[发明专利]一种氮肥水凝胶的制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种环境友好型氮肥水凝胶的制备方法，利用豆制品制造业的固体废弃物---豆渣为营养源，承载于改性纤维素凝胶中，制备出既能用于土壤保水又可缓释氮肥的水凝胶，属于天然高分子改性技术领域。

背景技术

纤维素是地球上来源最广泛、含量最丰富、廉价的可再生资源，其高分子具有聚合度大、结构稳定、可生物降解、良好的生物相容性及可衍生化等优良性质，广泛应用于纺织、轻工、化工、国防、石油、医药、环境保护和能源等部门。近年来石油资源日益减少，原油价格不断上涨，使得传统合成高分子工业的发展受到制约。再加之，合成高分子材料很难生物降解，造成的环境污染日益严重^[1]。因此，可替代传统材料的环境友好型高分子的开发和利用日益受到人们的极大关注，尤其是农工业中的天然高分子废弃物如何在新技术、新材料和新能源领域中能够得到有效应用，已成为国内外科学家竞相开展的研究课题。

豆渣是利用大豆在生产大豆制品时所产生的剩余物质，常被视作饲料或废弃物。我国作为大豆原产国，拥有悠久的种植历史，但每年庞大的需求量都需通过进口来填补。较2000年大豆进口量1042万相比，之后的7年间年均保持增长16.7%，更在2008年时增幅达到21.5%，创下我国大豆进口量的历史最高记录^[2]。按每加工一吨大豆产生2吨湿豆渣计算，目前国内大豆食品行业每年约生产2千万吨湿豆渣^[3]，其中含水量约在80～90%左右。但因豆渣中含过多的水分，导致运输困难，且极易腐败变质，通常用作饲料或直接丢弃。又因其极易腐败的特性，必须及时加工成食品或干豆渣方能保存与运输，然而干燥后的原料没有良好的销路等因素制约了豆渣的综合利用，造成了大量资源的浪费。

通过对豆渣成分的分析，发现豆渣中各种营养成分非常丰富，是一个尚未充分利用的宝贵资源。豆渣成分分析研究结果见表1与表2^[4、5]。

表1 豆渣中矿物质和维生素（mg/100g干样）

                                                 

表2 豆渣样本特征

表1、2表明，豆渣中含有大量对植物必须的营养元素，如N、P、K、Ca、Mg等，且含量丰富，完全可以将其加工后作为新型肥料使用。

众所周知，为了多、快、好的得到所需的农作物，需向作物中施加肥料，然而，传统化肥的不合理施用将对土壤产生一系列严重的影响^[6]：①由于化学肥料中不同程度的含有Zn、Cu、Cr等重金属元素，且这些重金属与毒害元素进入土壤后难以被作物吸收或转化，使得重金属元素富集，造成土壤污染；②传统化肥皆为酸性肥料，长期施用同一种化肥，将加快土壤酸化。土壤酸化会导致有毒物质增加，使得土壤贫瘠；③单一化肥的过量使用，会导致土壤板结，破坏了土壤肥力结构，且降低了肥效；④同种化肥长期施用，将造成土壤中其他元素含量降低，导致土壤中元素失衡。在对土壤破坏的同时，不合理的施用化肥，不仅会对农产品品质造成相当恶劣的影响，还会污染当地的环境，甚至将带来一系列连锁问题。因此，如何开发出一种对环境友好的化肥是本发明需要解决的一个关键问题。

另一方面，化肥作用的体现离不开水的溶解，虽然土壤水分的含量可以通过灌溉或降水来调节，但对于我国淡水资源仅占全球水资源6%，且农业用水量约占用水总量80%的缺水国家来说，水资源将可能是制约我国农业发展的一个重大因素，因此，大力发展节水农业，是我国农业走可持续发展道路的必然选择。保水剂是近年来应用于农业生产的一项新型节水技术，它能够吸收自身质量数百倍至千倍以上水分的高分子聚合物，含有较强的吸水和保水能力，具有改善土壤物理性质、加快植物生长、减少灌溉次数以及提高肥料利用率等功效^[7]。

基于保水剂的特性，结合化肥一起施用，是近年来节水、高效利用化肥的新方法，可由于保水剂产品类型主要是丙烯酰胺---丙烯酸盐共聚交联物，不易降解，且传统化肥的一系列弊端，迫使研究工作者不得不转向研发符合大自然自身利益的可降解材料，如何保证对作物有效供肥的同时又不对土壤产生危害是本发明重点研究和突破的内容。

参考文献