徐佳鋒，陸嘉俊，韓偉勝，湯文濤，趙超

(浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，杭州市，311300)

0 引言

化肥是糧食增產(chǎn)的基礎(chǔ)[1]，但傳統(tǒng)化肥養(yǎng)分釋放速率快，施入土壤中大部分養(yǎng)分容易被揮發(fā)、淋溶和固定，作物吸收少，利用率低。根據(jù)調(diào)查顯示[2]，我國(guó)主要糧食作物水稻、小麥和玉米的氮肥利用率為39.2%，遠(yuǎn)低于美國(guó)、日本等農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家[3]。此外施入土壤中未被利用的氮、磷經(jīng)淋溶、滲透向水體轉(zhuǎn)移，使水域發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化，經(jīng)硝化和反硝化作用形成的N2O 對(duì)大氣造成污染[4]，持續(xù)施用過(guò)量化肥還會(huì)使土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞[5]。包膜肥料可以通過(guò)緩釋作用使養(yǎng)分緩慢進(jìn)入土壤，顯著提高肥料的利用率。國(guó)內(nèi)外許多研究學(xué)者致力于將高分子聚合物作為膜材料[6]包裹肥料以達(dá)到緩釋的目的，雖然緩釋效果良好，但是膜材料在土壤中難以降解，價(jià)格也比較昂貴。因此，開(kāi)發(fā)價(jià)格低廉、環(huán)境友好、緩釋效果好的包膜材料是緩釋肥領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題[7]。

聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)具有良好的成膜性和粘接力[8]，在環(huán)境中無(wú)毒可降解[9]。淀粉具有來(lái)源廣、成本低、能自然降解等優(yōu)點(diǎn)。兩者共混制造的膜具有良好的使用性和生物降解性。但其制成的膜存在吸水率高，易破碎等問(wèn)題[10]，因此需要通過(guò)改性等途徑提高膜的疏水性，同時(shí)改善其機(jī)械性能。近年來(lái)，利用納米材料對(duì)PVA膜進(jìn)行改性引起了學(xué)者的關(guān)注。陳志周等[11]將納米SiO2加入到木薯淀粉—PVA—?dú)ぞ厶菑?fù)合膜液中，有效降低了膜的吸水性。生物質(zhì)炭是農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)在缺氧條件下熱裂解形成的富碳產(chǎn)物，其具有含碳率高、孔隙結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大、理化性質(zhì)穩(wěn)定等固有的特點(diǎn)。生物質(zhì)炭的改善土壤理化性質(zhì)和土壤結(jié)構(gòu)、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)、增強(qiáng)土壤“碳匯”和減少溫室氣體排放等作用已被不少學(xué)者所證實(shí)[12]。李貞霞等[13]將生物質(zhì)炭與酸化土壤共培養(yǎng)，試驗(yàn)結(jié)果表明添加辣椒秸稈生物炭可以顯著改善酸化土壤質(zhì)量。因此將生物質(zhì)炭作為肥料載體，與肥料通過(guò)滲混、包膜、吸附及反應(yīng)等作用制備生物質(zhì)炭基肥不僅能夠消除生物質(zhì)炭養(yǎng)分不足的缺陷，也賦予肥料一定的緩釋功能[14]。

目前，納米SiO2主要應(yīng)用于工業(yè)上，其作為包膜材料應(yīng)用于緩釋肥中較少，應(yīng)用于生物質(zhì)炭包膜尿素中更是鮮有報(bào)道。因此，本文以玉米淀粉、聚乙烯醇、納米SiO2和生物質(zhì)炭作為包膜材料，制備出生物質(zhì)炭包膜肥，探討納米SiO2對(duì)淀粉—PVA復(fù)合膜吸水率和力學(xué)性能的影響，及優(yōu)化后的復(fù)合膜與生物質(zhì)炭作為包膜材料對(duì)炭基肥緩釋性能的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

聚乙烯醇(分析純，分子量1750)，硼砂(分析純)，無(wú)水乙醇(分析純)，大顆粒尿素(工業(yè)級(jí)，總氮含量46.4%)，玉米淀粉(食品級(jí))，丙三醇(分析純)，切片石蠟(分析純)，疏水納米SiO2(純度99.9%)，稻殼生物質(zhì)炭(自制，灰分66.57%，水分4.38%，揮發(fā)分5.69%，固定碳23.36%)。

1.2 復(fù)合膜的制備與性能測(cè)定

1.2.1 交聯(lián)改性淀粉—PVA復(fù)合膜的制備

交聯(lián)改性淀粉—PVA復(fù)合膜的制備過(guò)程如下：分別稱取適量淀粉和氫氧化鈉，加入150 mL蒸餾水于三足燒瓶中，在100 ℃下以恒速攪拌，使淀粉糊化。30 min 后加入PVA(控制淀粉與PVA的質(zhì)量和為10 g)，90 ℃保溫1 h至其完全溶解。降溫至60 ℃，調(diào)節(jié)pH值，之后依次加入硼砂和甘油，交聯(lián)反應(yīng)2 h后，制成復(fù)合膜液SPF(starch polyvinyl alcohol film)，取10 mL膜液于直徑為9 cm的培養(yǎng)皿中流延成膜，40 ℃ 下烘干至恒重。揭膜，將膜放在自封袋中待測(cè)。正交試驗(yàn)表如表1所示。

表1 交聯(lián)改性淀粉—PVA復(fù)合膜正交試驗(yàn)表

復(fù)合膜的制備采用三因素三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，使用L9(34)正交表，因素分別為淀粉與PVA的質(zhì)量之比(A)、交聯(lián)劑用量(B)、增塑劑用量(C)。以淀粉—PVA復(fù)合膜的吸水率為測(cè)試指標(biāo)，選取吸水性較優(yōu)的復(fù)合膜進(jìn)行下一步試驗(yàn)。

1.2.2 納米SiO2改性復(fù)合膜制備

在交聯(lián)改性淀粉—PVA復(fù)合膜的較優(yōu)制備工藝后，考察納米SiO2對(duì)復(fù)合膜的性能提升作用。納米SiO2改性復(fù)合膜(Si-SPF)的制備過(guò)程如下：在SPF交聯(lián)時(shí)，分別加入0 g，0.8 g，1.6 g，2.4 g，3.2 g納米SiO2(0 wt%，0.5 wt%，1 wt%，1.5 wt%，2 wt%)和少量無(wú)水乙醇，交聯(lián)反應(yīng)2 h后，超聲波分散處理并脫氣泡，取10 mL膜液于直徑為9 cm的培養(yǎng)皿中流延成膜，40 ℃下烘干至恒重。揭膜，將膜放在自封袋中待測(cè)。

1.2.3 復(fù)合膜材料性能測(cè)定

1)復(fù)合膜材料的吸水率測(cè)定。將復(fù)合膜材料裁成3 cm×3 cm的方塊，于烘箱中干燥至恒重，在常溫蒸餾水中浸泡3 h，取出，用濾紙擦去表面水分，稱重并計(jì)算吸水率[15]。每個(gè)處理復(fù)合膜材料重復(fù)測(cè)定3次，取其平均值。吸水率的計(jì)算公式如式(1)所示。

(1)

式中：W——吸水率；

m1——干燥的膜的重量；

m2——飽和的膜的重量。

2)復(fù)合膜表面微觀結(jié)構(gòu)。將復(fù)合膜置于掃描電鏡(TM3030)載樣臺(tái)上，用離子濺射儀在樣品表面濺射噴涂金粉，然后掃描觀察，記錄掃描成像圖[16]。

3)復(fù)合膜材料的特征官能團(tuán)分析。用帶有ATR附件的紅外光譜儀(Nicolet Is10)測(cè)定膜樣品的紅外光譜圖；其測(cè)定參數(shù)為：波長(zhǎng)范圍4 000～500 cm-1、分辨率4 cm-1，掃描頻次32次/s[17]。

4)復(fù)合膜材料的接觸角測(cè)定。采用靜滴法，用光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x(JC2000)測(cè)量水與復(fù)合膜表面的水接觸角。室溫條件下，在同一樣品膜的3個(gè)不同位置將去離子水滴到膜表面，分別測(cè)定膜的左右水接觸角，最終結(jié)果取平均值[18]。

5)復(fù)合膜材料的力學(xué)性能測(cè)定。依照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1040.3—2006薄膜和薄片的拉伸性能測(cè)定，由萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，其測(cè)試條件：拉伸速度為5 mm/min，測(cè)試溫度為25 ℃，每組測(cè)試3個(gè)樣品取平均值[19]。

1.3 包膜炭基肥的制備與性能測(cè)試

1.3.1 包膜炭基肥制備

向荸薺式糖衣機(jī)(BY-300)中加入顆粒尿素(粒徑3～4 mm)，啟動(dòng)加熱功能，包膜機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)為30 r/min 左右，待肥料表面的溫度為65 ℃左右，然后用高壓噴槍(PQ-2)將納米SiO2改性復(fù)合膜液Si-SPF少量多次的噴涂到尿素顆粒表面，轉(zhuǎn)動(dòng)約5 min，待肥料表面形成一層致密的包裹層，即為包膜肥SF1；隨后繼續(xù)噴涂少量復(fù)合膜液，同時(shí)緩慢撒入包膜材料—生物質(zhì)炭(研磨，過(guò)80目篩)，轉(zhuǎn)動(dòng)約5 min，從而形成一層緊密的包裹層，重復(fù)此過(guò)程至包膜材料全部包覆完為止，最后用熔融的石蠟封閉，即為包膜肥SF2。

1.3.2 包膜炭基肥性能測(cè)試

1)包膜量。用電子天平稱取所用質(zhì)量為M0的顆粒尿素，將其放入糖衣機(jī)中進(jìn)行包膜，并干燥，待試驗(yàn)結(jié)束，稱取包膜產(chǎn)品的質(zhì)量為M1[20]。

(2)

2)粒徑。隨機(jī)取出50粒制備好的包膜炭基肥顆粒置于培養(yǎng)皿中，利用游標(biāo)卡尺測(cè)量每粒肥料的粒徑(每粒肥料測(cè)量三次并取平均值)，分析肥料粒徑分布并計(jì)算肥料平均粒徑及標(biāo)準(zhǔn)差[2]。

3)緩釋性能。采用土柱淋溶試驗(yàn)測(cè)定包膜炭基肥緩釋性能。首先，采集臨安地區(qū)農(nóng)田的表層土樣，去除雜物后，在室溫下自然風(fēng)干并過(guò)篩(2 mm)，儲(chǔ)存待用。選用長(zhǎng)15 cm、內(nèi)徑長(zhǎng)5 cm的PVC管作為淋洗裝置，為防止淋洗過(guò)程中柱內(nèi)土壤流出進(jìn)入濾液中，在PVC管底部包裹一塊200目的紗網(wǎng)。預(yù)先稱取等氮量的普通尿素U和自制包膜尿素SF1、SF2與200 g土壤混合樣備用。向土柱中依次加入20 g石英砂、160 g土和200 g土壤肥料混合樣，為防止土層擾動(dòng)，最后在上面再加20 g石英砂覆蓋。土柱制成后先滴加蒸餾水以使土壤的含水量達(dá)到飽和，放置24 h使柱中土壤平衡穩(wěn)定，并分別在1、3、5、7、10、14、21、28 d后向每個(gè)土柱內(nèi)加入50 mL去離子水進(jìn)行淋溶，在土柱之下用三角瓶接收淋濾液，待不再有水滴出為止，一次淋洗結(jié)束[14]。最后，將收集的淋溶液過(guò)濾，并記錄淋溶液的體積，用土壤肥料養(yǎng)分測(cè)速儀(HM-TYD)測(cè)定淋溶液中氮元素的含量。每個(gè)實(shí)驗(yàn)組均設(shè)置三次重復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 淀粉—PVA復(fù)合膜制備工藝優(yōu)化

包膜肥料養(yǎng)分緩釋性能的關(guān)鍵取決于成膜材料，研究表明包膜材料的吸水率越低，其包膜肥料的緩釋效果越好[21]。淀粉—PVA復(fù)合膜由于其良好的使用性和生物降解性，可應(yīng)用于包膜材料中[22]，但其較高的吸水性限制了其應(yīng)用，因此本文首先利用增塑劑甘油和交聯(lián)劑硼砂對(duì)復(fù)合膜進(jìn)行改性。從表2中可以看出，A3B3C2處理組膜的吸水率最高，為266%，A1B1C1處理組膜的吸水率最低，為78%。3種因素對(duì)膜材料吸水率的影響順序?yàn)樵鏊軇┯昧?交聯(lián)劑用量>淀粉與PVA的質(zhì)量比。增塑劑的用量對(duì)復(fù)合膜的吸水率影響較大，原因可能是隨著增塑劑甘油添加量的逐漸增加，增塑劑與復(fù)合膜中較多的極性基團(tuán)形成了氫鍵，水分子無(wú)法插入到體系中，導(dǎo)致復(fù)合膜的吸水率降低[23]。交聯(lián)劑硼砂加入后復(fù)合膜材料的吸水率也顯著降低，這可能是由于PVA結(jié)構(gòu)中的—OH具有親水性，硼砂的加入可與PVA分子中的—OH基團(tuán)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)生成B—O鍵[24]，但加入過(guò)量會(huì)使溶液產(chǎn)生凝膠狀[25]，所制成膜的吸水率提高，因此少量添加才能使淀粉—PVA復(fù)合膜的吸水率達(dá)到最小。玉米淀粉和PVA的質(zhì)量比對(duì)復(fù)合膜的吸水率也產(chǎn)生了影響但是影響較小，原因可能是隨著PVA含量的增加，在硼砂的作用下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，此反應(yīng)破壞了羥基結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致吸水率下降；隨著PVA含量進(jìn)一步增加，其交聯(lián)反應(yīng)繼續(xù)增加，但PVA的增加引入了部分未反應(yīng)的親水性羥基，吸水率下降較小，此試驗(yàn)結(jié)果與薛朝臣[26]的研究一致。復(fù)合膜材料的吸水率越低，其作為緩釋膜的緩釋性能就越好，因此，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，淀粉—PVA復(fù)合膜的最佳制備工藝為：在150 mL蒸餾水中，控制淀粉與PVA的添加質(zhì)量之和為10 g，淀粉與PVA的質(zhì)量比為2∶3，交聯(lián)劑硼砂的添加量為0.1 g，增塑劑甘油用量為3 mL。

表2 交聯(lián)改性淀粉—PVA復(fù)合膜的正交試驗(yàn)結(jié)果

2.2 SiO2對(duì)淀粉—PVA復(fù)合膜性能影響

2.2.1 SiO2在淀粉—PVA復(fù)合膜中的分散結(jié)果

SiO2具有優(yōu)良的補(bǔ)強(qiáng)性、穩(wěn)定性，并且能夠改善基體的耐水性，但其表面含有大量羥基，在介質(zhì)中難以潤(rùn)濕和分散[27]。因此，本文首先利用掃描電鏡和紅外光譜儀分析復(fù)合膜表面SiO2的分散情況。從電鏡圖1可以看出，淀粉—PVA復(fù)合膜材料表面光滑，而SiO2加入后復(fù)合膜中有許多白色光點(diǎn)不規(guī)則地分散于基體中，表明SiO2在淀粉—PVA中的分散性和相容性非常好，未出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚。為了進(jìn)一步表征加入納米SiO2后復(fù)合膜發(fā)生的變化，使用ATR-FTIR觀察復(fù)合膜材料特征官能團(tuán)的變化。復(fù)合膜的紅外測(cè)試圖如圖2所示。

(a)淀粉—PVA復(fù)合膜電鏡圖

圖2 復(fù)合膜的紅外測(cè)試圖

對(duì)于不加納米SiO2處理，3 265 cm-1為分子間O—H的伸縮振動(dòng)[28]，2 939 cm-1為甲基和亞甲基的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)[16]，1 648 cm-1為—OH的特征吸收峰，證明有未縮合的Si—OH或PVA上的—OH存在[29]，1 332 cm-1和1 238 cm-1分別為PVA的主鏈次甲基CH的彎曲振動(dòng)吸收峰以及C—O的伸縮振動(dòng)吸收峰[16]。添加納米SiO2后，1 019 cm-1和795 cm-1處出現(xiàn)Si—O—Si的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)[30]。上述分析表明，納米SiO2已均勻的分散到了淀粉—PVA的骨架中。

2.2.2 SiO2對(duì)淀粉—PVA復(fù)合膜吸水性的影響

圖3是從不同納米SiO2處理下SPF膜材料的吸水率圖，可以看出，納米SiO2的加入量對(duì)復(fù)合膜材料的吸水率有顯著影響(P<0.05)，隨著添加量的增加，Si-SPF膜的吸水率呈先上升后下降的趨勢(shì)。其中，添加0.8 g納米SiO2處理復(fù)合膜材料的吸水率最高，為90%；添加3.2 g納米SiO2處理復(fù)合膜材料的吸水率最低，為52%。當(dāng)納米SiO2的添加量為2.4 g、3.2 g時(shí)，吸水率下降趨于平緩。除了添加0.8 g處理外，其余各個(gè)處理膜的吸水率均顯著低于對(duì)照組。水接觸角測(cè)試則是進(jìn)一步驗(yàn)證了納米SiO2的加入對(duì)于復(fù)合膜疏水性的提升。

圖3 不同納米SiO2處理下淀粉—PVA復(fù)合膜材料的吸水性

從圖4中可以觀察到，添加不同含量的納米SiO2材料的水接觸角與未添加的相比都有不同程度的提高，其中添加3.2 g納米SiO2與未添加的相比，其水接觸角提高了43°。添加0.8 g納米SiO2處理后吸水率上升，其原因可能是少量添加后使其易與復(fù)合膜中殘留的羥基形成親水基團(tuán)，使其親水性增強(qiáng)；但隨著納米SiO2繼續(xù)增加，其與大分子膜形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[17]，使水分子進(jìn)入膜的難度增加，提高了其疏水性能。此外納米SiO2的加入使復(fù)合膜產(chǎn)生了顯著的交互作用，促進(jìn)了復(fù)合膜的交聯(lián)[31]，改善了膜材料的耐水性，進(jìn)而延長(zhǎng)了包膜肥料的養(yǎng)分釋放期，此結(jié)果與白楊等[10]研究結(jié)果一致。因此，在SPF包膜液中添加適量的納米SiO2，能使膜體結(jié)構(gòu)更緊密，增強(qiáng)復(fù)合膜的疏水性能。

(a)0 g

2.2.3 SiO2對(duì)淀粉—PVA復(fù)合膜力學(xué)性能的影響

拉伸強(qiáng)度和斷裂伸縮率是改性淀粉—PVA材料的重要參數(shù)[22]。從圖5可以看出，隨著納米SiO2加入量的增加，Si-SPF復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度先增大后減小，而斷裂伸長(zhǎng)率則呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，當(dāng)納米SiO2加入量為2.4 g時(shí)，與未加入納米SiO2的復(fù)合膜相比，拉伸強(qiáng)度提高了49%。這是因?yàn)榧{米SiO2表面的羥基會(huì)與SPF復(fù)合膜中的羥基形成穩(wěn)定的氫鍵；同時(shí)，納米SiO2放到水浴鍋中交聯(lián)，使納米SiO2粒子與淀粉和PVA相互穿插，形成了穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在構(gòu)造中起到物理交聯(lián)點(diǎn)的作用，使三者分子彼此有著較強(qiáng)的作用力[15]。

圖5 不同納米SiO2處理下淀粉—聚乙烯醇復(fù)合膜材料的力學(xué)性能

而納米SiO2添加過(guò)量時(shí)，即便通過(guò)超聲作用也無(wú)法使納米SiO2顆粒均勻分散在溶液中，使其制成的復(fù)合膜拉伸強(qiáng)度下降。由于納米SiO2的加入，使Si-SPF復(fù)合膜產(chǎn)生穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，受力時(shí)分子間不易產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，因此斷裂伸長(zhǎng)率下降。結(jié)合Si-SPF復(fù)合膜的吸水率分析可知，納米SiO2的加入量從2.4 g增加到3.2 g時(shí)，吸水率只增加了8.8%，而此時(shí)復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度卻下降了34.2%，因此確定最佳的復(fù)合膜材料的配比為：在150 mL蒸餾水中，控制淀粉與PVA的添加質(zhì)量之和為10 g，當(dāng)玉米淀粉與PVA質(zhì)量比為2∶3、交聯(lián)劑添加量為0.1 g、增塑劑添加量為3 mL、納米SiO2添加量為2.4 g，此時(shí)制備的Si-SPF復(fù)合膜的綜合性能最佳。

2.3 復(fù)合膜及SiO2改性復(fù)合膜對(duì)炭基肥性能影響

2.3.1 炭基肥的包膜性分析

包膜量、粒徑分布是評(píng)價(jià)炭基肥成粒性能的重要因素[32]。

表3為SF2的包膜量統(tǒng)計(jì)表，通過(guò)稱重法測(cè)得SF2的包膜量為26.23%。圖6為各包膜肥料的實(shí)物圖，從圖中可以看出，SF1與SF2包膜完整，顆粒圓潤(rùn)且無(wú)相互黏連現(xiàn)象。包膜肥粒徑統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表4所示，粒徑分布如圖7所示。從表4可以看出，SF1和SF2包膜肥料粒徑顯著高于普通尿素顆粒(P<0.05)，粒徑變異系數(shù)均小于10%，表明兩種包膜肥料均勻度較高。

(a)普通尿素

表3 炭基肥包膜量

表4 包膜肥粒徑統(tǒng)計(jì)

從圖7中可以看出，CK的粒徑主要集中在3.2～4.0 mm，SF1的粒徑主要集中在3.6～4.2 mm，SF2的粒徑主要集中在3.8～4.4 mm。Si-SPF聯(lián)合生物質(zhì)炭包膜的肥料平均粒徑最大，顯著高于普通尿素和Si-SPF包膜的肥料(P<0.05)，且隨著包膜層數(shù)的增加，包膜肥料的粒徑逐漸增大。上述分析表明，SF1和SF2的包膜材料較為均勻的涂覆在所有尿素表面，制備出的SF1與SF2包膜肥料包膜性能優(yōu)良，因此對(duì)SF1和SF2包膜肥料進(jìn)行下一步的土壤緩釋試驗(yàn)。

(a)普通尿素

2.3.2 復(fù)合膜及SiO2對(duì)炭基肥緩釋性能影響

圖8為包膜肥料的氮素累計(jì)淋出率。第一次淋溶，普通尿素(U)、復(fù)合膜包膜尿素(SF1)、包膜炭基肥(SF2)的氮素累計(jì)淋出率分別為45%、32%、12%。各處理組前15 d內(nèi)氮素釋放速率較快，隨后逐漸趨向平緩。隨著淋溶次數(shù)的增加，U和SF1處理組之間的氮素累計(jì)釋放率差距逐漸減小，但和SF2處理組的差距逐漸增大。淋溶第28 d時(shí)，U處理的累積氮素釋放量為87%，SF1處理為84%，SF2處理氮素累積釋放最少，僅為65%，這表明SF1、SF2處理組都有緩釋效果，但是SF1的緩釋效果不明顯，SF2的緩釋效果較好。納米SiO2的添加減緩了淀粉—PVA包膜肥料的氮素釋放，但其緩釋效果不明顯。原因可能是淀粉—PVA復(fù)合膜本身含有的大量羥基未能完全掩蓋，此外復(fù)合膜材料的吸水性可能和水分子與復(fù)合膜吸水基團(tuán)結(jié)合穩(wěn)定性有一定關(guān)系[33]，因此導(dǎo)致了SF1包膜肥料的緩釋性能不佳。在此基礎(chǔ)上增加生物質(zhì)炭制備的包膜尿素SF2，其緩釋效果明顯好于包膜尿素SF1。原因可能是生物質(zhì)炭中含有大量孔隙，比表面積大，使得尿素分子被生物質(zhì)炭中的中孔和微孔吸附，并且這些孔隙形成的毛細(xì)作用對(duì)吸附的尿素起到了緩釋作用[34]；此外生物質(zhì)炭的加入，使得包膜厚度的增加，水分不容易浸入且擴(kuò)散路徑較長(zhǎng)，從而降低了水分滲入的速率，封閉劑則是進(jìn)一步增加了包膜肥料對(duì)水的阻隔作用[35]。

3 結(jié)論

本文首先用交聯(lián)劑硼砂和增塑劑甘油對(duì)淀粉—PVA復(fù)合膜進(jìn)行改性，以吸水率為指標(biāo)，找出最優(yōu)原料配比。在此基礎(chǔ)上，分別加入0 wt%，0.5 wt%，1 wt%，1.5 wt%，2 wt%的納米SiO2制成納米SiO2改性淀粉—PVA復(fù)合膜，測(cè)定復(fù)合膜材料的吸水率、水接觸角和力學(xué)性能，篩選出最佳的納米SiO2加入量。最后用此復(fù)合膜液做為黏結(jié)劑，生物質(zhì)炭作為包膜材料、熔融的石蠟作為封閉劑制備生物質(zhì)炭基肥。通過(guò)上述研究，本文主要得到以下結(jié)論。

1)交聯(lián)改性淀粉—PVA復(fù)合膜可以有效改善膜的吸水性，淀粉與PVA的質(zhì)量比、交聯(lián)劑用量和增塑劑用量對(duì)膜材料的吸水性有很大影響。在150 mL蒸餾水中控制淀粉與PVA的添加質(zhì)量之和為10 g，當(dāng)?shù)矸叟cPVA的質(zhì)量比為2∶3，交聯(lián)劑硼砂用量為0.1 g，增塑劑甘油的用量為3 mL時(shí)，復(fù)合膜的吸水率最低，為77%。

2)納米SiO2的添加改善了復(fù)合膜的吸水性和力學(xué)性能，不同納米SiO2添加量對(duì)膜材料性能的影響不同，當(dāng)納米SiO2加入量為2.4 g時(shí)，與未添加相比，復(fù)合膜的吸水率下降38.4%，水接觸角提高了89.5%，拉伸強(qiáng)度提高49.0%。

3)納米SiO2—淀粉—PVA交聯(lián)改性復(fù)合膜與生物質(zhì)炭能夠在尿素顆粒表面形成完整且致密的包膜，所制備的炭基肥粒徑主要分布在3.8～4.4 mm之間，在28 d時(shí)氮素的累積淋出率為65%。