吸水性能的影響，在最優(yōu)條件下合成的吸水劑吸水性能良好，吸水倍率達(dá)78.63g/g，SEM形貌表征觀察到，其表面結(jié)構(gòu)多孔，且橫截面存在封閉的空腔，該結(jié)構(gòu)有利于提高其吸水性能；并分別利用靜水溶出和土柱淋溶實(shí)驗(yàn)測(cè)定了包膜肥料在水中和土壤中的養(yǎng)分緩釋效果，結(jié)果得出所制備的雙層包膜保水緩釋復(fù)合肥具有很好的緩釋效果，在土壤中具體一定的保水功能可以減少肥料的損失，提高農(nóng)業(yè)用水的利用率．

[1] Wu J F, Hao M Y, Guo Z G. Study on Urea Determining Methods for Feed[J]． Feed Industry, 2008, 29：42-6．

[2] Azam R, Ali O. Slow-release NPK Fertilizer Encapsulated NaAlg-gpoly(AA-co-AM)/MMT Superabsorbent Nanocomposite[J]． Carbohydrate Polymers, 2014, 114：269-278．

[3] André M S, Janaina B D C, José Mauro S S, et al. Synthesis, Characterization and Application of Hydrogel Derived from Cellulose Acetate as a Substrate for Slow-release NPK Fertilizer and Water Retention in Soil[J]． Journal of Environmental Chemical Engineering, 2015, 3(2)：996-1002．

[4] El-Rehim H, Hegazy E SA, El-Mohdy H. Radiation Synthesis of Hydrogels to Enhance Sandy Soils Water Retention and Increase Plant Performance[J]． Journal of Appllied Polymer Science, 2004, 93(3)：1360-1371．

[5] Abedi-Koupai J, Sohrab F, Swarbrick G. Evaluation of Hydrogel Application on Soil Water Retention Characteristics[J]． Journal of Plant Nutrition, 2008, 31(2)：317-331．

[6] Zhang Y, Xie B, Gan X. Advance in the Applications of Konjac Glucomannan and Its Derivatives[J]． Carbohydrate Polymers, 2005, 60(1)：27-31．

[7] Doi K. Effect of Konjac Fibre (Glucomannan) on Glucose and Lipids[J]． European Journal of Clinical Nutrition, 1995, 49：S190-S197．

[8] Wu J, Deng X, Lin X Y. Swelling Characteristics of Konjac Glucomannan Superabsobent Synthesized by Radiation-induced Graft Copolymerization[J]． Radiation Physics and Chemistry, 2013, 83(2)：90-97．

[9] Vlckova' Z, Grasset L, Antosova' B, et al. Lignite Pre-treatment and Its Effect on Bio-stimulative Properties of Respective Lignite Humic Acids[J]． Soil Biology & Biochemistry, 2009, 41(41)：1894-1901．

[10] Wen P, Wu Z S, He Y H, et al. Characterization of p(AA-co-AM)/Bent/Urea and Its Swelling and Slow Release Behavior in a Simulative Soil Environment[J]． Journal of Applied Polymer Science, 2016, 133(12)：1-11．

[11] Xie L H, Liu M Z, Ni B L, et al. Slow-release Nitrogen and Boron Fertilizer from a Functional Superabsorbent Formulation Based on Wheat Straw and Attapulgite[J]． Chemical Engineering Journal, 2011, 167(1)：342-348．

[12] Zhang J P, Li A, Wang A Q. Study on Superabsorbent Composite. V. Synthesis, Swelling Behaviors and Application of Poly(Acrylic Acid-co-acrylamide)/Sodium Humate/Attapulgite Superabsorbent Composite[J]． Polymers for Advanced Technologies, 2005, 16(11-12)：813-820．

[13] Wu L, Liu M Z. Preparation and Properties of Chitosan-coated NPK Compound Fertilizer with Controlled-release and Water-retention[J]． Carbohydrate Polymers, 2008, 72(2)：240-247．

[14] Flory P J. Principle of Polymer Chemistry[M]． New York：Cornell University Press， 1953．

[15] Zhang J P, Wang Q, Wang A Q. Synthesis and Characterization of Chitosan-g-poly(Acrylic Acid)/Attapulgite Superabsorbent Composites[J]． Carbohydrate Polymers, 2007, 68(2)：367-374．

[16] Liu Z S, Rempel G L. Preparation of Superabsorbent Polymers by Crosslinking Acrylic Acid and Acrylamide Copolymers[J]． Journal of Applied Polymer Science, 1997, 64(7)：1345-1353．

[17] Deng X, Pan S, Lin R. Study of Grafting Optimization Between Konjac Glucomannan and Acrylic Acid by Radiation[J]． Food Science, 2005, 26(8)：225-229．

[18] Liu J, Wang Q, Wang A. Synthesis and Characterization of Chitosan-g-poly(Acrylic Acid)/Sodium Humate Superabsorbent[J]． Carbohydrate Polymers, 2007, 70(2)：166-173．

[19] Wu L, Liu M Z. Preparation and Characterization of Cellulose Acetate-coated Compound Fertilizer with Controlled-Release and Eater-retention[J]． Carbohydrate Polymers, 2008, 19(7)：785-792．

[20] Trenkel M E. International Fertilizer Industry Association, Stratospheric Ozone. HMSO. 1997, London．

[21] Hu S G, L M T S. Water-polymer Interactions and Critical Phenomena of Swelling in Inhomogeneous Poly (Acrylonitrile-Acrylamide- Acrylic Acid) Gels[J]． Polymer, 1994, 35(20)：4416-4422．

[責(zé)任編輯 周文凱]

Preparation and Characterization of a Double-coated Slow-release Compound Encapsulated by Modified Konjac Hydrogel/Bentonite

Deng Xiaochan1,2Fang Yanfen1,2Ruan Changcheng1,2,3Luo Baorui3Wang Zifu3Jiang Yue1,2Huang Yingping1,2

(1. College of Biology & Pharmacy, China Three Gorges Univ., Yichang 443002, China;2. Innovation Center for Geo-Hazards & Eco-Environment in Three Gorges Area of Hubei province, China Three Gorges Univ., Yichang 443002, China; 3. Xingfa Chemicals Group Co., Ltd. of Hubei Province, Yichang 443002, China)

A double-coated slow-release compound was prepared using KGM-g-P(AA-co-AM)/HA superabsorbent polymer synthesized by aqueous solution method as inner coating material and bentonite as outer coating. The effects of the amount of initiator, crosslinker, konjac glucomannan, acrylamide, humic acid and neutralization degree of acrylic acid, on water absorbency of inner coating polymer are investigated and optimized; and morphology of the superabsorbent structure is obtained by scanning electron microscopy(SEM). We also investigated the water retention property of the compound and the slow release behavior of N and P in water and soil of the compound. The results show that the superabsorbent has a good water absorbency because of its porous surface structure and enclosed cavities in the cross section; and it is about 78.63 (g·g-1) times its own weight in distilled water. The compound has a good slow release property. The mechanism of the nutrient release of compound in soil is also proposed.

konjac glucomannan; superabsorbent polymer; bentonite; slow-release compound

2016-11-29

科技惠民計(jì)劃項(xiàng)目(No:S2013GMD100042)；湖北省創(chuàng)新群體滾動(dòng)項(xiàng)目(No:2015CFA021)；湖北興發(fā)化工集團(tuán)股份有限公司委托項(xiàng)目(No:SDHZ2015094)

黃應(yīng)平(1964-)，男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事環(huán)境光化學(xué)與污染生態(tài)學(xué)方面的研究．E-mail：chem._ctgu@126.com

10.13393/j.cnki.issn.1672-948X.2017.04.019

O657.3：TQ444

A

1672-948X(2017)04-0090-06