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复合糖醇对中量元素液体肥中钙镁离子稳定性影响

更新时间:2009-03-28

中微量营养元素对作物生长发育十分重要,一旦缺乏就会导致作物产量、品质下降。例如,钙是植物细胞壁和细胞间层主要成分,能使作物器官和个体具有一定的强度,但钙元素易与硫、磷元素等结合生成沉淀,不易加入到肥料基础体系中。在肥料生产过程中,为了解决元素共存问题,常采用螯合剂对中微量元素进行螯合处理[1]。常用的螯合剂主要有乙二胺四乙酸、乙二胺二邻苯基乙酸、柠檬酸(盐)、氨基酸以及糖醇类物质。笔者研究单一糖醇及复合糖醇对液体肥中钙镁离子稳定性的影响。

1 实验部分

1.1 实验仪器

RET不锈钢加热磁力搅拌器,德国IKA集团;TD-C系列电子天平,天津天马衡基仪器有限公司;pH计,梅特勒托利多国际贸易(上海)有限公司;高低温试验箱,无锡中天工程技术有限公司。

1.2 实验试剂

Ca(NO32·4H2O、Mg(NO32·6H2O,天津市鼎盛鑫化工有限公司;山梨糖醇、木糖醇、甘露醇、麦芽糖醇及赤藓糖醇、盐酸,国药集团化学试剂有限公司;乙酸钙,天津市巴斯夫化学品有限公司;氢氧化钾,天津市瑞金特化学品有限公司。以上试剂均为分析纯。

1.3 实验原理

糖醇是一种多元醇,含有2个以上羟基,可以由相应的糖来制取,即将糖分子上醛基或酮基还原成羟基而转化成糖醇。糖醇以两个氧原子为键合原子,通过氧原子和金属离子相键合,形成稳定的螯合物[2]。笔者以ρ(Ca) 100 g/L、ρ(Mg) 40 g/L的钙镁溶液为基础,探究不同糖醇组合对钙镁离子螯合性能的影响,并对螯合条件进行优化。

1.4 实验方案

1.4.1 样品制备方案

单一糖醇质量浓度与析晶质量关系见图1。

通过前期研究,以中量元素ρ(Ca)100 g/L,ρ(Mg)40 g/L为基础,配制液体肥样品100 mL。过程如下:称取蒸馏水30 mL,向其中加入相应糖醇,加热搅拌至完全溶解。称取硝酸钙59.2 g加入体系中,持续搅拌,将温度调至60℃(溶解过程中有明显吸热现象)。待硝酸钙全部溶解,体系再次变澄清,停止加热,称取硝酸镁45.5 g加入体系中。溶解完全后持续搅拌15 min,观察体系内无明显固体时停止搅拌。待小试样品温度恢复至室温,定容至100 mL,装观察瓶(直径4.5 cm、高10.8 cm),标记并考察稳定性。

1.4.2 稳定性考察方案

将小试样品连同观察瓶,放置于-10℃环境中,保存72 h。将样品取出,以结晶物高度标定析出晶体的量。

1.4.3 糖醇筛选方案

螯合温度、螯合pH与析晶质量的关系分别见图4、图5。

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将单一糖醇中稳定性好的糖醇按照二元糖醇、三元糖醇组合配制小样,考察稳定性。

2 实验结果与分析

2.1 单一糖醇及二元糖醇、三元糖醇筛选

2.1.1 单一糖醇筛选

前期以6 mm厚的6061铝合金和AZ31镁合金板材的异种材料搅拌摩擦焊接试验为基础,通过大量实验验证在旋转速度为900 r/min,焊接速度为50 mm/min时获得表面成型良好的对接焊缝,但是其焊接强度较低。为分析其低强的原因,本文利用扫描电子显微镜、EDS能谱仪、X射线衍射仪等手段研究其焊缝的断裂行为及其机理。

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图1 单一糖醇质量浓度和析晶质量关系

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2.1.2 二元糖醇筛选

二元醇质量浓度与析晶质量关系见图2。

从图2可以看出,不同糖醇在混合使用过程中会相互影响,但总体看大部分混合样品稳定性都优于单一糖醇,其中山梨糖醇、木糖醇组合及甘露糖醇、木糖醇组合表现较为优异。

从图4可以看出,在较低温度范围内钙、镁离子稳定性随螯合温度升高而升高,高于50℃后样品稳定性基本恒定。从图5可以看出,样品稳定性随pH值升高呈现先升高后降低趋势,当pH=7时样品稳定性最佳。

  

图2 二元糖醇质量浓度和析晶质量

从图3可以看出,三种糖醇在混合使用相互影响依然存在,但总体看三元混合糖醇相对于二元混合糖醇无明显优势。

三元糖醇质量浓度与析晶质量关系见图3。

  

图3 三元糖醇质量浓度和析晶质量关系

2.1.3 三元糖醇筛选

2.2 螯合条件筛选

将山梨糖醇、木糖醇、甘露糖醇、麦芽糖醇及赤藓糖醇,按1.4.1方案配制液体肥小样,糖醇添加量为10~150 g/L。

  

图4 螯合温度与析晶质量的关系

  

图5 螯合pH与析晶质量的关系

对本次研究中的测量和统计数据使用SPSS19.0统计软件进行计算处理,对其统计的资料采用(%)表示,使用(x2)进行数据检测校验。P<0.05表示差异具有统计学意义。

从图1可以看出,体系稳定性随糖醇质量浓度增加均有提升,但体系对各糖醇的敏感程度有所差异,其中甘露醇在单一糖醇中表现最佳。

2.3 结果分析

(1)无论单一糖醇还是复合糖醇,当糖醇质量浓度较低(小于100 g/L)时,产品稳定性随糖醇质量浓度增加而升高,当糖醇含量过高时,部分产品稳定性出现下降。当糖醇含量比较小时,Ca2+含量过剩,游离钙离子在低温条件下易以晶体形式析出;随着糖醇含量增加,大部分Ca以螯合态形式存在,产品稳定性提高;而当糖醇含量过高时,部分糖醇由于溶解度受限反而会限制产品稳定性。

但是,弹一个“极弱音”很容易,困难的是弹一组连续的“极弱音”,因为一连串质地类似的“极弱音”要求我们在弹奏每一个音之前,都预备好相应的“慢动作”。如果在弹奏第一个音时,第二个音所需的手指没有开始“慢动作”,那就无法弹出下一个弱音,或只能以极慢的速度弹奏下一个弱音。

(2)从单一糖醇及复合糖醇实验结果可知,不同糖醇对钙镁离子稳定性敏感程度不同。受糖醇分子结构影响,不同糖醇对同一离子螯合度有差异,不同糖醇溶解相互影响,大部分组合会相互促进。使用复合糖醇效果比单一糖醇稳定性要高。

(3)产品稳定性随温度升高呈现先升高后趋于稳定的趋势。硝酸钙、硝酸镁等原料溶解时都有明显吸热现象,当体系温度低于30℃时,钙镁原料溶解慢,糖醇螯合反应速率低,螯合不彻底,产品不稳定;随着体系温度升高,溶解速率加快,螯合也更彻底,稳定性逐渐增加。从产品外观上也可以看出,产品澄清度随温度升高而增大;温度进一步增大(60、70℃),因为体系内糖醇螯合程度已达最大,产物稳定性和澄清度无显著提高。

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(4)产品稳定性随pH值增大呈现先降低后升高趋势,接近中性时稳定性最高。当pH值过低,体系中有大量H+不利于螯合反应进行,螯合产物稳定性差;当pH值过高时,OH-过高,由于Ca(OH)2溶解度较低易形成白色沉淀,影响产品稳定性[3]

3 结论

通过实验确定了糖醇螯合钙镁的较佳条件是山梨糖醇与木糖醇的二元混合糖醇,添加量为120 g/L,pH为7,螯合温度为50℃。

[参考文献]

[1]王云霞.液体肥料的应用现状与发展趋势[J].化肥设计,2003,41(4):10-13.

[2]武汉大学.分析化学(上册)[M].5版.北京:高等教育出版社,2006.

[3]张景华.山梨糖醇钙离子螯合物稳定性的探究[J].山东化工,2017,13(1):14-16.

 
王绪涛,孙忠鹏,王岩,王吉强
《磷肥与复肥》 2018年第05期
《磷肥与复肥》2018年第05期文献

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