雙極性離子交換膜研制及其在土壤養(yǎng)分提取中的應(yīng)用.pdf

1、農(nóng)業(yè)信息技術(shù)近年來快速發(fā)展,作為其主要內(nèi)容之一的測(cè)土配方施肥技術(shù)也隨之得到廣泛重視。在配方施肥實(shí)現(xiàn)過程中,最基礎(chǔ)同時(shí)也是最重要的工作就是實(shí)時(shí)、有效的掌握研究區(qū)域的土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力和分布狀況。傳統(tǒng)的土壤養(yǎng)分提取過程費(fèi)時(shí)、費(fèi)力,且測(cè)得的養(yǎng)分值不能較好的反應(yīng)土壤供應(yīng)作物養(yǎng)分的真實(shí)能力。離子交換樹脂技術(shù)作為一種新型的土壤養(yǎng)分提取技術(shù),具有快速、準(zhǔn)確提取土壤養(yǎng)分的能力,不受地域和時(shí)間的限制,測(cè)定的土壤養(yǎng)分值與作物的養(yǎng)分吸收量有較好的相關(guān)性。有鑒于

2、此,本文研制了一種新型的可同時(shí)從土壤中提取作物生長(zhǎng)過程中所需的陰離子和陽離子養(yǎng)分形態(tài)的雙極性離子交換樹脂膜,同時(shí)對(duì)這種雙極性膜的物理機(jī)械性能、動(dòng)態(tài)吸附及解吸特性及其在溶液和土壤介質(zhì)中的吸附、解吸特性進(jìn)行了研究,考察了雙極性膜的養(yǎng)分吸附量與植物的養(yǎng)分吸收量之間的關(guān)系。摘要如下:
　　 1.以親水性聚乙烯醇、強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂、強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂為原料,采用模具成型法,研制成雙極性離子交換樹脂膜。本文研究了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制膜所用到的聚

3、乙烯醇的濃度、離子交換樹脂粉末用量、交聯(lián)劑種類以及選定的交聯(lián)劑濃度對(duì)雙極性離子交換樹脂膜物理、化學(xué)性質(zhì)的影響。在具體成膜過程中,分別嘗試采用明膠、海藻酸鈉、硼酸、硼砂、戊二醛等改性劑及交聯(lián)劑完成樹脂膜的合成,結(jié)果表明只有戊二醛這種交聯(lián)劑可以較好的將混有離子交換樹脂粉末的聚乙烯醇凝膠交聯(lián)起來形成雙極性離子交換樹脂膜。樹脂膜的吸附量和遇水膨脹率均與樹脂膜的交聯(lián)度呈負(fù)相關(guān)。同時(shí),在樹脂膜配方確定過程中,通過對(duì)樹脂膜的物理、化學(xué)性能的考察,排除

4、了明膠在雙極性離子交換樹脂膜合成過程中改善膜的物理外形的有效性,確定了適合樹脂膜合成的配比:聚乙烯醇凝膠的使用濃度為9％(W/W),交聯(lián)劑的最佳交聯(lián)濃度為1％,此條件下合成的雙極性離子交換樹脂膜的遇水膨脹率為167.7％,具有較好的物理機(jī)械性能。在離子交換樹脂膜的合成過程中,同時(shí)加入陰離子交換樹脂、陽離子交換樹脂,制得的雙極性離子交換樹脂膜具有同時(shí)吸附陰離子與陽離子的能力,可實(shí)現(xiàn)對(duì)NO3、NH4+、K+、H2PO4的同時(shí)提取。
　

5、　 2.通過改善雙極性膜的成型方式,可改善單片雙極性膜外形均一性。采用外形改善后的雙極性膜用于化學(xué)吸附、解吸試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)雙極性膜吸附的離子容量分別占同極性離子交換樹脂粉末容量的55％,容量可滿足使用要求。在雙極性膜對(duì)離子進(jìn)行吸附的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),K+與NH4+兩種離子之間存在競(jìng)爭(zhēng)吸附,K+的競(jìng)爭(zhēng)力略大于NH4+；NO3-與HzPO4-之間也存在競(jìng)爭(zhēng)吸附,NO3-的競(jìng)爭(zhēng)力大于H2PO4-。研究結(jié)果還表明,雙極性離子交換膜可被重復(fù)利用。

6、　　 3.進(jìn)一步改進(jìn)本試驗(yàn)中雙極性膜的成型方式。此時(shí),每片雙極性膜片的風(fēng)干重為1.25g,外形尺寸為25mm×20mm×2.0mm。利用這種雙極性離子交換樹脂膜所進(jìn)行的連續(xù)動(dòng)態(tài)吸附、解吸試驗(yàn)結(jié)果表明,在400min的范圍內(nèi),與樹脂膜吸附位點(diǎn)親和力較強(qiáng)的離子,吸附過程曲線符合直線方程；親和力相對(duì)較弱的離子,吸附曲線符合對(duì)數(shù)方程；而所有離子的連續(xù)解吸過程曲線在140min的研究范圍內(nèi)均符合對(duì)數(shù)曲線方程。在利用雙極性膜對(duì)溶液中的離子進(jìn)行化學(xué)

7、吸附的過程中,不但確定雙極性膜對(duì)NO3-、K+、Ca2+、H2PO4-在預(yù)設(shè)濃度溶液中的吸附量、解吸量,同時(shí)還發(fā)現(xiàn)同性離子之間存在競(jìng)爭(zhēng)吸附,吸附的充分平衡時(shí)間為72h,解吸時(shí)間為3h。
　　 4.研制的雙極性離子交換膜在土壤中的實(shí)際應(yīng)用情況。將雙極性膜埋入不同肥力水平的3種土壤內(nèi),進(jìn)行養(yǎng)分吸附的結(jié)果表明雙極性膜在對(duì)土壤養(yǎng)分的吸附,土壤養(yǎng)分含量、吸附時(shí)間及土壤含水量均對(duì)雙極性膜的養(yǎng)分吸附量產(chǎn)生影響,且影響力依次減弱。在利用雙極性膜

8、對(duì)土壤中的硝態(tài)氮和有效鎂的進(jìn)行吸附的過程中,3d的吸附時(shí)間可達(dá)吸附平衡,而對(duì)速效鉀、有效磷和有效鈣的吸附,則需要更多的時(shí)間才能達(dá)到平衡。當(dāng)土壤含水量在55％以上的時(shí)候,土壤含水量不再成為雙極性膜在土壤養(yǎng)分吸附過程中的限制因素。通過土壤養(yǎng)分吸附試驗(yàn),確定了雙極性膜在不同時(shí)間段對(duì)土壤中不同含量水平的硝態(tài)氮、速效鉀、有效磷、有效鈣和有效鎂的吸附量。同時(shí),通過盆栽試驗(yàn)證明,利用雙極性膜進(jìn)行養(yǎng)分吸附所獲得的養(yǎng)分吸附量與苗期水稻植株內(nèi)的養(yǎng)分含量具有