ПОЛУЧЕНИЕ ГИДРОГЕЛЯ В СОЧЕТАНИИ С NPK-УДОБРЕНИЕМ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ РАСТВОРА ФОСФАТИРОВАНИЯ И ЕГО СВОЙСТВА

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается значение гидрогелей в сельском хозяйстве, их применение и виды. Также представлены результаты исследований по приготовлению гидрогелей, содержащих азот-фосфор-калий, на основе отработанных растворов, и степени их набухания, в отличие от обычных гидрогелей.

ABSTRACT

This article discusses the importance of hydrogels in agriculture, their application and types. The results of studies on the preparation of hydrogels containing nitrogen-phosphorus-potassium, based on waste solutions, and the degree of their swelling, in contrast to conventional hydrogels, are also presented.

Ключевые слова: гидрогель, сельское хозяйство, макроэлементы, набухание.

Keywords: hydrogel, agriculture, macronutrients, swelling.

Введение. Удобрения и вода являются очень важными факторами с точки зрения развития растений в сельском хозяйстве. Однако 40-70 % азота, 80-90 % фосфора и 50-70 % калия в удобрениях, используемых при обработке и внесении удобрений, выделяются в окружающую среду в различных формах и вследствие этого не могут быть усвоены растением [1, 2]. Например, азот, депонированный в почве, может теряться двумя путями: при микробиологической трансформации в почве он летуч и выделяется в атмосферу, либо при растворении в воде стекает с водой или поглощается почвой. Особенно на песчаных участках в почве может скапливаться большое количество осадка в результате поглощения растворенных удобрений [3].

Гидрогель в сочетании с NPK-удобрением более эффективен при выращивании сельскохозяйственных культур, экономит расход лишней воды и удобрений. То есть сокращаются потери почвенной влаги за счет испарения и количества поливов. Такой гидрогель улучшает влагоудерживающие свойства почвы, облегчая ее использование, особенно в почвах с высокой деградацией.

В качестве гидрогелей используются гидрофильные полимерные материалы в виде соответственно сшитый и сетчатых. Он обладает свойством поглощать большое количество воды и удерживать ее в течение определенного периода времени путем удушья. При обработке гидрогеля раствором удобрения скорость его набухания может несколько снизиться. Однако при посадке в почву вместе с поглощаемой растением влагой она постепенно переходит в растение, обеспечивая его рост и развитие [7, 8].

Материалы и методы. Активные компоненты гидрогеля, например, могут быть добавлены к удобрению двумя различными способами: путем абсорбции раствора удобрения в сухой гидрогель [9] или путем приготовления гидрогеля непосредственно (in situ) в присутствии раствора удобрения [10].

В этом исследовании гидрогель, обогащенный NPK, готовят с использованием первого метода, описанного выше [9]. В качестве сырья использовали гидролизованный полиакрилонитрил (ГИПАН) и отходы фосфатного раствора местного саморезного завода.       Известно, что растения усваивают азот в виде NO^3-, NH⁴⁺, фосфор в виде H₂PO⁴⁺, металлы в виде K⁺, Ca²⁺, Na⁺, Mg²⁺, Fe³⁺ при питании через корни.

Обсуждение результатов. Если обратить внимание на состав отходов фосфатного раствора (табл. 1), то мы увидим, что в них присутствует небольшое количество меди и цинка, наряду с макроэлементами. Раствор состоит в основном из фосфорнокислых солей железа, кальция, меди, калия, магния, натрия, металлов цинка и фосфорной кислоты (рН-3), как показано в таблице.

Таблица 1.

Результаты элементного анализа отходов раствора фосфатирования

Для преобразования отходов фосфатного раствора в поглощающий комплекс NPK мы нейтрализуем его гидроксидом аммония и карбонатом калия или калиевой щелочью. Происходят следующие реакции:

Приготовленный раствор впитывается в сухой гидрогель. При этом масса гидрогеля должна быть 1:1 соли  в соотношении молей.

Степень и время кинетики набухания гидрогеля в чистом виде и в сочетании с полученным NPK-удобрением приведены на таблице 2:

Таблица 2.

Кинетика набухания гидрогеля

Вывод. В заключение получен новый гидрогель в сочетании с NPK-удобрением для сельскохозяйственного применения и изучена скорость его набухания. Этот гидрогель можно использовать в сельском хозяйстве при выращивании различных культур, садоводстве и цветоводстве.

Список литературы:

1. B. Ni, Liu, M. and Lu, S., Multifunctional Slow-Release Urea Fertilizer from Ethylcellulose and Superabsorbent Coated Formulations, Chem Eng J 155 (2009). P.892–898.
2. W. Wang, A. Wang, Synthesis, Swelling Behaviors, and Slow-Release Characteristics of a Guar Gum-g-Poly(sodium acrylate)/Sodium Humate Superabsorbent, Journal of Applied Polymer Science 112 (2009). P.2102–2111.
3. K.W.F.H. Alper Baba, Orhan Gunduz, Nitrogen Leaching in an Aquatic Terrestrial Transition Zone, Springer, Canakkale, Turkey, 2005.
4. R. Liang, Yuan, H., Xi, G. and Zhou, Q, Synthesis of Wheat Straw-G-Poly(Acrylic Acid) Superabsorbent Composites and Release of Urea from It, Carb Pol 77 (2009). P.181–187.
5. A. Huttermann, Orikiriza, L. J. B. and Agaba, H., Application of Superabsorbent Polymers for Improving the Ecological Chemistry of Degraded or Polluted Lands, Clean 37 (2009). P.517–526.
6. J. Akhter, Mahmood, K., Malik, K. A., Mardan, A., Ahmad, M. and Iqbal, M. M, Effects of Hydrogel Amendment on Water Storageof Sandy Loam and Loam Soils and Seedling Growth of Barley, Wheat and Chickpea, Plant Soil Env. 50 (2004).
7. M. Yangyuoru, Boateng, E., Adiku, S. G. K., Acquah, D., Adjadeh, T. A. and Mawunya, F, Effects of Natural and Synthetic Soil Conditioners on Soil Moisture Retention and Maize Yield, West Africa J of App Eco 9 (2007). P.6-18.
8. F. Zhan, Liu, M., Guo, M. and Wu, L Preparation of Superabsorbent Polymer with Slow-Release Phosphate Fertilizer, J App Pol Sci 92 (2004) 3417–3421. 207 Nurul Ekmi Rabat et al. / Procedia Engineering 148 (2016). P.201-207.
9. M. Guo, Liu, M., Hu, Z., Zhan, F. and Wu, L., Preparation and Properties of a Slow Release Np Compound Fertilizer with Superabsorbent and Moisture Preservation, J App Pol Sci 96 (2005). P.2132–2138.
10. W. Jiraprasertkul, Nuisin, R., Jinsart, W. and Kiatkamjornwong, S., Synthesis and Characterization of Cassava Starch GraftPoly(Acrylic Acid) and Poly(Acrylic Acid)-Co-Acrylamide. and Polymer Flocculants for Wastewater Treatment, J App Pol Sci 102, (2006). P.2915–2928.