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        碳酸氫銨分解性能及其施肥方法探討*

        2021-03-08 10:22:54房倩倩韓效釗鄭之銀
        化學(xué)與粘合 2021年1期
        關(guān)鍵詞:影響

        錢 佳,房倩倩,韓效釗,劉 榮,鄭之銀

        (1.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 藥學(xué)院,江蘇 泰州225300;2.合肥工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院,安徽 合肥230009;3.安徽六國化工股份有限公司,安徽 銅陵244000)

        前 言

        碳酸氫銨是最容易被土壤吸附的一種氮肥,不含有害的中間產(chǎn)物和最終分解產(chǎn)物,長期施用不影響土質(zhì),是最安全的氮肥品種之一[1]。1958年侯德榜提出“碳化法合成氨流程制碳酸氫銨”新工藝,并在上?;ぱ芯吭航ǔ傻谝粋€(gè)8000噸示范廠,生產(chǎn)出第一批碳酸氫銨。碳酸氫銨是我國獨(dú)有的化肥品種,對我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)[2,3]。碳酸氫銨處理土壤或培養(yǎng)基,還能有效降低辣椒疫病發(fā)病率、抑制意大利青霉孢子萌發(fā)和菌絲體與尖孢鐮刀菌生長[4,5,6]。碳酸氫銨還用于食品工業(yè)作堿及發(fā)酵劑,與碳酸氫鈉合用作面包、餅干、煎餅等的膨松劑原料[7]。但碳酸氫銨性質(zhì)不穩(wěn)定,在36℃以上分解成二氧化碳、氨和水,對光及熱水皆不穩(wěn)定[8]。湖南雙季稻基施碳酸氫銨,早稻季處理田氨揮發(fā)損失率達(dá)30.12%,晚稻季處理田氨揮發(fā)損失率達(dá)31.93%[9]??梢婇_展碳酸氫銨分解性能探討,對碳酸氫銨的貯存和使用都具有實(shí)際意義。

        1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

        主要藥品:碳酸氫銨(AR)。

        實(shí)驗(yàn)方法:將150mL錐形瓶置于電子天平上,向錐形瓶里滴加蒸餾水并準(zhǔn)確計(jì)量;再準(zhǔn)確稱取2.5000g碳酸氫銨樣品,將碳酸氫銨加入錐形瓶并輕搖,使碳酸氫銨均勻潤濕并平鋪于錐形瓶底部。再將錐形瓶固定在恒溫水浴鍋中,并連接好吸收裝置。用200mL的1mol/L的鹽酸吸收碳酸氫銨分解產(chǎn)物氨,用甲醛法測定吸收液中氮含量,計(jì)算碳酸氫銨分解速率和分解率。每隔20min用移液槍取4mL吸收液測定氮含量,再取4mL1mol/L的鹽酸補(bǔ)充到吸收瓶中,連續(xù)取樣5次,計(jì)算分解率和分解速率。

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        2.1 溫度對碳酸氫銨分解性能的影響

        不同溫度下碳酸氫銨溶液的分解過程是不同的。隨著溫度的升高,銨的損失也升高;隨著碳酸氫銨溶液含水量的增大,銨的損失也升高,但升高的趨勢在不斷變緩[10]。碳酸氫銨有農(nóng)業(yè)級(jí)、工業(yè)級(jí)、食品級(jí)和試劑級(jí),含水量都在6%以下。因此,固定含水量為6%,考察溫度對碳酸氫銨分解性能的影響。結(jié)果見圖1和圖2。

        圖1溫度對碳酸氫銨分解率的影響Fig.1 The effect of temperature on the decomposition rate of ammonium bicarbonate

        圖2溫度對碳酸氫銨分解速率的影響Fig.2 The effect of temperature on the decomposition speed of ammonium bicarbonate

        由圖1和圖2可知,碳酸氫銨分解主要在前60min進(jìn)行,20min內(nèi)分解速率達(dá)到最大;最大分解速率與分解率均隨溫度升高而增大;溫度在30℃以下分解緩慢,溫度在30℃以上,分解加速。為了能快速考察其它因素的影響,后續(xù)實(shí)驗(yàn)溫度選擇在60℃。

        2.2 含水量對碳酸氫銨分解性能的影響

        固定溫度為60℃,調(diào)整加水量,考察含水量對碳酸氫銨分解性能的影響。結(jié)果見圖3和圖4。

        圖3含水量對碳酸氫銨分解率的影響Fig.3 The effect of water content on the decomposition rate of ammonium bicarbonate

        圖4含水量對碳酸氫銨分解速率的影響Fig.4 The effect of water content on the decomposition speed of ammonium bicarbonate

        由圖3和圖4可知,碳酸氫銨仍然在20min內(nèi)分解速率達(dá)到最大,最大分解速率與含水量幾乎成倍數(shù)關(guān)系增加??梢?,碳酸氫銨含水量低有利于儲(chǔ)存和使用。

        2.3 室溫下含水量對碳酸氫銨分解性能的影響

        室溫下(實(shí)驗(yàn)時(shí)室溫變化范圍為14~22℃),分別取5只150mL的錐形瓶,每只瓶均含有4.0000g碳酸氫銨樣品,含水量分別為0%(試劑1)、0%(試劑2)、2%、4%、6%;將含水量0%(試劑2)、2%、4%、6%的4只錐形瓶敞口置于通風(fēng)良好、干凈整潔的房間內(nèi),將含水量0%(試劑1)的錐形瓶敞口置于干燥器中。每隔24h準(zhǔn)確稱重一次,計(jì)算失重率(即分解率)。結(jié)果見圖5。

        圖5室溫下不同條件對碳酸氫銨分解率的影響Fig.5 The effect of different conditions on the decomposition rate of ammonium bicarbonate at room temperature

        由圖5室溫下敞口儲(chǔ)存實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,分解率隨著含水量的增加而增加、隨著時(shí)間的延長而提高;含水碳酸氫銨分解率與時(shí)間幾乎呈現(xiàn)線性關(guān)系,試劑級(jí)(含水量0%)碳酸氫銨分解率相對較低,且48h后分解率隨時(shí)間的延長提高很慢,保持在干燥器中的碳酸氫銨分解率最低。

        3 結(jié)果與討論

        碳酸氫銨分解速率與分解率隨著含水量的減少、溫度的降低而降低;溫度在30℃以下,分解速率與分解率明顯降低。低含水量和干燥環(huán)境具有抑制碳酸氫銨分解作用,可見,碳酸氫銨宜施用于含水量低的耕地。

        一年當(dāng)中,月平均最高氣溫,北半球出現(xiàn)在7月,南半球出現(xiàn)在1月;月平均最低氣溫,北半球出現(xiàn)在1月,南半球出現(xiàn)在7月。一日當(dāng)中,土壤表層數(shù)厘米的溫度,日出后即逐漸升高,最高溫度出現(xiàn)在13:00~14:00,以后又逐漸下降[11]。圖6和圖7是深圳某地7月份一晝夜土壤溫度最低值與最高值垂直分布圖[12]。陰雨天最低地溫和最高地溫都在30℃以下,晴天20cm土壤層之內(nèi)溫度較高,20cm以下的土壤最高溫度低于碳酸氫銨的分解溫度。表1是根據(jù)天氣網(wǎng)(http://www.tianqi.com/qiwen/city-城市拼音-7)提供的2019年7月日均最低溫度與日均最高溫度平均值給出的2019年中國主要城市7月平均氣溫。深圳7月份平均氣溫為30.5℃僅低于6個(gè)省會(huì)城市與直轄市,也就是說中國絕大多數(shù)地區(qū)20cm以下的土壤溫度都低于30℃,這個(gè)溫度下,碳酸氫銨分解緩慢。

        圖6夏季晴天一晝夜土壤溫度垂直分布圖Fig.6 The vertical distribution of soil temperature at day and night on a sunny day in summer

        圖7夏季陰雨天一晝夜土壤溫度垂直分布圖Fig.7 The vertical distribution map of soil temperature at day and night on a rainy day in summer

        表1 2019年中國主要城市7月平均氣溫統(tǒng)計(jì)表Table 1 The statistical table of average temperature in major cities in China in July 2019

        4 結(jié)論

        (1)溫度升高,碳酸氫銨分解速度加快,但在30℃以下分解緩慢,表1顯示我國玉米與小麥主產(chǎn)區(qū)[13,14]黑龍江、吉林、遼寧、安徽、河北、河南、江蘇、山東、甘肅、內(nèi)蒙古、寧夏、陜西、新疆、廣西、貴州、湖北、四川、云南一年當(dāng)中月平均最高氣溫均不高于深圳,因此,這些地區(qū)玉米與小麥栽培季節(jié)20cm以下的土壤溫度都低于30℃;

        (2)含水量升高,碳酸氫銨分解速度加快,低含水量或干燥的環(huán)境下,碳酸氫銨分解緩慢;

        (3)干旱半干旱地區(qū)的玉米和小麥顯示出又多又深的根系[15]。小麥垂直方向上根系密集區(qū)在0~40cm[16],玉米根系主要分布于縱向0~40cm深的土體中[17]。根系是吸收肥料養(yǎng)分的主要渠道,對于小麥和玉米,碳酸氫銨宜施肥于20~40cm的土壤層。

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