КИНЕТИКА ВЫСВОБОЖДЕНИЯ АЗОТА ИЗ ГРАНУЛ МОЧЕВИНЫ С ПОЛИМЕРНЫМ ПОКРЫТИЕМ
Аннотация
Статья посвящена расчетной и экспериментальной оценке продолжительности действия удобрений с регулируемым высвобождением питательных веществ. Для исследования кинетики выделения питательных веществ были получены образцы мочевины, капсулированной в оболочку из акрилового полимера, с содержанием покрытия от общей массы гранул 9, 16, 20, 23, 26%. Установлены характер и продолжительность выделения мочевины из капсулированных гранул. Например, для гранул с массовой долей оболочки 9% отсутствует индукционный период, для гранул с массовой долей оболочки 16% индукционный период составил 1 сут., для гранул с относительной массовой долей оболочки 23% – 14 сут. Поскольку продолжительность высвобождения для большинства удобрений пролонгированного действия составляет от 3 до 6 мес, и экспериментальная проверка общей продолжительности действия удобрения за короткое время невозможна, в статье предложена математическая модель процесса высвобождения мочевины из гранул с полимерным покрытием. Модель может быть использована для оперативного прогнозирования сроков высвобождения мочевины из капсулированных гранул. Для параметрической идентификации математической модели путем решения обратной задачи определялось значение эффективного коэффициента диффузии мочевины через капсулу, обеспечивающее хорошее соответствие расчетных и экспериментальных данных. Значение эффективного коэффициента диффузии для капсулированных гранул мочевины с относительной массовой долей покрытия 9, 16, 23% составило 2,7·10-13 м2/с. Выполнена проверка адекватности предложенной математической модели опытным данным. Сопоставление расчетных и экспериментальных значений степени выделения мочевины из капсулированных гранул показало их хорошее соответствие. Среднеквадратичная ошибка не превышала 0,031.
Для цитирования:
Липин А.Г., Липин А.А. Кинетика высвобождения азота из гранул мочевины с полимерным покрытием. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65. Вып. 7. С. 100-106. DOI: 10.6060/ivkkt.20226507.6635.
Литература
Lawrencia D., Wong S.K., Low D.Y.S., Goh B.H., Goh J.K., Ruktanonchai U.R., Soottitantawat A., Lee L.H., Tang S.Y. Controlled Release Fertilizers: A Review on Coating Materials and Mechanism of Release. Plants. 2021. V. 10. N 2. Art. 238. DOI: 10.3390/plants10020238.
Beig B., Niazi M.B.K., Jahan Z., Hussain A., Zia M.H., Mehran M.T. Coating materials for slow release of nitrogen from urea fertilizer: a review. J. Plant Nutr. 2020. V. 43. P. 1510-1533. DOI: 10.1080/01904167.2020.1744647.
Conrad Y., Fohrer N. Modelling of nitrogen leaching under a complex winter wheat and red clover crop rotation in a drained agricultural field. Phys. Chem. Earth. 2009. V. 34. N 8-9. P. 530–540. DOI: 10.1016/j.pce.2008.08.003.
Qiao D., Liu H., Yu L., Bao X., Simon G.P., Petinakis E., Chen L. Preparation and characterization of slow-release fertilizer encapsulated by starch-based superabsorbent polymer. J. Carbohydr. Polym. 2016. V. 147. P. 146–154. DOI: 10.1016/j.carbpol.2016.04.010.
Rahman M.M., Ahsan A., Salleh M.A.M., Hossain M.M., Ra C.S., Rashid U. Production of slow release crystal fertilizer from wastewaters through struvite crystallization - A review. Arab. J. Chem. 2014. V. 7. P. 139–155. DOI: 10.1016/j.arabjc.2013.10.007.
Chen Z., Wang Q., Ma J., Zou P., Jiang L. Impact of controlled-release urea on rice yield, nitrogen use efficien-cy and soil fertility in a single rice cropping system. Sci. Rep. 2020. V. 10. P. 1-10. DOI: 10.1038/s41598-020-67110-6.
Xiang Y., Ji-yun J., Ping H., Ming-zao L. Recent advances on the technologies to increase fertilizer use effi-ciency. Agric. Sci. China. 2008. V. 7. P. 469–479. DOI: 10.1016/S1671-2927(08)60091-7.
Timilsena Y.P., Adhikari R., Casey P., Muster T., Gill H., Adhikari B. Enhanced efficiency fertilisers: a review of formulation and nutrient release patterns. J. Sci. Food Agr. 2015. V. 95. P. 1131–1142. DOI: 10.1002/jsfa.6812.
Shaviv A. Advances in controlled-release fertilizers. Adv. in Agronomy. 2001. V. 71. P. 1-49. DOI: 10.1016/S0065-2113(01)71011-5.
Trinh T. H., KuShaari K., Basit A., Azeem B., Shuib A. Use of Multi-Diffusion Model to Study the Release of Urea from Urea Fertilizer Coated with Polyurethane-Like Coating (PULC). APCBEE Procedia. 2014. V. 8. P. 146 – 150. DOI: 10.1016/j.apcbee.2014.03.017.
Odintsov A.V., Lipin A.G., Turkova N.D. Estimation of prolonging effect of granules composition coats of mineral fertilizer. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2010. V. 53. N 8. P. 68-70 (in Russian).
Irfan S.A., Razali R., KuShaari K., Mansor N., Azeem B., Ford Versypt A.N. A review of mathematical model-ing and simulation of controlled-release fertilizers. J. Control. Release. 2018. V. 271. P. 45-54. DOI: 10.1016/j.jconrel.2017.12.017.
Al-Zahrani S.M. Controlled-Release of Fertilizers: Modeling and Simulation. Int. J. Eng. Sci. 1998. V. 37. N 10. P. 1299-1307. DOI: 10.1016/S0020-7225(98)00120-7.
Shen Y. Z., Du C. W., Zhou J. M., Ma F. Modeling nutrient release from swelling polymer-coated urea. Appl. Eng. Agric. 2015. V. 31. N 2. P. 247-254. DOI: 10.13031/aea.31.10733.
Shaviv A., Raban S., Zaidel E. Modeling Controlled Nutrient Release from a Population of Polymer Coated Fertilizers: Statistically Based Model for Diffusion Release. Environ. Sci. Technol. 2003. V. 37. N 10. P. 2257-2261. DOI: 10.1021/es0205277.
Du C., Tang D., Zhou J., Wang H., Shaviv A. Prediction of Nitrate Release from Polymer-Coated Fertilizers Using an Artificial Neural Network Model. Bioproc. Biosyst. 2007. V. 99. N 4. P. 478-486. DOI: 10.1016/j.biosystemseng.2007.12.003.
Vakal V., Pavlenko I., Vakal S., Hurets L., Ochowiak M. Mathematical Modeling of Nutrient Release from Capsulated Fertilizers. Period. Polytech. Chem. Eng. 2020. V. 64. N 4. P. 562–568. DOI: 10.3311/PPch.14100.
Lipin A.G., Lipin A.A., Wójtowicz R. Calculation of degree of coverage in fluidized bed coating. Dry. Technol. 2022. V. 40. N 1. P. 30-41. DOI: 10.1080/07373937.2020.1777153.
Lipin A.A., Lipin A.G. Prediction of coating uniformity in batch fluidizedbed coating process. Particuology. 2022. V. 61. P. 41-46. DOI: 10.1016/j.partic.2021.03.010.
Lipin A.G., Nebukin V.O., Lipin A.A. Assessment of coverage degree during granular material encapsulation in fluidized bed. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 5. P. 84-90 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt201962fp.5793.
Bird R.B., Stewart W.E., Lightfoot E.N. Transport Phenomena. New York: John Wiley & Sons, Inc. 2002. 912 p.
Trinh T.H., KuShaari K., Shuib A.S., Ismail L., Azeem B. Modelling the release of nitrogen from controlled re-lease fertiliser: Constant and decay release. Biosyst. Eng. 2015. V. 130. P. 34-42. DOI: 10.1016/j.biosystemseng.2014.12.004.
