P(AA-AM)/SiO2复合保水材料的制备及其在保水缓释肥中应用

开发具有保水缓释双重功能的新型肥料,对于提高水肥利用效率和保障农业可持续发展具有重要意义。该研究探索了纳米二氧化硅(SiO2)对提升保水材料吸水率及改善保水缓释肥性能的效果,采用丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)为原料,首先通过水溶液原位聚合法制备了P(AA-AM)/SiO2复合保水材料,然后采用双层包膜工艺制备了保水缓释肥,在合成保水材料时,丙烯酸和丙烯酰胺的质量比为3.5∶1,引发剂(过硫酸钾和亚硫酸钠)、交联剂(N,N-亚甲基双丙烯酰胺)、增塑剂(丙三醇)和纳米SiO2分别为单体质量的1%、0.04%、15%和2%。保水缓释肥采用转鼓包膜工艺制备,内包膜层为聚氨酯,占肥料核芯的3%,外包膜层为P(AA-AM)/SiO2复合保水材料,占肥料核芯的24%。保水材料的形貌结构和热稳定性用傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、扫描电镜(Scanning electron microscopy,SEM)和热重(Thermogravimetry,TG)表征,保水材料的吸水率用过滤法测定;采用土壤培养研究保水缓释肥的保水和持水性能,保水缓释肥的缓释性能用水浸泡法研究。结果发现:纳米SiO2能较好地分散于基体P(AA-AM)保水材料中,与P(AA-AM)保水材料相比,添加纳米SiO2的复合保水材料在去离子水和0.9%Na Cl水溶液中的吸水率分别提高152%和87%,而且热稳定性显著提高;SEM和FTIR结果表明,纳米SiO2能较好地分散于P(AA-AM)保水材料中,SiO2表面含有的硅羟基增加了保水材料的交联密度。相比没有保水层的缓释肥,复合保水缓释肥的土壤持水率和保水率(培养25 d后)分别提高了25.5%和47.2%,肥料释放期由60 d增加到72 d。综上所述,纳米SiO2显著提高了保水材料的吸水率,以此制备的复合保水缓释肥具有优异的保水和缓释能力,该研究为研发高效肥料、提高水肥利用效率提供了新思路。