Abstract:
The causes of slow disintegration of some mineral and organic source soil conditioners after application are analyzed. In order to improve the disintegration force of particles, experimental studies are carried out by reducing the water content of particles and adding disintegrating agent. The results show that when the mass fraction of water in the soil conditioner is reduced from 15% to 1.5%, the particles could disintegrate but are not suitable for industrial production. The addition of different types of disintegrating agents can achieve the disintegration of particles, among which water absorbing expansive and gas producing disintegrating agents have better effects. The soil conditioner produced with water absorbing expansive disintegrating agent can realize complete disintegration of particles within 2 minutes.
近年来,随着化肥使用量的日益增加及人为干扰等因素的影响,导致土壤出现退化现象,主要表现为土壤结构破坏、盐碱化和酸化等[1]。在此背景下,土壤调理剂应运而生,被广泛应用于改善土壤的物理、化学及生物性状,提升和修复退化的土壤[2]。
根据行业标准《土壤调理剂通用要求》(NY/T 3034—2016),按生产原料的不同将土壤调理剂分为矿物源、有机源、化学源和农林保水剂等4类。部分矿物源和有机源土壤调理剂所用原料的吸水性和膨胀性较差,在施用后会出现崩解慢的问题,甚至存在施入土壤中一年后仍呈颗粒的现象,使土壤调理剂的作用大打折扣。本文选用市场上销售的一款土壤调理剂,通过加入崩解剂, 研究了土壤调理剂不崩解的问题。
1
材料与方法
1.1
供试仪器及材料
ZBS-6G型崩解仪,上海优浦科学仪器有限公司。
土壤调理剂:以原煤为主要原料,其中腐殖酸质量分数≥20%,河南心连心化学工业集团股份有限公司提供。
崩解剂:山东维冠生物科技有限公司提供。
1.2
测定项目与方法
吸水率是指在一定条件下吸收水分的质量占原质量的百分比。吸水率测定:将已制备的样品放入孔径为1.3 μm的标准筛上;然后将装有样品的套筛置于盛有水溶液的槽中,槽中的溶液淹没套筛中的样品;浸泡一定时间后,慢慢取出套筛,采用快速定性滤纸吸去套筛周边及样品表面的水分,立即称重。
膨胀率是指吸收水分增加的体积占原体积的百分比。膨胀率测定:采用颗粒填充法测定原料吸水前后的体积,然后计算膨胀率。
崩解时间测定:采用崩解仪测定崩解时间,参考《中华人民共和国药典》(2015年版)四部中的崩解时限检查法。
2
原因分析
根据文献[3]记载,颗粒崩解主要是通过自身吸水膨胀,产生使颗粒崩解的崩解力,而崩解力的大小由颗粒的吸水和膨胀能力决定。试验时将选用的土壤调理剂烘干后,测定其颗粒和主要原料(原煤)的吸水率和颗粒的膨胀率,结果见图 1和图 2。
图 1
图 2
由图 1和图 2可知,土壤调理剂颗粒的最大饱和吸水率仅为4.5%,膨胀率为3%。经检测,样品颗粒中水的质量分数为15%,即颗粒中水含量远大于土壤调理剂的最大饱和吸水率。因此土壤调理剂施用后,即使土壤含水量很高,但由于颗粒本身含水量已达到饱和状态,无法形成崩解力使颗粒崩解。
3
技术筛选
试验选用降低颗粒水含量和加入崩解剂2条技术路线。降低颗粒水含量是通过烘干处理,使颗粒的含水量由饱和状态变为不饱和状态;加入崩解剂是通过加入高吸水和高膨胀性的崩解剂,直接提高颗粒的吸水量和膨胀率,提升颗粒的饱和含水量。
3.1
降低颗粒水含量
试验在105 ℃的烘箱中对样品进行处理,处理时间分别为1、3、5、7、9、12 min,目的在于得到不同含水量的颗粒,并测定其崩解情况,结果见表 1。
表 1
烘干时间/min |
颗粒中水的质量分数/% |
崩解情况 |
1 |
13.2 |
不崩解 |
3 |
10.5 |
不崩解 |
5 |
6.2 |
不崩解 |
7 |
2.5 |
不崩解 |
9 |
1.5 |
崩解 |
12 |
<0.1 |
崩解 |
由表 1可知:当颗粒中水的质量分数大于2.5%时,颗粒均不崩解;当颗粒中水的质量分数小于1.5%时,颗粒表现为崩解。在颗粒饱和水含量不变的情况下,颗粒本身水含量降低,颗粒相对吸水量增加,促进了崩解力的产生。但从生产角度考虑,由于滚筒烘干能力有限,将土壤调理剂颗粒中水的质量分数降至1.5%以下是无法实现的,因此降低颗粒水含量技术路线仅理论可行。
3.2
崩解剂筛选
崩解剂的种类较多,按作用机理可分为吸水型、膨胀型、吸水膨胀型和产气型等[4-5]。试验时,在土壤调理剂中加入质量分数5%的不同类型崩解剂,然后采用圆盘造粒并测定颗粒崩解情况,结果见表 2。
表 2
崩解剂类型 |
崩解时间/min |
空白 |
不崩解 |
吸水型 |
15 |
膨胀型 |
60 |
吸水膨胀型 |
2 |
产气型 |
2 |
由表 2可知,加入崩解剂能够加速颗粒的崩解,但由于崩解剂的作用机理不同,产生的效果也有所不同。由于试验用的土壤调理剂样品吸水膨胀性较差,因此兼具吸水和膨胀作用的崩解剂效果较好,2 min内颗粒基本完全崩解。此外,产气型崩解剂遇水后发生化学反应生成气体,借助体积的膨胀使颗粒崩解,效果也较好,但其价格较高。
3.3
添加量筛选
吸水膨胀型崩解剂按照质量分数1%、3%、5%、7%、9%等5个梯度添加并进行造粒,测定其崩解情况,结果见图 3。
图 3
由图 3可知:随着崩解剂添加量的增加,颗粒的崩解时间缩短;当崩解剂添加量由1%提高至5%时,崩解时间大幅缩短;当崩解剂添加量超过5%时,崩解时间已经达到较优的水平。综合考虑成本和崩解时间,选择崩解剂的添加量为5%。
4
生产应用
河南心连心化学工业集团股份有限公司采购了一批吸水膨胀型崩解剂,利用公司现有的双烘双冷滚筒设备进行含崩解剂的土壤调理剂的生产。经试验验证:含崩解剂的土壤调理剂在水中2 min内能够完全崩解;在土壤中,30 d内完全崩解,效果均较好。
5
结语
根据以上分析总结,利用崩解剂促进土壤调理剂的崩解是可行的。因不同土壤调理剂不崩解的原因存在差异,所以在选用崩解剂时需充分考虑崩解剂的作用机理,对号入座才能解决问题。