保水剂在尿素和阳离子溶液中的吸水性能及养分吸附特征
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Abstract: 【Objectives】Water absorbing capacity of super absorbent polymer (SAP) is impacted by the type and concentration of co-existing electrolyte ions. Study of the interaction between SAP and urea or cations will help the correct choice of SAPs when use them in the coating materials of fertilizers.【Methods】Poly acrylateco-acrylamide [P(AA-AM)] and polyacrylate (PAA) were used as the tested SAPs in this study. 1–256 mmol/L
Water absorbing capacity and nutrients adsorption characterization of super absorbent polymer in the presence of urea or cations
KAN Yu-jing, HUANG Bang-yu, WANG Xin-ai, LI Yong-sheng, ZHANG Sheng-chu, YANG Jie-wen, DU Jian-jun*
( New Fertilizer Research Center, Zhongkai University of Agricultural and Engineering/Gongdong Provincial Engineering and Technology Research Center for Agricultural Land Pollution Prevention and Control, Guangzhou 510225, China )
植物营养与肥料学报 2019, 25(12): 2061–2068 Journal of Plant Nutrition and Feryf.19306
保水剂在尿素和阳离子溶液中的吸水性能及养分吸附特征
阚玉景，黄帮裕，王新爱，李永胜，张盛楚，杨杰文，杜建军*
（仲恺农业工程学院新型肥料研究中心/广东省农业产地环境污染 防控工程技术研究中心，广州 510225）
摘要: 【目的】电解质种类和浓度影响保水剂的吸水性能。探明保水剂与尿素、不同价态阳离子间的相互作 用，对于正确使用和开发水肥调控性能优越的缓释材料具有重要意义。【方法】试验选用聚丙烯酰胺–丙烯酸盐 型保水剂[P(AA-AM)]和聚丙烯酸盐型保水剂 (PAA)。以分析纯盐酸盐和尿素分别配置了浓度 1～256 mmol/L 的 尿素、NH4+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Al3+溶液。称取保水剂 0.3000 g 于 75 μm 尼龙袋中，分别置于以上各 系列溶液和去离子水 300 mL 中，静置 12 h。取出保水剂袋，沥水 30 min，以差减法测定保水剂吸水倍率和对 溶质的吸附量。【结果】在溶质浓度从 1 mmol/L 增加到 256 mmol/L 时，尿素溶液中保水剂的吸水倍率没有显 著下降，而各阳离子溶液中保水剂的吸水倍率显著下降，保水剂的相对吸水倍率与尿素、各种离子浓度之间呈 显著幂函数的减函数关系，最终下降幅度由小到大依次为尿素、一价阳离子、二价阳离子、三价阳离子。保水 剂对溶液中尿素和各种阳离子的吸附量随溶液浓度的增加而增加，P(AA-AM) 的最大吸附量：尿素 64.66 mmol/g、Na+ 45.24 mmol/g、K+ 34.26 mmol/g、NH4+ 32.63 mmol/g、Mg2+ 30.09 mmol/g、Ca2+ 23.96 mmol/g、Fe3+ 8.07 mmol/g、Al3+ 12.74 mmol/g。保水剂对尿素和一、二价阳离子的吸附特征可用 Freundlich 等温吸附模型表 征，对三价阳离子的吸附特征可用 Langmuir 等温吸附模型表征。尿素和二、三价阳离子对 P (AA-AM) 吸水倍 率的影响均小于其对 PAA 的影响（P < 0.05），一价阳离子对 P (AA-AM) 和 PAA 影响差异不明显（P > 0.05）。P (AA-AM) 吸附尿素和阳离子的能力要大于 PAA（P＜0.05）。【结论】保水剂对尿素的吸附量远高于 阳离子，而尿素浓度基本不影响保水剂的保水性能。三价、二价和一价阳离子可显著降低保水剂的吸水倍率， 阳离子浓度与保水剂的吸水倍率之间呈幂函数关系。保水剂对一价阳离子的最大吸附量大于对二价阳离子的吸 附量，也远大于对三价阳离子的吸附量。聚丙烯酰胺–丙烯酸盐型保水剂[P(AA-AM)]对溶质的吸附性能大于聚 丙烯酸盐型保水剂 (PAA)。因此，把保水剂作为缓释包膜材料包裹尿素比较适宜，但不适宜包裹盐类肥料。 关键词: 尿素；阳离子；保水剂；吸水倍率；吸附性能
收稿日期：2019–07–31 接受日期：2019–12–03 基金项目：国家自然科学基金项目（30971867，31172031）；广东省农业资源环境共性关键技术创新团队建设任务（2019KJ118）；广
东省普通高校省级重大科研项目（自然科学）（粤教科函【2015】3 号）（2014KZDXM058）；广东省玉米产业技术体系创 新团队建设任务（粤农农函【2019】1019 号）；广州市科技计划项目产学研协同创新重大专项（201704020187）。 联系方式：阚玉景 E-mail：kyj1016@ ； * 通信作者 杜建军 E-mail：dujj@
Water absorbing capacity and nutrients adsorption characterization of super absorbent polymer in the presence of urea or cations
KAN Yu-jing, HUANG Bang-yu, WANG Xin-ai, LI Yong-sheng, ZHANG Sheng-chu, YANG Jie-wen, DU Jian-jun*
( New Fertilizer Research Center, Zhongkai University of Agricultural and Engineering/Gongdong Provincial Engineering and Technology Research Center for Agricultural Land Pollution Prevention and Control, Guangzhou 510225, China )
植物营养与肥料学报 2019, 25(12): 2061–2068 Journal of Plant Nutrition and Feryf.19306
保水剂在尿素和阳离子溶液中的吸水性能及养分吸附特征
阚玉景，黄帮裕，王新爱，李永胜，张盛楚，杨杰文，杜建军*
（仲恺农业工程学院新型肥料研究中心/广东省农业产地环境污染 防控工程技术研究中心，广州 510225）
摘要: 【目的】电解质种类和浓度影响保水剂的吸水性能。探明保水剂与尿素、不同价态阳离子间的相互作 用，对于正确使用和开发水肥调控性能优越的缓释材料具有重要意义。【方法】试验选用聚丙烯酰胺–丙烯酸盐 型保水剂[P(AA-AM)]和聚丙烯酸盐型保水剂 (PAA)。以分析纯盐酸盐和尿素分别配置了浓度 1～256 mmol/L 的 尿素、NH4+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Al3+溶液。称取保水剂 0.3000 g 于 75 μm 尼龙袋中，分别置于以上各 系列溶液和去离子水 300 mL 中，静置 12 h。取出保水剂袋，沥水 30 min，以差减法测定保水剂吸水倍率和对 溶质的吸附量。【结果】在溶质浓度从 1 mmol/L 增加到 256 mmol/L 时，尿素溶液中保水剂的吸水倍率没有显 著下降，而各阳离子溶液中保水剂的吸水倍率显著下降，保水剂的相对吸水倍率与尿素、各种离子浓度之间呈 显著幂函数的减函数关系，最终下降幅度由小到大依次为尿素、一价阳离子、二价阳离子、三价阳离子。保水 剂对溶液中尿素和各种阳离子的吸附量随溶液浓度的增加而增加，P(AA-AM) 的最大吸附量：尿素 64.66 mmol/g、Na+ 45.24 mmol/g、K+ 34.26 mmol/g、NH4+ 32.63 mmol/g、Mg2+ 30.09 mmol/g、Ca2+ 23.96 mmol/g、Fe3+ 8.07 mmol/g、Al3+ 12.74 mmol/g。保水剂对尿素和一、二价阳离子的吸附特征可用 Freundlich 等温吸附模型表 征，对三价阳离子的吸附特征可用 Langmuir 等温吸附模型表征。尿素和二、三价阳离子对 P (AA-AM) 吸水倍 率的影响均小于其对 PAA 的影响（P < 0.05），一价阳离子对 P (AA-AM) 和 PAA 影响差异不明显（P > 0.05）。P (AA-AM) 吸附尿素和阳离子的能力要大于 PAA（P＜0.05）。【结论】保水剂对尿素的吸附量远高于 阳离子，而尿素浓度基本不影响保水剂的保水性能。三价、二价和一价阳离子可显著降低保水剂的吸水倍率， 阳离子浓度与保水剂的吸水倍率之间呈幂函数关系。保水剂对一价阳离子的最大吸附量大于对二价阳离子的吸 附量，也远大于对三价阳离子的吸附量。聚丙烯酰胺–丙烯酸盐型保水剂[P(AA-AM)]对溶质的吸附性能大于聚 丙烯酸盐型保水剂 (PAA)。因此，把保水剂作为缓释包膜材料包裹尿素比较适宜，但不适宜包裹盐类肥料。 关键词: 尿素；阳离子；保水剂；吸水倍率；吸附性能
收稿日期：2019–07–31 接受日期：2019–12–03 基金项目：国家自然科学基金项目（30971867，31172031）；广东省农业资源环境共性关键技术创新团队建设任务（2019KJ118）；广
东省普通高校省级重大科研项目（自然科学）（粤教科函【2015】3 号）（2014KZDXM058）；广东省玉米产业技术体系创 新团队建设任务（粤农农函【2019】1019 号）；广州市科技计划项目产学研协同创新重大专项（201704020187）。 联系方式：阚玉景 E-mail：kyj1016@ ； * 通信作者 杜建军 E-mail：dujj@