以虾壳、磷矿粉等为原料制备氮磷控释型农用保水剂

申报作品情况（科技发明制作B类）作品全称以虾壳、磷矿粉等为原料制备氮磷控释型农用保水剂作品分类（E）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标一、作品设计目的缺水和干旱已经成为世界性难题，而且将日益严峻。我国是世界上易旱、多旱与旱灾最严重的国家之一。在各类自然灾害中，旱灾是涉及范围最广、历时最长、对农业生产影响最大的灾害1。我国长期承受着严重的土地沙漠化危害，而土地沙漠化和沙尘暴是干旱气候的产物，解决这些日益严重的环境问题迫切需要农用保水剂2。2009年我国北方大部地区出现大面积旱情，数据显示全国耕地受旱面积2.99亿亩，比常年同期多1.10亿亩，其中作物受旱面积1.53亿亩，重旱4996万亩，干枯394万亩，有442万人、222万头大牲畜因旱发生饮水困难。和2008年南方的冻灾相比，2009年北方的灾情延续的时间更长，范围更广，造成的后果更严重。保水剂通常是一种高吸水性树脂（superabsorbent polymer），能迅速吸收并保持比自身质量高几百倍甚至上千倍的水分，而且能反复吸水，吸水后膨胀为水凝胶，可缓慢释放水分。因此保水剂广泛应用于卫生材料、工业脱水材料、农用保水材料等3。要保障干旱地区（或季节）作物稳产高产除了需要保证作物水分供应外，还需要对农作物及时增施肥料，以增强作物抗旱能力。水和肥料是作物生长的基础条件，若在保水剂中负载可控(缓)释的肥料养分，特别是氮磷养分，能起到以氮磷促根，以根提水的效果，因此控肥型保水剂具有减轻农业旱情和增加作物产量的重要应用价值。肥料控(缓)释技术是应用物理、化学或生物化学等调控手段使肥料养分在作物生长期内逐渐释放出来并与作物吸收基本同步，以减少肥料损失，提高肥料利用率的技术手段。随着全球变暖、环境恶化及节约型农业和精细农业的发展，农用保水剂的市场需求越来越大。目前市场上的保水剂品种繁多，美国、日本等国外知名企业生产的产品性能也不错，但文献报道这些企业生产的产品，不少存在严重缺点：、成本高、价格不菲；、耐盐能力差、受土壤离子影响大，吸水保水性能差（特别是干旱地区盐碱浓度高）；、丙烯酸单体残留过多，能腐蚀根系，造成作物减产甚至死亡4；、功能单一，只能吸水不能控肥，很少有将水与肥结合为一体的农用保水剂产品5。这些缺点正是阻碍保水剂得到大规模推广应用的主要因素。为了克服现存产品性能上的不足，降低保水剂的生产成本,提高保水剂在高离子浓度下的吸水保水能力，增加保水剂控释肥料养分的能力,降低保水剂丙烯酸单体残留的危害以及增加保水剂对作物的抗病抑菌能力。本研究以虾壳、丙烯酸、低品位磷矿粉等为原料制备氮磷控释型农用保水剂，经氨水中和的丙烯酸共聚交联过程中，填充了低品位磷矿粉（经甲壳素改性物包裹活化和助分散），从而获得了能持续高效释放可溶性氮磷养分的保水剂。产品凝胶强度大，不但能高效吸水保水，还能促释磷素、缓释氮素，集水分、养分调控于一体。同时，在盐水中吸水性能优越，而且生产成本比同类产品低30%40% 。国内外在保水剂研制、肥料控释单一技术研究方面取得了较大进展，但目前尚未看到以低品位磷矿为原料降低保水剂成本的同时实现水肥一体化调控的研究，国外文献也未发现类似报道。本研究把水肥调控由分离变为结合，获得以聚合物为载体的一体化调控，在理论和实际应用上均有重要意义，这一新产品的优越性将对提升我国肥料工业与保水剂工业的竞争力，实现产品的升级换代具有重要作用；该产品的推广对促进节水农业技术的发展，保障干旱地区农业增产、农民增收，保障粮食安全和缓解因干旱造成的生态环境危机等方面具有重大的战略意义。二、作品基本思路及技术关键本作品以丙烯酸、丙烯酰胺、氨水、虾壳、低品位磷矿粉等为原料共聚制备成的高吸水性树脂。在交联过程中填充经磺化或丙烯酰化改性的甲壳素（虾壳）活化处理过的磷矿粉，形成穿插型树脂。制成的氮磷控释型农用保水剂吸水溶胀后，磷矿粉在酸性的微包裹环境中，逐渐溶蚀，并释放出水溶性磷，同时铵态氮也因渗透压扩散出来，促磷缓氮，实现水分、养分的一体化调控。广东濒临海洋，能提供了大量海产废弃物虾壳，而国内的磷矿普遍是利用率极低的低品位磷矿，分布极广，在原料上大大降低了生产成本，增加了该技术的可应用性和可推广性。该新产品的优越性，除了体现在成本低廉、吸水耐盐性能优良、把水肥控释技术物化外，还具有：交联过程添加的磷矿粉能穿插在聚丙烯酸中与残留的丙烯酸单体作用，从而显著地降低了丙烯酸单体的残留。同时甲壳素衍生物对农作物具有抑菌抗菌效果。本作品需要解决的关键技术有三点：、在丙烯酸交联成聚丙烯酸树脂过程中，如何使磷矿粉均匀分散在丙烯酸溶液中（若直接将磷矿粉加到丙烯酸中,磷矿粉会分层沉淀）；、如何能让磷矿粉和聚丙烯酸有机结合而不至于因添加了该无机矿物后显著降低保水剂的吸水耐盐能力；、如何促使难溶性的磷酸钙变成可溶性的磷持续释放出来。本作品通过用甲壳素衍生物润湿、助悬、活化磷矿粉成功地解决了上述三个难题，使最终产品的吸水耐盐能力比普通丙烯酸树脂反而有了显著的提高，性能达到或超越了国外优良的市场产品。整个研究包括材料的合成、表征以及吸水耐盐性能检测，材料合成的实验步骤如下:、甲壳素磺化中间产物的制备及与丙烯酸交联反应将干洁的三颈瓶固定于磁力搅拌器上冰浴槽中，加入适量的甲酰胺，然后缓缓滴加适量的氯磺酸，充分混合，加入适量虾壳粉末，充分混合后把三颈瓶转移至60油浴，并恒温搅拌约4h成糊状的粘稠溶液，过滤，用乙醇淋洗虑渣得磺酸基甲壳素。在经氨水中和的丙烯酸水溶液中，依次添加丙烯酰胺，改性甲壳素和磷矿粉的混合物(按丙烯酸与甲壳素质量比为2:110:1，低品位磷矿粉为丙烯酸质量的20%40%)，交联剂（NMBA，N，N-亚甲基双丙烯酰胺），引发剂（过硫酸钾）， 6080水浴交联，得产物,烘干粉碎得最终产品。反应路线如图1所示。图1 甲壳素磺化反应以及与丙烯酸交联反应合成路线图、丙烯酰甲壳素的合成及与丙烯酸交联将干洁的三颈瓶固定于磁力搅拌器油浴缸中，加定量的丙烯酸，缓缓滴加适量的亚硫酰氯，充分搅拌混匀，控制温度在4560之间进行回流反应，待反应1h左右后，蒸馏除去未完全反应的亚硫酰氯，得到丙烯酰氯，加入被碱液浸泡活化的甲壳素，60下保温反应8h，得O-丙烯酰基甲壳素。在经氨水中和的丙烯酸水溶液中，依次添加丙烯酰胺，改性甲壳素和磷矿粉的混合物(按丙烯酸与甲壳素质量比为2:110:1低品位磷矿粉为丙烯酸质量的20%40%)，交联剂（NMBA，N，N-亚甲基双丙烯酰胺），引发剂（过硫酸钾）， 6080水浴交联，得产物，烘干粉碎得O-丙烯酰基甲壳素与丙烯酸交联而成的保水剂。反应路线如图2所示。 图2 甲壳素与丙烯酸的接枝产物与丙烯酸交联合成路线图三、作品创新点本作品所得的新型农用保水剂是以丙烯酸、虾壳、低品位磷矿粉为主要原料，在交联过程中，加入经改性虾壳活化处理过的低品位磷矿粉，形成穿插交联型复合树脂，得到甲壳素磺化以及与丙烯酸交联反应而成的高吸水性树脂和这O-丙烯酰基甲壳素与丙烯酸交联而成的高吸水性树脂两种高效的氮磷控释型保水功能材料。该研制方法及其应用在国内外尚未见报道。这类保水剂不但具有优越的吸水保水性、耐盐吸水性，而且还具有水肥一体化调控功能，节本增效，环境友好、工艺简单等特点。能够有效改善现有保水剂中的不足，并对以后同类产品的研究提供理论和实验依据，对天然资源的开发和利用等方面有巨大的应用价值，其独特之处主要体现在：、在干旱条件下，普通控释肥的控释功能因缺水而无法发挥，因而控释肥在旱区效用不佳。要保障干旱地区（或季节）作物高产除了需要保证作物水分供应外，还需要对农作物及时增施肥料，以增强作物抗旱能力。该类保水型控释肥则可针对性解决旱区养分控释问题，在已有控释肥和保水剂研究基础上，把肥料、保水剂和控释材料结合使用，使水肥调控（耦合）农艺技术和化学制剂保水节水技术得以物化，有较高的技术集成度，可以方便地同时实现水分、养分在不同时空条件下的一体化调控。思路上有突破，肥料产品上有创新，可以获得单一节水技术无法获得的效果；、以低品位的磷矿粉为原料，能与残留的丙烯酸单体作用，显著降低丙烯酸单体残留带来的毒害作用并溶蚀出可溶性磷素。在保水剂控释系统作用下，通过渗透压扩散作用促进磷素的释放，提高磷素的生物利用率，使土壤更适合植物生长；、共聚交联前用氨水中和丙烯酸，引入铵态氮，并通过丙烯酸树脂形成的空间网络结构，与改性甲壳素形成的空间网络结构，形成穿插型复合树脂，延缓铵态氮的释放，防止因作物的奢侈吸收而代谢失衡；、产品的网络结构中，含有较强的离子强度，能明显地提高了吸水耐盐性能（所制备的保水剂的吸水倍率和吸盐水倍率均与美国公司产品相当或更优，尤其是磺化甲壳素与丙烯酸形成的交联穿插树脂的耐盐性能比美国产品提高30%以上）；、以海产废弃物虾壳为原料，因地制宜，充分利用濒海资源；而国内磷矿资源大多为低品位磷矿，产量丰富，价格低廉，因此本作品能变废为宝，节本增效，改善环境，降低成本（原材料成本比同类产品低30%40%）。四、作品结构表征及性能FT-IR分析： 以KBr压片用 Nicolet 670 FT-IR (Thermo Nicolet, USA) 红外光谱仪测定。13C NMR分析：在Mercure Plus 400MHz spectrometer (Varian, USA) 核磁共振仪上室温下测定。X-衍射分析：在D/Max 2200 VPC diffraction meter (RIGAKU, Japan)光谱仪上通过粉末法测定，在40kV、30 mA的电流条件下用Cu K射线检测540(2)的衍射谱。尼龙袋法分析：称取0.200g保水剂（重复三次），分别放入200目的尼龙网袋中，将其放入蒸馏水（生理盐水）中，待保水剂膨胀至吸水饱和后（24h），取出袋子，用滤纸拭去明水后称量（连同袋子一起称量），用下列公式计算吸水（吸盐水）倍率。由此测定样品的吸水性能和吸盐水性能。计算公式：Q（g/g）（m2m1m0）/m1式中：Q吸水倍率；m0湿水后袋重，g；m1保水剂的质量，g；m2吸液后保水剂的质量，g。氮磷控释分析：取0.5g约0.5cm3的供试保水剂样品，放入500ml三角瓶中，加入500ml去离子水，重复3次，放入25恒温培养箱中。分别于2h、4h、6h、8h、10h、22h、24h、30h、和168h取50ml浸提溶液，测定溶液铵态氮和水溶性磷含量。在每次取完待测液后加入50ml去离子水补充。铵态氮测定采用靛酚蓝比色法，于625nm处紫外光谱仪测定；水溶性磷测定采用钼锑抗比色法，于700nm处紫外光谱仪测定。作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）当今市场上保水剂的主要类型有：、水解聚丙烯腈或淀粉、纤维素接枝聚丙烯腈；、交联的聚乙烯醇衍生物；、淀粉与丙烯酸（或丙烯酰胺）交联性的单体接枝共聚物；、丙烯酸盐交联聚合物；、丙烯酰胺交联聚合物。第一和第二类保水剂聚合后需进行水解，难以造粒，在土壤中容易流失。第三类保水剂吸水性和耐盐性较好，成本低，但稳定性较差。第四类保水剂吸水性能最强，稳定性也较好，但耐盐性较差，且其钠盐会造成土壤板结和盐渍，生产中一般宜采用其钾或铵盐。第五类保水剂吸水性能稍差，但耐盐性和稳定性均较好1。而目前市场上的产品也非常多，美国、日本等国外知名企业生产的产品保水效果不错，但文献报道即使是国外知名企业生产的许多产品均存在严重缺陷：、成本高、价格不菲；、耐盐能力差、受土壤离子影响大，吸水保水性能差（特别是干旱地区盐碱浓度高）；、丙烯酸单体残留过多，能腐蚀根系，造成作物减产甚至死亡；、功能单一，只能吸水不能控肥，很少有将水与肥结合为一体的农用保水剂产品。本课题所研制的氮磷控释型农用保水剂是以丙烯酸、虾壳、低品位的磷矿粉为主要原料制备的。把水肥调控农艺技术和化学制剂保水节水技术物化，能在吸水保水的同时，促释磷素和缓释氮素，方便地实现了水分、养分的一体化调控；同时，以废弃物虾壳和低品位的磷矿为原料，变废为宝，节本增效，体现了可持续发展的理念；且其吸水保水性能，耐盐吸水能力，与美国等产品相比相当或更优。因而该产品具有巨大的市场潜力和应用价值。其实质性技术特点主要表现在：、在干旱条件下，普通控释肥的控释功能因缺水而无法发挥，因而控释肥在旱区效用不佳。要保障干旱地区（或季节）作物高产除了需要保证作物水分供应外，还需要对农作物及时增施肥料，以增强作物抗旱能力。该类保水型控释肥则可针对性解决旱区养分控释问题，在已有控释肥和保水剂研究基础上，把肥料、保水剂和控释材料结合使用，使水肥调控（耦合）农艺技术和化学制剂保水节水技术得以物化，有较高的技术集成度，可以方便地同时实现水分、养分在不同时空条件下的一体化调控。思路上有突破，肥料产品上有创新，可以获得单一节水技术无法获得的效果；、以低品位的磷矿粉为原料，能与残留的丙烯酸单体作用，显著降低丙烯酸单体残留带来的毒害作用并溶蚀出可溶性磷素。在保水剂控释系统作用下，通过渗透压扩散作用促进磷素的释放，提高磷素的生物利用率，使土壤更适合植物生长；、共聚交联前用氨水中和丙烯酸，引入铵态氮，并通过丙烯酸树脂形成的空间网络结构，与改性甲壳素形成的空间网络结构，形成穿插型复合树脂，延缓铵态氮的释放，防止因作物的奢侈吸收而代谢失衡；、产品的网络结构中，含有较强的离子强度，能明显地提高了吸水耐盐性能（所制备的保水剂的吸水倍率和吸盐水倍率均与美国公司产品相当或更优，尤其是磺化甲壳素与丙烯酸形成的交联穿插树脂的耐盐性能比美国产品提高30%以上）；、以海产废弃物虾壳为原料，因地制宜，充分利用濒海资源；而国内磷矿资源大多为低品位磷矿，产量丰富，价格低廉，因此本作品能变废为宝，节本增效，改善环境，降低成本（原材料成本比同类产品低30%40%）。FI-IR分析甲壳素及其衍生物的FT-IR谱图如图3所示。从图中可看出，甲壳素在1653 cm-1有C=O伸缩振动吸收峰， 3426 cm-1是羟基的吸收峰。当甲壳素与丙烯酰基生成酯后，出现了具有明显特征的1559 cm-1和1661 cm-1 峰，分别对应酯的羰基伸缩震动和酰胺峰。而且1380 cm-1出现明显的CH3弯曲震动峰，1400 cm-1处有=C-H的平面弯曲震动峰。丙烯酰基甲壳素与丙烯酸交联后在1645 cm-1和1600 cm-1处有重叠的宽峰出现。图3 甲壳素(CT)、丙烯酰甲壳素(ACCT)、交联产物(ACCT-g-PA)的红外光谱图谱甲壳素(CT)与甲壳素磺酸盐(CUCT)的红外光谱如图4所示, 1642为甲壳素中乙酰基的伸缩震动峰，引入磺酸基后，在1396处有中等强度的峰出现。图4 甲壳素(CS)与甲壳素磺酸盐(CUCS)的红外光谱图13CNMR 分析图5是甲壳素的13C NMR，接枝丙烯酰基后的谱图见图6，明显地增加了4个丙烯酰基的碳谱，图7是甲壳素接枝丙烯酰基后再与丙烯酸交联的产物的13C NMR谱图，谱图中明显第显示了甲壳素的碳原子峰，也在183ppm显示了丙烯酰基的羰基峰，而在30-50ppm为乙烯的碳。图5 甲壳素（CT） 的13C NMR图谱图6 丙烯酰甲壳素(ACCT)的13C NMR图谱图7 ACCT-g-PA13C NMR图谱X-衍射分析甲壳素及其衍生物的X-衍射图谱见图8，对甲壳素而言在2为20附近有强结晶峰，在接枝丙烯酰基后，该位置的结晶峰消失了，而只是在32和46处有极弱的结晶峰，可能为引入丙烯酰基产生的结晶峰，说明接枝后，甲壳素基本变成了无定形物。丙烯酰基甲壳素与丙烯酸交联后在20和27处重新产生了结晶峰。图8 甲壳素(CT)、丙烯酰甲壳素(ACCT)、交联产物(ACCT-g-PA)的X-衍射图谱吸水和耐盐水性能分析本项目制得的保水剂吸水、耐盐吸水倍率如表2所示。并与表1，表3性能对比（表1保水剂合成过程中添加的磷矿粉，没经改性虾壳活化处理；表3保水剂合成过程则没有添加磷矿粉）。由数据可知，没添加改性虾壳的保水剂吸水倍率为433.40，吸盐水倍率为49.26；没添加磷矿粉的保水剂，其吸水倍率为449.20，吸盐水倍率为50.26。而本项目制得的保水剂，吸水倍率为495.54，吸盐水倍率为59.26。显然，在聚合过程中，添加了经改性虾壳活化处理过的磷矿粉，不但没有减少保水剂的吸水吸盐水倍率，反而提高了几十倍，这是因为改性的虾壳（磺化甲壳素或丙烯酰化甲壳素）形成的空间网络结构与丙烯酸树脂的空间网络结构形成穿插型复合树脂，提高了保水剂的吸水保水性能，而使吸水，吸盐水倍率增加。表2所示数据中，吸水倍率最高可达507.75，吸盐水倍率最高可达61.15，有数据表明，美国产品的吸水倍率约306.82，吸盐水倍率约44.78，与之相比，本项目所得保水剂吸水倍率比美国产品高60%以上，吸盐水倍率高30%以上，即该项目保水剂吸水耐盐性能更优，具有很高的市场价值。表1 材料（不含改性虾壳）吸水吸盐水倍率编号吸水倍率吸盐水倍率pH值L0604-1432.7548.847.23L0604-2439.3549.837.30L0604-3437.3648.017.28L0604-4424.1250.367.11平均值433.4049.26注：盐水，0.9%的NaCl溶液表2 材料（含磷矿粉、改性虾壳）吸水吸盐水倍率编号吸水倍率吸盐水倍率pH值L0604-5507.7557.677.13L0604-6488.3161.157.22L0604-7495.6258.877.20L0604-8490.4859.467.18平均值495.5459.26注：盐水，0.9%的NaCl溶液表3 材料（不含磷矿粉）吸水吸盐水倍率编号吸水倍率吸盐水倍率pH值L0604-9477.7253.137.26L0604-10450.8848.887.26L0604-11430.7848.367.19L0604-12437.4050.687.30平均值449.2050.26注：盐水，0.9%的NaCl溶液氮释放结果分析氮素动态释放如图9所示，是三种保水剂在去离子中氮素释放随时间的动态变化曲线（其中L0604-2不含改性虾壳，L0604-10不含磷矿粉）。从图9可以看出，在浸提的前24h内，三种保水剂的铵态氮随浸提时间的推移持续增加，表明在保水剂吸水膨胀的过程中，其添加的铵态氮通过保水剂的溶胀作用，扩散并释放进入溶液。又由于保水剂本身的空间网络结构，对铵态氮的释放起一定的排阻作用，而使氮素难够改为“能够”长效释放。由图9可知三种保水剂缓释作用相当。图9 三种保水剂氮素释放动态曲线磷释放结果分析磷素动态释放如图10所示，是三种保水剂在去离子水中磷素释放随时间的动态变化曲线（其中L0604-2不含改性虾壳，L0604-10不含磷矿粉）。从图10可以看出，由于在合成过程中L0604-10没有加入磷矿粉，所以其浸提液中基本不含磷素， L0604-2和L0604-6在24h内均随着浸提时间的推移，持续地释放出水溶性磷，而L0604-6释放的水溶性磷素明显高于L0604-2，这表明了改性虾壳的活化作用明显，使磷矿粉均匀分散在保水剂中，提高磷矿粉在微酸环境下的溶蚀效率，促进水溶性磷素的释放。图10 三种复合保水剂磷素释放动态曲线参考文献1 缝焕成，李玉义. 应对我国北方冬小麦特大旱灾的技术对策.科学时报,2009.6.112 黄杨娥，韩效钊，胡献国. 保水剂的研究应用现状与发展.安徽化工,2008,1:17-20 3 白文波，宋吉青，李茂松. 4种保水剂吸持水特性的比较研究.干旱地区农业研究, 2008,05:100-104 4 Mahdavinia G R, Pourjavadi A, Hosseinzadeh H, Zohuriaan M J. 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Aspects, 2008,322: 47-5311 李云开，杨培岭，刘洪禄.保水剂农业应用及其效应研究进展, 2002,18:182-107 12 蒋挺大. 甲壳素. 化学工业出版社, 2003.113 杨瑞香，杨妙贤，贾振宇，尹国强，廖列文，黎新明. 新型多功能保水剂对广东赤红壤的改良作用研究,仲恺农业技术学院学, 2007,01:33-3514 向龙斌，唐晓芳. 我国保水剂市场研究.时代经贸, 2008,109:55-5615 何绪生, 何养生, 邹绍文.保水剂作为肥料养分缓释载体的应用.中国土壤与肥料, 2008,4:5-916 郑连英, 朱江峰, 孙昆山. 壳聚糖的抗菌性能研究.材料科学与工程., 2000,70:22-42作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果2009年度，某校“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中，获特等奖。2009年度，广东省第十届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中，获一等奖。作品所处阶 段（D）A实验室阶段 B中试阶段 C生产阶段D 批量小试阶段 （自填）技术转让方式技术以现金或占股份转让作品可展示的形 式实物、产品 模型 图纸 磁盘 现场演示图片 录像 样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围、推广前景的技术性说明、市场分析和经济效益预测该项目所制得氮磷控释型农用保水剂，是以丙烯酸、虾壳，低品位磷矿粉等为主要原料交联而成的高吸水性穿插型树脂。是在已有控释肥和保水剂研究基础上，把肥料、保水剂和控释材料结合使用，使水肥调控（耦合）农艺技术和化学制剂保水节水技术得以物化。有较高的技术集成度，可以方便地同时实现水分、养分在不同时空条件下的一体化调控。思路上有突破，肥料控释产品上有创新。从产品的性能与效益方面看，、吸水耐盐性能突出，通过引入磺酸基团，显著地增加了甲壳素的水溶性，并与丙烯酸聚合物形成穿插型复合树脂，增强了最终产品的吸水保水性能，其吸水倍率和耐盐性能均与美国公司产品相当或更优；、原材料成本低，广东濒临海洋，海产丰富，提供了大量水产废弃物虾壳，而且我国储藏的磷矿大多为低品位磷矿，产量丰富，价格低廉；、能长效控释肥料，且显著降低丙烯酸单体的残留对农作物毒害作用，交联前添加的经过高分子活化剂处理过的低品位磷矿粉，能在保水剂溶胀过程中与残留的丙烯酸单体作用，释放出有效磷，达到控释磷素养分的效果并改善土壤的通透性；、另外甲壳素具有一定的抑菌抗菌作用，在一定程度上降低了菌类对作物病害作用。综上所述，该产品性能优越，能变废为宝，节本增效，改善环境，符合可持续发展的理念，而在旱区或干旱条件下，该类保水型控释肥则可针对性解决旱区养分控释问题，通过水肥一体化调控，可以获得单一节水技术无法获得的效果。产品吸水耐盐性能好，成本优势显著，合成路线简便成熟，容易规模生产，因而具有很强的市场竞争力。氮素、磷素控释型农用保水剂无论对于我国广大的干旱、半干旱地区，还是南方季节性干旱地区；无论对于大田粮食作物、经济作物、果树，还是庭院花卉、草坪等基质栽培或设施栽培的滴灌、喷灌系统作物都具有广阔的应用前景。本产品可广泛应用于农林业，譬如护坡喷播、草地草坪、景观绿化、植树造林、果树园艺、无土栽培、荒漠种植、农作物、肥料基质等。对于缓解我国水资源紧缺问题、提高水肥利用效率,预防和减轻类似2009年年初北方大旱的发生，延缓荒漠化，促进旱作农业的发展有着极其重要的意义。市场分析和经济效益预测：水资源危机和干旱的频繁发生，已成为制约我国农林业发展的主要因素。提高水、肥利用率已成为我国政府确定的重大战略任务，并列入有关的计划中，如S-863，863，十五规划等，这为节水和节肥技术产品提供了广阔的市场空间。因此，推广应用节水新材料、新技术就愈发显得重要。20多年来一直从事保水剂研发的中国农科院研究员王一鸣指出，保水剂有望成为继化肥、农药、薄膜之后的第四大新型农用产品。保水剂对我国农林业等将产生深远的影响，具有巨大市场潜力和应用价值。我国水资源相当贫乏，被列为世界13个贫水国之一，人均水资源占有率仅相当于世界人均水平的1/4，我国拥有18.26亿亩耕地，其中2/3的耕地没有可靠的灌溉设施，而这其中有87%的耕地处于缺水状态。同时，我国也是世界上沙漠面积最大的国家之一，荒漠化遍及全国13个省市自治区，达262.2万km2，占国土面积的27.3%。干旱和半干旱地区约占国土面积的51%, 其中没有灌溉条件的旱田约占65% 13。据统计分析，我国受旱面积50年代为1.7亿多亩，90年代年均3.64亿亩，因旱损失粮食50年代年均43.5亿公斤，90年代为195.7亿公斤。且近这几年来，随着全球变暖，气候活动加剧，我国的干旱面积在逐年扩大，旱灾已经成为对农作物影响最大的天灾。遏制干旱成为农业发展亟待解决的问题。就2009年的北方旱灾而言，北方大部分地区旱情严峻，全国耕地受旱面积2.99亿亩，比常年同期多1.10亿亩，其中作物受旱面积1.53亿亩，重旱4996万亩，干枯394万亩，有442万人、222万头大牲畜因旱发生饮水困难。水资源的贫乏和荒漠化已成为我国一个严峻的生态问题和民生问题，直接影响到社会的繁荣稳定。此外，我国不仅水资源紧缺，而且水资源时空分布不均。不仅北方旱区缺水，南方很多地区也存在季节性缺水。加之，我国水资源和肥料的利用率低。应用保水剂，提高水、肥利用率，在技术思路上是可行的，而保水剂所具有的水分调控和改良土壤的功能，将在防治荒漠化、防止水土流失、加快国土治理、预防并抵抗干旱方面拥有巨大的潜在市场。而且，由于我国正处在工业化、城市化的加速发展阶段，在草坪业、花卉业等城市绿化也将拥有巨大的发展空间，特别是这类性能优越的控释肥型保水剂，无论对于我国广大的干旱、半干旱地区，还是南方季节性干旱地区；无论对于大田粮食作物、经济作物、果树，还是庭院花卉、草坪等基质栽培或设施栽培的滴灌、喷灌系统作物都具有广阔的应用前景，对于节约水肥资源，减少污染，改善生态环境，增产增收，预防和减轻类似2009年北方大旱的发生，实现农业的可持续发展都具有重要意义。保水剂在美国、日本、德国等发达国家发展较快，应用广泛，目前年需求量已突破200万吨。而我国目前有402个城市被国家环保局化为缺水城市，若在全国中等以上城市的园林绿化中推广应用保水剂产品，市场需求量每年可达2万吨。加上保水剂产品在农业生产上估算年需求量74万吨(按照千分之一的耕地每亩用量23千克) 13，目前全国保水剂产品在农业耕地和城市绿化上的年总需求量超过20万吨。而且，荒漠化治理是一个长期工程，目前尚没有明确的通过保水剂治理的方案。（如表4所示）表4国内保水剂潜在市场容量13领域农业耕地荒漠化城市绿化规模3.7亿亩2622万公顷402个严重缺水城市市场容量74万吨52万吨2万吨且就广东而言，赤红壤约占广东省土壤面积的一半，这种土壤酸度大，表层沙化普遍，养分和有机质含量较低，质地较轻，结构性能和团粒结构较差，保水能力差，有研究表明保水剂对赤红壤有改良作用12，而且我们南方地区很多地方存在季节性干旱，对保水剂有较大需求。尽管保水剂市场潜力巨大，但其在我国的发展并不尽人意。我国从20世纪80年代中期开始引入这种产品，到上世纪90年代中期，国内已经可以生产聚丙烯酸盐类保水剂。到2001年，我国从事保水剂研究开发生产的单位达到了40家左右。但2004年，保水剂产业开始走下坡路，现在全国保水剂的生产厂家不多。而且产品稳定性差，容易造成土壤板结，功能单一，缺乏加合增效的多功能作用。由以上分析可知，保水剂具有巨大的经济效益。而我们的产品是集水分、养分供应和调控于一体的磷控释型保水剂。保水性能优越，耐盐能力突出，可节约灌溉用水20%以上，节约用肥15%以上，而产量不减，中等规模生产产品的成本比市场平均成本低20%。减少养分流失导致的水体面源污染，并减少NOx排放造成的温室效应，控制供氮不均匀造成的叶菜硝酸盐含量过高，促进绿色食品生产和农业可持续发展，为进入WTO以后提供打破“绿色壁垒”的技术产品支撑。同时还有降低丙烯酸单体的残留等优点，是一种极具市场潜力与竞争力的保水剂。此外，本项目把水肥调控由分离变为结合，成为以聚合物为载体的一体化调控，在理论上和实际均有重要意义，这一新产品的优越性也将有力地增强我国肥料工业市场竞争力，并有力的促进节水技术的推广应用。专利申报情况专利的名称: 以虾壳、丙烯酸为原料制备农用保水剂。正在申请，等待批复。论文发表情况投稿的外文：O-Acrolyl chitin polmyerize with acrylic acid for preparation of superabsorbent polymer (submitted carbohydrate polymers)当前国内外同类课题研究水平概述保水型控释肥的研制技术是农艺节水技术中水肥调控（耦合）技术、高吸水性树脂保水节水技术和肥料控释技术的综合运用。在保水剂中控释肥料能充分发挥水与肥的协同效应，从而提高作物的抗旱能力和水肥利用效率。可在不增加施肥量和灌水量的条件下，获得较大的经济效益，并改善生态环境。水肥调控（耦合）技术是总结我国北方旱农20余年研究经