Гидрогель сельское хозяйство
Обычным ингредиентом гидрогеля в сельском хозяйстве является полиакрилат калия или полиакрилат натрия . Будучи суперабсорбирующим материалом, он может поглощать большое количество воды и превращать воду в гель для хранения воды.
Технология гидрогелевого земледелия использует нерастворимые гелеобразующие полимеры улучшения водоудерживающих свойств различных почв, таких как глины и супеси для . Это может увеличить удержание и использование воды (до 85% для песка), улучшить проницаемость почвы, уменьшить потребность в орошении, уменьшить уплотнение, почвы эрозию и выщелачивание , а также улучшить рост растений.
Опустынивание и нехватка воды угрожают сельскому хозяйству во многих засушливых и полузасушливых регионах мира; их можно смягчить с помощью гидрогелей. [ 1 ]
Гидрогели
[ редактировать ]Гидрогели представляют собой гидрофильные сшитые полимеры , которые образуют трехмерные молекулярные сети, способные поглощать и удерживать большое количество воды. [ 2 ]
Различные типы гидрогелей в сельском хозяйстве
[ редактировать ]Различные типы могут быть пригодны для использования в сельском хозяйстве.
- Гидрогель на основе крахмала (прививочный) биоразлагаем и дешев, и его можно модифицировать, чтобы отрегулировать его способность удерживать воду. [ 3 ] сшитой Гидрогели полимеров акриловой кислоты коммерчески доступны; они фактически нерастворимы [ 4 ] но медленно разрушаются, выделяя токсичный акриламид . [ 5 ]
- Минерал графитового типа полиакрилат калия.
- Нет графического типа полиакрилата калия.
- Минерал графического типа полиакрилат натрия.
Возможное использование в сельском хозяйстве
[ редактировать ]Гидрогели различных видов могут быть полезны в сельском хозяйстве, снижая стресс растений от засухи, позволяя лучше использовать оросительную воду и удобрения. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]
Суперабсорбирующие гидрогелевые полимеры в принципе могут влиять на проницаемость почвы, плотность, структуру, текстуру, скорость испарения и проникновения воды через почву. [ 7 ] Они также могут позволить пестицидам высвобождаться медленно в течение длительного периода, повышая эффективность и уменьшая побочные эффекты, такие как утечка пестицидов. Поэтому существует значительный исследовательский интерес к возможному использованию гидрогелей в сельском хозяйстве. [ 9 ] Так, гидрогель на основе трагаканта увеличивает обводненность глинистых почв до 5,35 %, супесей – до 5,5 %; его также можно использовать для медленного высвобождения хлорида кальция в течение длительного периода. [ 10 ]
Подготовленные соответствующим образом гидрогели могут одновременно поставлять и медленно высвобождать пестициды (например, гербициды ) в почве, а также увеличивать удержание воды в песчаной почве. Разработанные для этой цели гидрогели включают полимеры олигооксиэтиленметакрилата, связанные ионными и ковалентными связями с гербицидом, таким как 4-хлор-2-метилфеноксиуксусная кислота (CMPA). Другие изученные гидрофильные полимеры были изготовлены из множества различных акрилатных мономеров, выделяющих пестициды 2,4-D и CMPA. Они предлагают различные комбинации скорости выброса пестицидов и удержания воды в почве. Гидрогели также можно использовать для капсулирования инсектицида циперметрина и фунгицида сульфата меди . Супервпитывающие полимеры можно использовать для высвобождения фосфатных удобрений медленного за счет образования сложноэфирной связи между поливиниловым спиртом и фосфорной кислотой . Супервпитывающий композиционный материал полимер/глина, изготовленный путем присоединения акриламида к тонкоизмельченному аттапульгиту ( фуллеровой глине), демонстрирует многообещающие результаты благодаря превосходному удержанию воды и низкой стоимости по сравнению с полиакриламидным гидрогелем. [ 8 ]
Коммерциализация
[ редактировать ]В 2015 году Индийский институт сельскохозяйственных исследований (IARI) сообщил о разработке нового гидрогеля для использования в сельском хозяйстве. Он был призван помочь фермерам справиться с засухой, эффективно используя воду в засушливых и полузасушливых регионах Индии. продукт будет коммерциализирован Национальной корпорацией развития исследований (NRDC) Министерства науки и технологий в сотрудничестве с базирующейся в Ченнаи компанией Reliance Industries Limited. [ 11 ]
В 2016 году водопоглощающий материал под названием гидрогель Alsta был представлен на сельскохозяйственном рынке Индии после испытаний, проведенных NTC Pune, и показал способность поглощать воду в 400 раз больше собственного веса. Это гранулированный нетоксичный полимер и кондиционер для почвы на основе полиакрилата калия, который совместим со всеми видами почв и сельскохозяйственных культур и значительно снижает частоту полива и потерю влаги в почве из-за выщелачивания и испарения. [ нужна ссылка ]
Гидрогель Alsta, как и многие другие, не имеет никаких международно признанных сертификатов о его нетоксичности для человека, животных или микроорганизмов, естественно присутствующих в почве, а также о его биоразлагаемости или передаче элементов растениям, растущим на нем. Заявления должны быть проверены независимой сертифицированной лабораторией.
См. также
[ редактировать ]- Сельское хозяйство, экосистемы и окружающая среда
- Фермерская вода
- Неорошаемое земледелие
- Способность к набуханию
- Экономия воды
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Вундаваллия, Рамеш (2015). «Биоразлагаемые наногидрогели в сельском хозяйстве - альтернативный источник водных ресурсов» . Procedia Материаловедение . 10 : 548–554. дои : 10.1016/j.mspro.2015.06.005 .
- ^ Ахмед, Энас М. (2015). «Гидрогель: приготовление, характеристика и применение: обзор» . Журнал перспективных исследований . 6 (2): 105–121. дои : 10.1016/j.jare.2013.07.006 . ПМЦ 4348459 . ПМИД 25750745 .
- ^ Джьоти, АН (2010). «Привитые сополимеры крахмала: новые применения в промышленности». Композитные интерфейсы . 17 (2–3): 165–174. Бибкод : 2010ComIn..17..165J . дои : 10.1163/092764410X490581 . S2CID 94545528 .
- ^ «Полимер акриловой кислоты, нейтрализованный, сшитый» . Профессиональные токсиканты . 15 : 1–29. 31 января 2012 г. doi : 10.1002/3527600418.mb900301nete0015 . ISBN 978-3527600410 .
- ^ Ченг, Пейяо (2004). Химическая и фотолитическая деградация полиакриламидов, используемых при очистке питьевой воды . Университет Южной Флориды (докторская диссертация).
- ^ Наджари, Бхаскар; Аггарвал, Прамила; Кумар, Сатьендра; Доктор медицины, Мина (2013). «Значение гидрогеля и его применение в сельском хозяйстве». Индийское земледелие . 62 (10): 15–17.
- ^ Jump up to: а б ЛО, Эчебарфе; Огбейфун, Делавэр; Океймен, FE (2011). «Применение полимеров в сельском хозяйстве» . Биохимия . 23 : 81–89.
- ^ Jump up to: а б Пуоци, Франческо; и др. (2008). «Полимер в сельском хозяйстве: обзор» (PDF) . Американский журнал сельскохозяйственных и биологических наук . 3 (1): 299–314. дои : 10.3844/ajabssp.2008.299.314 .
- ^ Рудзинский, МЫ; и др. (2002). «Гидрогели как устройства с контролируемым высвобождением в сельском хозяйстве: обзор». Разработаны мономеры и полимеры . 5 (1): 39–65. дои : 10.1163/156855502760151580 . S2CID 101877671 .
- ^ Суручинит, Дж.; Кейт, Бальбир Сингх; Джиндал, Раджив; Капур, Г.С.; Кумар, Ванит (2014). «Синтез, характеристика и оценка гидрогеля на основе трагаканта и акриловой кислоты для устойчивого высвобождения хлорида кальция - повышения водоудерживающей способности почвы». Журнал Китайского общества передовых материалов . 2 (1): 40–52. дои : 10.1080/22243682.2014.893412 .
- ^ Мохан, Вишва (15 января 2015 г.). «Гидрогельная технология земледелия» . Времена Индии .