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《上海第二工业大学》 2018年
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纯化FePO_4与有机生物质复合利用研究

张艺  
【摘要】:社会对粮食需求的爆炸式增长迫使现代农业走向更精细化更可持续化的发展道路。磷肥提供农作物所必需的营养元素,维持了植物的正常细胞的生长代谢以及遗传,但是目前商业化的磷肥主要源自于自然界中开采出来的难溶磷矿石,磷肥的生产及其施用的周期中,磷的过量排放通常引起土壤或水域的生态破坏。磷肥的高效循环使用是当今农业和材料科学的研究热点之一。本课题研究了从磷矿渣中提纯得到的磷酸铁作为一种更加绿色的磷源,对微生物的代谢和新型缓释放磷肥的制备过程的运用。本文首先研究了磷酸铁作为添加剂在微生物分解生物有机质的促进作用。研究使用的磷酸铁添加剂是使用高压溶液法,从工业磷矿渣中提纯得到。采用一系列的表征手段,如X射线衍射仪和扫描电子显微镜,对这种添加剂进行表征。将制备出的FePO_4添加到厌氧发酵实验,评估其对产甲烷菌的生长代谢的影响。结果表明:在实验条件下,提纯出的磷酸铁的纯度可达99.14%,添加相同量的FeSO_4、NaH_2PO_4和制备FePO_4,都可提高产气量。其中制备FePO_4效果最好,且最佳添加量为5%。制备出的磷酸铁,可增加产气量1154 mL,产气速率平均提高2倍,且最终沼渣、沼液可作为有机复合肥,不产生二次污染。此方法为磷化渣资源化提供了一种新途径,为提高厌氧发酵产气量提供了一种方法。除了促进厌氧菌的发酵活动,本文还研究了一种以纯化磷酸铁为磷源的可控磷肥的制备。通过将不溶性磷酸铁与聚乙烯醇混合形成复合薄膜,开发了一种可生物降解的控释磷肥。来自磷化处理的磷酸铁被二乙胺改性以改善与水的接触。系统地研究了二乙胺浓度对磷酸铁形貌结构和反应机理的影响。通过显微和红外光谱技术研究了改性磷酸铁和薄膜的形貌和微观结构。结果表明改性后可以清楚地看到磷酸铁颗粒表面的裂纹。在去离子水和柠檬酸溶液中体外研究磷酸盐从复合薄膜中的释放,模拟植物根部缺磷时的环境。对于所有样品,磷的释放量都小于总磷含量的4.25%。还发现,柠檬酸溶液中复合肥料薄膜的释放速率比在去离子水中快。这种性能表明了其控释能力,聚乙烯醇可以在植物需求的作用下维持磷含量,并在柠檬酸中释放。随后研究尺度达到纳米级别,实验制备了一种纳米磷酸铁磷肥,利用先进的扫描电镜,透射电子显微镜和原子力显微镜等一系列的表征手段,研究了不同超声功率下纳米磷酸铁的形貌以及尺度。实验结果表明,在100 W的超声功率下得到比较理想的纳米形貌。
【学位授予单位】:上海第二工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O614.811;TQ442;X705

【参考文献】
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