淀粉基肥料缓/控释与核素吸附材料的制备与表征

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核技术的发展,放射性核素污染水体和土壤已经成为当今非常重要的环境问题。依赖于植物的生态修复技术是近年来发展起来的一种非常有前途的绿色、廉价、清洁、环保的污染治理技术。放射性核素污染的植物修复技术中,植物生长对核素富集去除具有重要影响,本课题利用资源丰富、可再生、可降解的天然高分子淀粉原料,首次制备了同时兼有肥料缓释与核素吸附功能的淀粉基材料,在提供植物生长营养,实现植物对核素富集修复的同时,材料本身对核素具有高效富集去除核素能力。课题研究对于放射性核素污染高效处理及植物生态修复等具有重要意义。本文围绕着低成本、无污染的肥料缓释与核素高效吸附材料研发为目的,以淀粉、肥料、可降解高分子PBS和酒糟为原料,通过简单的高分子材料加工方法----熔融共混挤塑造粒,合成了淀粉基氮肥、钾肥、复合肥及酒糟填充淀粉基等四类肥料缓释与核素吸附材料。通过考察肥料加入及材料制备各因素对材料肥料缓释效果及锶离子吸附效率的影响,和材料的结构和性能的表征,确定了材料制备工艺条件。并对材料缓释性能和吸附性能及机理进行了研究。具体结果如下:  (1)以玉米淀粉、尿素为原料,通过加入不同含量的增强剂PBS和增塑剂甘油制得不同配比的尿素缓释和核素吸附材料。从材料的尿素缓释数据中发现,淀粉/尿素这组挤出材料的缓释效果较好,在10小时附近其累计释放量已达到85%;在24h,释放效率已达到95%附近,对锶离子的去除率较高达到80%左右。由扫描电镜可看出淀粉/尿素材料随着尿素含量的增加,材料表面越光滑,随着缓释时间的增加材料的孔洞逐渐增多,材料的抗压能力逐渐下降,且随着尿素含量的增多,材料的空洞越来越多。缓释相同时间的材料,其抗压能力随着尿素含量的增加降低;尿素的加入使得材料热稳定性增加。  (2)以玉米淀粉、氯化钾为原料,加入增塑剂甘油,熔融挤出制得淀粉/氯化钾材料。钾肥缓释性能表征结果显示:含5%、10%、15%、20%氯化钾的加入甘油的淀粉/氯化钾挤出材料24h溶出率分别为37.40%、27.27%、31.22%和30.61%;氯化钾完全释放的时间分别是14d、17d、20d、22d。对锶离子的其去除率分别是:28.60%、23.07%、26.41%和19.41%。淀粉/氯化钾挤出材料表面并不光滑有孔洞,随着氯化钾含量的增加孔洞逐渐增多。甘油和钾肥的加入提高了材料的热稳定性,失重率随氯化钾含量的增加而减少。  (3)以玉米淀粉、尿素、氯化钾为原料,通过加入不同含量的增强剂PBS和增塑剂甘油采用不同配比进行熔融共混造粒制成热塑性淀粉基N、K混合缓释肥及核素吸附材料。在尿素缓释、锶离子吸附数据显示,在材料中掺入甘油、PBS对尿素的缓释和核素吸附并没有什么影响;而在氯化钾缓释结果发现甘油的加入有利于氯化钾缓释,不同氯化钾含量的加入甘油的淀粉/尿素/氯化钾材料,即U10-G10-K5、U10-G10-K10、U10-G10-K15、U10-G10-K20,1天缓释率分别为46.44%、45.19%、42.54%和43.04%;完全溶出的时间分别是7d、11d、13d、14d,随着氯化钾含量的增加而增长。材料的抗压能力也随材料浸泡在溶液里的时间的增加而逐渐下降,浸泡相同时间的材料抗压能力随着氯化钾含量的增加降低。氯化钾的含量高低对材料热稳定性没有什么影响,尿素和甘油的加入,使得材料的热稳定性较淀粉有所增加。  (4)以淀粉、尿素为原料,加入不同含量的填充剂酒糟和增强剂PBS,制备了酒糟填充淀粉基氮肥缓释及放射性核素吸附材料,尿素缓释性能表征结果显示:不同酒糟含量的材料DG10、DG15、DG20其1h时的释放率分别为:27.52%、39.65%和57.05%;达到尿素完全溶出时间分别是:30h、20h和8h;这种材料对锶离子有良好的吸附效果,去除率分别为:75.69%、76.79%、77.81%。该附材料在缓释后,出现了明显孔洞。
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