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含KNO3的ZnSO4- CuSO4- H2O体系相图及应用*

更新时间:2009-03-28

液体型水溶肥料是含有一种或一种以上农作物必需的营养元素的液体产品,具有养分可调、用量少、见效快、养分有效性高、易于复合、经济效益好、施用方便等特点[1]。相图可以清晰而直观地表示物质达到溶解平衡时的溶解平衡数据,是液体型水溶肥料制备的理论依据,对液体型水溶肥料的研发及生产具有重要指导意义。随着节水农业的迅猛发展,水溶肥料将更适用于喷灌、滴灌等现代设施农业[2]。随着《到2020年化肥使用量零增长行动方案》的实施和减肥(减氮磷)增效技术的推广,液体型水溶肥料的多样化研究将会成为一种发展趋势,并且液体型水溶肥料生产和施用都要强调科学性、针对性、有效性原则[3]。本研究仅对含有定量KNO3的ZnSO4- CuSO4- H2O体系进行研究,并根据微量元素水溶肥料农业行业标准[4]对相图进行应用分析。

1 试验材料

主要试剂:七水硫酸锌、五水硫酸铜、硝酸钾,均为分析纯。

主要仪器:低温恒温槽,DC- 0506;电动搅拌器,D- 8401WZ;可见分光光度计,VIS- 7220N;原子吸收分光光度计,WFX- 130B;精密pH计,PHS- 2C;电导率仪,DDS- 307。

2 相图绘制

2.1 试验方法

按一定比例向三口烧瓶中加入七水硫酸锌、五水硫酸铜和蒸馏水,并至少保持一种盐过饱和;将三口烧瓶固定在低温恒温槽内,在恒定温度下进行搅拌;每隔30 min停止搅拌,静置,进行电导率的测定以及pH的调节,重复3次电导率基本一致、pH稳定在试样需求值时,即可视为体系达到平衡;静置一段时间,取一定量的上层清液,然后加入一定量的硝酸钾重复上述搅拌、静置、电导率和pH测定过程,溶液稳定后取平衡体系的上层清液;用分光光度法测量清液中锌离子、铜离子和钾离子的含量,钾离子含量符合要求时才能进行相图的绘制。锌离子、铜离子和钾离子的标准曲线分别如图1、图2和图3所示,其回归方程分别为:

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Y1=0.375 8X1+0.006,R1=0.999 76

Y2=0.101 06X2+0.010 81,R2=0.999 71

Y3=0.167 5X3-0.000 83,R3=0.999 91

c(Zn2+)+c(Cu2+)≥100 g/L

Y1Y2Y3——分别为锌离子、铜离子和钾离子的吸光度。

2.2 含定量KNO3的ZnSO4- CuSO4- H2O体系相图

二维基本流动的三维线性稳定性分析也称为BiGlobal型线性整体稳定性分析[8]. 假设q(x,y,z,t)=(v,p)T为三维不可压流场的速度场和压力场, 则三维流场可以分解为二维基本稳态流场,和三维正则模扰动之和, 形式如下

  

图1 锌离子标准曲线

  

图2 铜离子标准曲线

  

图3 钾离子标准曲线

  

图4 含定量KNO3的ZnSO4- CuSO4- H2O相图(0 ℃,pH=2)

  

图5 含定量KNO3的ZnSO4- CuSO4- H2O相图(10 ℃,pH=2)

  

图6 含定量KNO3的ZnSO4- CuSO4- H2O相图(20 ℃,pH=2)

0≤c(Zn2+)/c(Cu2+)≤0.887

由于大部分无机盐的溶解度随着温度的升高而增大,同时考虑肥料的储存条件,所以本试验考察了0,10和20 ℃下pH=2时含定量KNO3的ZnSO4- CuSO4- H2O体系相图。由于在0 ℃下测得KNO3质量浓度最高能稳定在(22±2) g/L,即K2O质量浓度为(10.24±1.00) g/L,所以在20 ℃和10 ℃下同样以此钾含量为标准进行试验。

3 结果与分析

3.1 液体水溶肥料配方区的确定

此外,由图7可知,随着温度的升高,各物质的溶解度增大,配方区域越大,说明温度越高配方灵活性越大。

  

图7 含定量KNO3的ZnSO4- CuSO4- H2O多温相图(pH=2)

采用1982-2010年时间序列数据,分别选用第一产业生产总值、农村固定资产投资、第一产业从业人数和农作物总播种面积,作为上述生产函数中的农业生产总值(Y)、资本投入量(K)、劳动投入量(L)和农业土地投入量(M)。其中,第一产业生产总值以1982年不变价格计算,剔除物价因素的影响。所有数据均来自《安徽统计年鉴》及《中国统计年鉴》中的相关统计指标(表1)。

式中:X1X2,X3——分别为锌离子、铜离子和钾离子的质量浓度,μg/mL;

根据图7得出的0 ℃,pH=2,K2O质量浓度为(10.24±1.00) g/L时含锌和铜微量元素水溶肥料液体产品配方范围为:

KNO3质量浓度稳定在(22±2) g/L时,不同温度下ZnSO4- CuSO4- H2O体系相图如图4~图6所示。图中:A点表示含定量KNO3溶液中ZnSO4·7H2O饱和溶液Zn2+质量浓度;C点表示含定量KNO3溶液中CuSO4·5H2O饱和溶液Cu2+质量浓度;曲线A→B表示在KNO3和CuSO4存在下,ZnSO4·7H2O饱和溶液Zn2+质量浓度曲线;曲线C→B表示在KNO3和ZnSO4存在下,CuSO4·5H2O饱和溶液Cu2+质量浓度曲线;B点为两线交点,即为共饱和点;区域OABC为液相区,其他区域为固液共存多相区。

图7为含定量KNO3的ZnSO4- CuSO4- H2O体系在0,10和20 ℃下的多温相图,图中直线EF满足c(Zn2+)+c(Cu2+)=100 g/L。以0 ℃为例,图中直线EF、横坐标轴与相平衡曲线GBC所围成区域的养分质量浓度为c(Zn2+)+c(Cu2+)≥100 g/L,K2O质量浓度为(10.24±1.00) g/L。在该区域中随机选取5个点进行肥料配制,取出样品按1∶250稀释,测得pH均在4.0~4.2,在农业行业标准《微量元素水溶肥料》(NY 1428—2010)要求的pH在3.0~10.0的范围之内。可见,该区域为温度0 ℃、K2O质量浓度为(10.24±1.00) g/L时含锌和铜微量元素水溶肥料液体产品配方区。

(1)在进度方面,理论上要按照施组设计严格执行,而在实际施工中,多为露天作业,直接受天气等外界因素的影响,并且还会受到一系列不可预见因素的影响,包括材料与机械设备供应、工程设计变更等,这些都会增加管理难度,针对这种情况,进行模式化管理是难以适应的,应结合实际情况的变化作出正确调整,保证安排的合理性与科学性。

3.2 液体水溶肥料储存性能分析

在图7中0,10和20 ℃配方区分别选取5个点,配制5种不同锌铜比的水溶肥料[K2O质量浓度(10.24±1.00) g/L,c(Zn2+)+c(Cu2+)≥

100 g/L],再将每种水溶肥料分别取2组样品,一组置于室内常温密封储存,另一组置于冰箱中于0 ℃下冷藏储存48 h后取出置于常温(25 ℃左右)环境中。试验结果表明,当储存温度低于制备温度时均会产生结晶,但于室温下放置一段时间后,均能恢复至单一液相状态,所以根据配方区域所制备出的含钾型Zn- Cu液体水溶肥料在制备温度以上储存时具有良好的稳定性。

4 结语

(1) 采用等温溶解平衡法在直角坐标系中绘制了温度分别为0,10和20 ℃,pH=2,KNO3质量浓度稳定在(22±2) g/L,即K2O质量浓度为(10.24±1.00) g/L时的ZnSO4- CuSO4- H2O水盐体系平衡相图。

(2) 通过对0 ℃,pH=2时相图的分析,可制备出K2O质量浓度为(10.24±1.00) g/L、c(Zn2+)+c(Cu2+)≥100 g/L、c(Cu2+)/c(Zn2+)=0.000~0.887且室温下具有良好稳定性的水溶肥料产品。

“士人精神”影响的是知识分子或者更准确地说是中国读书人对自我的要求,即基于文化良知的健全人格或者是基于健全人格的文化良知。“士人精神”是一种教育与自我教育的结合。“士人精神”的第一自我要求便是坚守这种良知而为人处世。这是一个民族的自我追求,它不是体现在哪一个朝代或者历史时期,而是一种时间维度上的继承与拓展。

参考文献

[1] 黄燕,汪春,衣淑娟.液体肥料的应用现状与发展前景[J].农机化研究,2006(2):198- 200.

[2] 邓小楠,韩效钊,徐超,等.FeSO4- ZnSO4- H2O水盐体系相图及其应用[J].中国土壤与肥料,2014(3):98- 101.

[3] 孙先良.从植物微量元素营养需求来发展微肥[J].化工进展,2001(11):5- 7.

[4] 中华人民共和国农业部.微量元素水溶肥料:NY 1428—2010[S].北京:中国农业出版社,2011.

 
刘志雪,韩效钊,杜雨睛,张旭,刘昆,郑曙峰
《化肥工业》 2018年第01期
《化肥工业》2018年第01期文献

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