研究生科技创新基金项目申请书02.doc

学科代码申报项目编号资助项目编号中南林业科技大学研究生科技创新基金申 请 书项目名称：一种缓控释氧肥制备方法申请者学号：3201300230申请者姓名：唐大勇导 师：何钢所在学科：生物工程所在学院：生命科学与技术学院研究生类别：非定向自筹申请日期：2013年12月23日中南林业科技大学研究生院制二一三 年十二 月填 表 说 明一、 填报申请书前，请先查阅中南林业科技大学研究生科技创新基金管理办法关于申请研究生科技创新基金的有关规定。申请项目必须符合基金资助范围。申请书各项内容要实事求是，逐条认真填写，表达要明确、严谨。外来语应用中文和英文同时表达，第一次出现的缩写词，须注出全称。二、 申请书需用计算机打印，一律为A4，于左侧装订成册。除简表外，各栏空格不够时，请自行加页。一式三份，报送各学院研究生秘书处。三、 简表说明1. 简表将存档，请认真填写表中内容。2. 凡选择性栏目，将相应提示符A、B等之一填入该栏右侧。3. 项目名称：要确切反映研究内容，汉字字数最多不超过25字。4. 申请金额：用阿拉伯数字表示，以元为单位。起止年月：起始时间从申请2013年4月算起，资助时间最长不超过2年半。5. 申报项目编号：指所申请的项目在项目指南中的序号。一、简表研究项目名称中文一种缓控释氧肥制备方法英文性质CA.基础研究 B.应用基础研究 C.高新技术研究项目号申请金额元起止年月 年 月 至 年 月配套经费来源元配套经费数额元申请者姓名唐大勇性别男民族汉出生年月1975年12月身份证属学科生物工程研究生类别A.A.非定向、B.定向、C.自筹、D.委培入学时间2013年 9 月导师姓名何钢导师职称导师遴选时间年 月每年用于本项目的工作月数申请者个月导师个月所在学院名称生命科学与技术学院联系电-QQ号314392250研 究 内 容 及 意 义主题词(3个)中文涝渍胁迫新型氧肥英文Waterlogging stress摘 要(1) 研 究 内 容：本项目研究一种新型氧肥及其制备和应用方法。以过氧化钙、过氧化钠、过氧化镁中的一种或几种的混合物作为核；以掺杂有海藻酸钠作为粘合剂的纳米壳聚糖作为外包膜；所述的外包膜外层再包裹石蜡作为调理剂，形成的缓释氧肥。核占氧肥重量的70-75%，外包膜占氧肥重量的20-25%，调理剂占氧肥重量的3-10%，氧肥颗粒的粒径大小为3-10mm。(2) 意 义：本项目研究所制得的新型氧肥能够给水淹植物长时间提供氧气，施用方法简便，省时省工，生产工艺简单，且环境友好，可广泛应用。二、立项依据(包括项目的研究意义、国内外研究现状分析，并附主要参考文献及出处)(1)项目的研究意义：本项目研究涉及农用、林用的缓控释氧肥及其制备领域，尤其是一种缓控性好、肥效期长、生物利用率高、环境友好型的，能为水淹植物等长时间缓控释地提供氧气的新型氧肥及其制备方法。与单纯施加过氧化钙粉末相比，本项目所制得的缓控释氧肥具有肥效期长，施加方式简便，生产工艺简单的特点，选用材料来源广泛且为环境友好型材料，可广泛应用，符合国际上“缓效化、流体化、复合化、专用化、高效化”发展趋势的新型缓控释肥料，解决洪涝灾害对农林业生产的损失有着重大的意义。(2)国内外研究现状分析：20世纪80年代缓控释氮肥开始走多元化道路，其研究方向也随之扩大，主要是对硫磺、聚乙烯、磷酸镁铵等作为包裹肥料膜材料方面的研究，及关于包裹缓释肥料理论模型的研究。20世纪90年代包括对有机高分子聚合物包裹膜分解过程的研究、吸附缓释肥料的研究等。目前，缓控释肥料的研究主要集中在包膜新材料的研发、新型化学合成缓释肥料合成工艺方法的研究及新型缓控释肥料长期应用对环境影响方面的研究等。近几年我国缓释肥料发展迅速，主要采取两种技术路线，分别是将肥料进行微溶化或包膜处理来实现肥料养分的缓控释。前者的代表性产物有脲醛化合物(UF)，后者的代表性产物有硫包膜尿素(SCU)、聚合物包膜尿素(PCU)等。目前中国农科院等单位正在开展不同类型缓控释肥料的开发和应用研究，并取得了一定的实质性进展，有部分产品及肥料生产设备已经面世。例如郑州大学磷肥与复肥研究所不仅在国内建立了缓控释肥料生产厂，并且其以钙镁磷肥为包裹物的缓控释肥料还取得了美国专利，并成功地在美国建厂；山东农业大学与金正大集团合作，建成了年产30万t缓控释肥料生产设备，并已投产；华南农业大学资源环境学院则在探索用低成本控释材料和非专用设备生产包膜肥方面获得初步成功；北京农科院植物营养与资源研究所成功研发出了树脂包衣缓控释肥料生产设备，并研制出适合不同作物需要的控释肥系列新产品。该项科研成果标志着我国缓控释肥料的研究已取得了较大进展，表明研制的缓控释肥料已达到了国外同类产品的质量标准和水平。然而，要使缓控释肥料生产成本进一步降低，尽快扩大推广应用范围，仍有大量的工作要做。 (3)主要参考文献及出处：1、刘秀梅,刘光荣,冯兆滨等.新型肥料研制技术与产业化开发J.江西农业学报,2006,18(2):87-92.2、朱震.新型肥料及其应用前景J.科技信息,2008,22:17.3、Liu, G.D., D M Porterfield, Y.C. Li, and W. Klassen. Solid oxygen fertilizers and restoration of bald cypress Taxodium distichum (L.) Rich. in the wetland ecosystemJ.Florida. Science. 2009,9(1):1-3.4、刘兵.缓控释肥料的研究进展J.安徽农业科学,2007,35(8):2341-2342.5、杨淑珍.新型肥料氧肥的施用J.河北农业科技,2004(1),22.6、钟国清.过氧化钙的制法及应用J.粮油食品科技,1997,6:36-37.三、项目研究内容、研究目标、以及拟解决的关键问题1研究内容：以过氧化钙、过氧化钠、过氧化镁中的一种或几种的混合物作为核；以掺杂有粘合剂的纳米壳聚糖作为外包膜；所述的外包膜外层再包裹石蜡作为调理剂，形成的缓释氧肥。2、研究目标：为了克服过氧化钙氧肥存在的缺陷和不足，提供一种供氧时间更长，缓释效果更佳，环境友好型的，能为水淹植物长时间提供氧气，使其恢复正常生长状态的新型氧气肥料及其制备和应用方法，新型氧肥成本合理，效果较好，环境友好。3、拟解决的关键问题现有的氧肥主要是过氧化钙的直接施用，它主要用于小范围的农业种植（如种子生长发芽），水产养殖，食品保鲜等的一些微量施用，而且由于过氧化钙遇水释放氧气，使水溶液pH值达1213甚至更高，直接施用会严重影响土壤pH，促使土壤胶状板结和盐绩化严重，腐蚀植物的根部，从而影响到植物的生长。另外，过氧化钙的直接施用不能起到一个缓控和长时间地释放氧气的作用，缓释效果不是非常好，保肥性能不理想，实际应用过程中难以掌握方法，不能合理均匀分布，不适宜大范围推广四、拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析（1）拟采取的研究方法、技术路线：以过氧化钙、过氧化钠、过氧化镁中的一种或几种的混合物作为核；以掺杂有海藻酸钠作为粘合剂的纳米壳聚糖作为外包膜；所述的外包膜外层再包裹石蜡作为调理剂，形成的缓释氧肥。所述的核占氧肥重量的70-75%，优选75%；外包膜占氧肥重量的20-25%，优选22%；调理剂占氧肥重量的3-10%，优选3%；氧肥颗粒的粒径大小为3-10mm。所述的纳米壳聚糖粒径不超过300nm。所述的纳米壳聚糖的制备过程如下：称取壳聚糖粉末，室温下溶于冰醋酸溶液，用氢氧化钠调pH为5-6，微孔滤膜过滤，备用；三聚磷酸钠溶于超纯水，用盐酸pH调为8-9，微孔滤膜过滤；搅拌状态下将三聚磷酸钠溶液滴入壳聚糖溶液中，溶液经过阴阳离子的静电作用交联成纳米微粒，得到的是纳米壳聚糖的悬浮液。所述的壳聚糖溶液用0.45m微孔滤膜过滤；三聚磷酸钠溶液用0.45m微孔滤膜过滤；壳聚糖/三聚磷酸钠质量比=5/19/1（优选6/1）、冰醋酸溶液浓度为0.1mol/L，壳聚糖溶液浓度1.0-2.5g/L（优选1.0 g/L）、三聚磷酸钠溶液浓度0.8-1.8%（优选1.5%）、三聚磷酸钠溶液滴加的速度为20-35 d/min （优选30d/min）、交联时间为60-85min（优选80min）；搅拌速度为750-1000 r/min （优选950r/min）、温度为25-27；所制得的纳米壳聚糖的粒径在300nm范围内。所述的氧肥的制备方法是在混合器中以过氧化钙、过氧化钠、过氧化镁中的一种或几种的混合物作为核材料，不断加入粘合剂溶液，以及纳米壳聚糖悬浮液作为外包膜材料，混合造粒，整个混合造粒过程温度控制在70-80，干燥后，再用石蜡对干燥后的颗粒进行包裹，即得。 选用海藻酸钠作为粘合剂时，首先将10g海藻酸钠溶于500ml的蒸馏水中，60-70恒温加热，充分搅拌，加入硼酸，以加速其溶解的速度，冷却，纳米壳聚糖悬浮液与海藻酸钠溶液按照总体积比2：13：1加入混合造粒。所述的氧肥应用于在水中提供氧气；特别是给水淹的植物提供氧气；尤其是给水淹的植物有控制的缓慢释放氧气。（2）实验方案：一 、 将过氧化钙置于加热式的混合器中。二 、壳聚糖（CTS）成膜材料进行纳米化处理，采用离子凝胶法制备的纳米壳聚糖悬浮液，称取适量的CTS粉末，室温下溶于0.1M冰醋酸（HAC）溶液，用NaOH调pH为5，用0.45m微孔滤膜过滤；三聚磷酸钠（TPP）溶于超纯水，盐酸pH调为8，用0.45m微孔滤膜过滤。根据实验设计，量取一定量的CTS溶液加入到500ml的三口烧瓶中，放入搅拌器，置于数字显示转速电动搅拌机上，使用电脑恒流泵控制TPP溶液的滴加速度，将其滴入到上述装有CTS溶液的三口烧瓶中，滴加的速度为30d/min，通过超级恒温水浴器控制整个反应过程的温度变化，溶液经过阴阳离子的静电作用交联成纳米微粒，得到悬浮液。其整个反应的条件为，0.1MHAC、CTS/TPP质量比=6/1、CTS=1.0g/L、TPP=1.5%、交联时间为80min。搅拌速度为950r/min、温度为25。所制得的纳米壳聚糖的粒径在300nm范围内。三 、海藻酸钠（AGS）配置成一定的浓度值，溶液的配置为10gAGS溶于500ml的蒸馏水中，6070恒温加热，充分搅拌，加入少量的硼酸，以加速其溶解的速度，冷却即可备用。第二步得到的纳米壳聚糖悬浮液与海藻酸钠溶液的体积比大概在2：13：1，将纳米壳聚糖悬浮液与海藻酸钠溶液以喷雾形式不断加入到装有过氧化钙的加热式混合器中，70-80快速混合造粒，40-50干燥，干燥时间10-15min。 四 、石蜡作为调理剂，将固体石蜡加热溶解为液体，将液体石蜡倒入装有上述步骤三制备的干燥后的颗粒的搅拌转动器中，匀速搅拌转动，颗粒外面均匀包裹石蜡后，过筛冷却即可得成品。（3）可行性分析：材料安全易得，成本低，环境友好。该新型氧肥所采用的材料都是容易获得，大自然大量存在的资源，从而解除了成本偏高的问题，也充分循环利用了现有资源，变废为宝，尤其是壳聚糖一般是从甲壳素中提取，而甲壳素在自然界的有机物中数量仅次于纤维素，主要来源于甲壳类动物。如在浙江，海洋资源极为丰富，据统计，全省每年废弃的虾、蟹甲壳就达10多万吨，若不及时妥善处理，不仅会对环境产生污染，而且也会造成甲壳资源的极大浪费，这也意味着开发研究壳聚糖的潜力巨大。生产工艺简单，操作简便：整个生产过程没有加入任何无机、有机溶剂，对环境没有附加影响五、项目研究工作的进度安排年月至年月年月至年月年月至年月年月至年月年月至年月年月至年月年月至年月年月至年月年月至年月年月至年月六、本项目的创新之处与预期的研究成果：1 该新型氧肥的一个外包膜材料纳米壳聚糖是经过纳米化处理的一个多孔结构，从而使包膜的材料与核材料之间的接触面积更大，同时它具有很强的吸附能力，能把过氧化钙牢牢吸附，可使氧肥的制备更加稳固和缓释效果更加明显；当包膜量达到一定量时，养分释放速率逐渐减慢，释放期逐渐延长。在外包膜表面包涂石蜡是使所制备的氧肥颗粒的表面更加润滑和修复一些表面的空隙，保持一个颗粒表面的完整性，更加可使氧肥颗粒中的有效养分缓慢释放。使用过程中水分慢慢渗透进氧肥颗粒与过氧化钙反应，生成的氧气缓慢释放出来，由于存在外包膜和石蜡，使得氧气的生成和释放过程都变得缓慢可控。材料处理上是比较新颖和创新的，该氧肥的放氧时间是可以持续一个月左右的。相对现在所存在的氧肥施用来说，所起到的放氧时间更长，放氧量更加稳定。而没有包裹石蜡的氧肥存在着一定的缺陷，如，其对养分的控制释放是通过壳聚糖外膜上的微孔和裂隙来实现的。水分进入膜内将肥料部分溶解，形成溶液，放出氧气；导致膜内外浓度梯度增加，从而引起包膜颗粒内部压力的累积，内部压力的增加又会引起某些膨胀，进而使无弹性的外膜破裂，养分全部释放出来。这样有时会导致局部肥料养分浓度过高，从而引起根烧苗等现象和氧气在短时间内的完全释放。在纳米壳聚糖膜外涂以石蜡层使其能够克服其缺点，既能让肥料养分从纳米壳聚糖膜的微孔和裂隙中缓慢释放出来又不会使膜破裂。而且，该石蜡层又可防止纳米壳聚糖膜因暴露在空气中而反应和不抗冲击和不耐磨损的特性。氧肥pH值始终保持在中性范围内，不会造成土壤板结和对植物伤害。相对现有的单施用过氧化钙作为氧肥来说，这又是一个突破。七、研究基础1、与本项目有关研究工作积累和已取得的研究工作成绩（包括成果名称、完成时间、发表论著目录）