麦草碱木素氧化氨解生产缓慢释放氮肥

2007/8/10 15:04:24

关键词:碱木素;氧化氨解;缓放氮肥　木素是形成腐殖质——土壤调节剂的一种重要母体，但木素不易生物降解，与氮相结合可改进木素分子的生物可降解性能。木素氧化氨解导致形成含氮基团，这种氮改性木素是一种极好的缓慢释放含氮化合物，它具有调节土壤的性质。用低分子量化学肥料与氮改性木素混合作为土壤调节剂，可降低土壤中氮损失，并能防止由于无机离子通过渗滤引起对地下水的污染。用麦草生产化学浆产生的碱木素，经氮改性成缓慢释放氮肥料，返回到土壤，可保护环境，又有一定经济效益。由于木素分子C/N比率大于25时，木素的生物降解受阻碍，归因于含氮量高影响微生物的繁殖增长，木素生物降解的C/N≤20，随着C/N比率下降而加速木素的生物降解。在木素分子中存有羰基和羧基对氨解是十分重要的，能使铵离子与木素中羧酸基得到直接结合。为使氨解易于进行，在木素氨解前引入氧到木素分子形成羧基以满足反应需要。Anita S.试验了用氮改性麦草碱木素以制取缓慢释放氮肥料，其工艺条件为：采用33%NH3（以木素重量为基准）在温度150℃和1.5MPa氧压下进行木素的氧化氨解，三种试样在此条件下分别保持不同的反应时间为0、60和150min,得到的反应产物为水溶性和水不溶性级分，经过滤，在温度50℃真空干燥成产品。以下分析氮改性木素的元素组成，并与未改性木素的元素组分对比，见表1。表1中数据表明：水不溶性麦草碱木素通过氧化氨解得到水溶性和水不溶性级分，在上述试验条件下，氮表1 未改性木素与氮改性木素的元素组分对比　未改性木素氮改性木素水溶性级分氮改性木素水不溶性级分反应时间 min碳 %氢 %氧 %氮 %灰分 %pH值C/N值-65.955.8328.25-1.511.5-051.805.1733.579.500.2510.675.456043.105.2734.3917.240.379.002.5015040.135.2136.1118.530.437.102.16064.194.9928.772.050.5310.6731.316058.444.5530.326.830.879.008.5015056.623.8929.659.841.917.105.75固定到木素分子上的数量随着反应时间增加而提高。但是，在任何反应时间内，水溶性级分中氮与木素结合量明显高于水不溶性级分。这归因于木素经受多相氧化降解反应导致产生不同分子量的木素分子，木素每个C9单元上官能基团的变化，特别是羧基。低分子量木素羧基平均含量较高，它比高分子量木素更具有亲水性。因此，在随后氨解过程中使水溶性级分变得更具亲水性，而高分子量木素即使氨解后仍保持水不溶性级分，由于木素每个C9单元上羧基平均含量较少，导致氮与木素结合量较少。在水溶性级分中氧百分含量比水不溶性级分中要高，而碳百分含量则较低。在氧化氨解反应时间为0、60min和150min时,对于水溶性级分C/N比率分别为5.45、2.50和2.16，而对于水不溶性级分C/N比率分别为31.31、8.50和5.75。这些C/N比率数据表明：除了反应时间为0时得到的水不溶性级分C/N比率较高（大于25）以外，其余所有氨解得到的级分C/N比率（小于20）都符合作为缓慢释放氮肥料土壤调节剂的要求。这些数据还表明：氨解反应时间为60min时，改善了两种级分C/N比率。因此，可以认为在反应时间60min氨解得到的水溶性和水不溶性级分作为缓慢释放氮肥料土壤调节剂是合适的。水溶性级分是木素低分子量部分，具有含氮百分数较高，在使用早期释放出氮，而高分子量部分含氮百分数较低，使用后期释放出氮，由于水不溶性级分比水溶性级分的生物降解较慢。结论：氧化氨解麦草碱木素生产缓慢释放氮肥料土壤调节剂是利用木素的一种有效途径。还需要进一步研究该产品在农业生产中推广应用。

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