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凹凸棒石在农业及环境领域中的应用
发布时间:2021-07-14 11:00
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  凹凸棒石具有非常独特的晶体结构和可调控的表面电荷,是非常理想的廉价吸附剂、悬浮剂、增稠剂、触变剂、干燥剂和纳米-微纳米材料。
 
  1、土壤改良剂
  凹凸棒石黏土常被誉为“千土之土”,富含植物生长发育所需的Na、Ca、Fe、Al等各种中微量元素,这些来自凹凸棒石的中微量元素能够很好地弥补土壤自身的养分短板,有效提升农作物品质和产量。而其具备的独特棒状晶体结构,能够扰乱高度聚集的土壤结构,有效改善因水肥管理不善等因素导致的土壤板结问题。
  凹凸棒石较大的内外比表面积和丰富的内部纳米孔道在保证良好的保水保肥性,甚至提供部分酸碱缓冲性能的同时,也能够吸附土壤中各种不利于植物生长发育的化学物质(如重金属等),抑制有害微生物活动,降低植物的生长发育阻力。凹凸棒石吸附或者接枝聚合一些高分子材料后,能够自组装形成三维微纳网格结构,与高分子材料自身的分子互穿网格共同作用下,可大幅度提升高分子材料的吸附和滞留能力,是非常理想的土壤改良剂。
  
  2、土壤保水材料
  凹凸棒石自身带有一定的结构水和吸附水,而其优异的吸附性能和丰富的纳米孔道使得凹凸棒石能够吸收自身质量几百乃至几千倍的水分,常常能达到数百倍的溶胀倍率。而凹凸棒石晶体结构中较多的羟基基团也使得凹凸棒石亲水性能很高。这些吸收的水分会随着土壤水分的减少而逐渐释放出来,在一些极端情况下,凹凸棒石也可以释放自身的孔道吸附水来保持土壤的水含量。作为优秀的保水剂材料,凹凸棒石不仅可以充分吸收灌溉水和自然降水,减少水分渗漏和流失,提高水分利用率,还可以促进土壤团聚体的形成,改善土壤孔隙结构,提高土壤持水能力,提高肥料、农药的有效利用率。因此,凹凸棒石在土壤保水剂领域具有广阔的应用前景。
  
  3、缓释、控失肥料(农药)
  目前,农业领域的研究已由如何“增量”转变为如何“提质”,而使用缓释或控失的肥料、农药,是解决这一问题的重要途径之一。凹凸棒石具有独特的理化性质和强大的吸附性能,又富含植物所需的多种中微量元素,用其制备的缓释肥料具有S型的养分释放曲线,这很好地贴合了作物整个生育期的养分需求特性。同时由于凹凸棒石对土壤养分的长期吸附和对养分流失的阻滞,使得凹凸棒石缓释肥料在下茬作物上表现出明显的增产现象。因此,凹凸棒石是生产缓释、控失肥料(农药)的理想吸附载体和控失手段。
  
  4、农药悬浮剂
  目前,我国主要生产使用的农药剂型有乳油、可湿性粉剂、悬浮剂等。其中乳油具有很强的挥发性,且含有大量二甲苯等对人类和自然环境有巨大危害的苯类溶剂;可湿性粉剂在加工制造及使用过程中,产生的粉尘对生产者和使用者都会造成伤害;悬浮剂是一种较为理想的剂型。悬浮剂是指能影响周围的水和其他颗粒,使它们不致迅速下沉,从而保持胶体的浓度和悬浮状态的物质。
  悬浮剂一般要求由有较高分散度、较大表面积、较强吸附力的物质制成,而凹凸棒石黏土正是符合悬浮剂制造要求的优质原料。同时凹凸棒石的纳米孔隙通道又能为农药提供一定的缓释能力。
  
  5、饲料添加剂
  研究凹凸棒石在改善动物机体机能、提高免疫力、减少重金属富集等方面的作用,对新型养殖业的发展具有积极意义。
  凹凸棒石在饲料中主要发挥以下作用:
  (1)凹凸棒石富含生物生长必需的铁、硒、钙、镁等中微量元素,饲料中添加凹凸棒石可促进动物摄食营养平衡;
  (2)凹凸棒石的吸附能力可使饲料中的营养长期存在于动物肠道中,有效提高饲料利用率和动物营养吸收效率;
  (3)凹凸棒石可以调节动物肠胃内的氨含量,在氨浓度高时进行氨吸收防止动物氨中毒,在氨含量低时长期释放氨,供给动物合成氨基酸与蛋白质,提高动物总氨基酸利用率;
  (4)凹凸棒石还可吸附动物体内的有毒元素和代谢产物,从而达到防病防毒、增强动物免疫能力的效果。
  
  6、土壤污染修复
  凹凸棒石较强的吸附性能和大量内部孔道不仅可以容纳土壤养分,也可以吸附导致土壤污染的污染物分子,使其失去活性从而修复污染土壤。大量研究表明,凹凸棒石通过离子交换吸附、离子络合、静电吸附、纳米孔道固定、形成氢氧化物微沉淀等方式吸附重金属,吸附过程中也经常存在多种方式共同作用。
  
  7、水污染修复
  凹凸棒石具有良好的吸附性、高孔隙率、大比表面积,以及表面上的活性位点和优异的阳离子交换性能,能够吸附去除包括Pb、Ni、Cr、Cu、As、N、P在内的大部分污染元素,且固态的凹凸棒石在使用后非常易于固液分离,在修复水体污染方面具有极大的应用前景。
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