КИНЕТИКА ВЫСВОБОЖДЕНИЯ НИТРАТА АММОНИЯ ИЗ КАПСУЛИРОВАННЫХ ГРАНУЛ В ПОРИСТОЙ СРЕДЕ
Аннотация
Предложена математическая модель процесса высвобождения нитрата аммония из капсулированной гранулы в пористой среде (например, почве). Модель позволяет прогнозировать изменение во времени степени выделения и концентрации нитрата аммония внутри капсулы, а также эволюцию профилей его концентрации в пористой среде вблизи гранулы. Она предназначена для оперативного прогнозирования времени высвобождения нитрата аммония из капсулированных гранул в почве. Экспериментальная проверка предложенной модели проводилась в дренажных колонках, заполненных песком. Исследовалась кинетика высвобождения нитрата аммония из капсулированных гранул с различной относительной массой полимерной оболочки: 20, 25 и 30%. Капсулированные гранулы были предварительно получены на лабораторной установке с аппаратом псевдоожиженного слоя. Среднеквадратичное отклонение расчетных по модели и опытных данных о степени выделения нитрата аммония не превышало 0,019, что свидетельствует о их хорошем соответствии. Значение эффективного коэффициента диффузии нитрата аммония через слой покрытия составило 4,0·10-13 м2/с. Рассчитаны профили концентрации нитрата аммония в окружающей пористой среде в различные моменты времени при отсутствии усвоения питательных веществ растениями и с их усвоением. Показано, что при наличии усвоения удобрения растениями, накопление его в пористой среде на расстояниях более 0,015 м от центра гранулы отсутствует, а при отсутствии усвоения удобрение диффундирует в пористой среде на расстояние 0,025 м. Выполнено сравнение кинетики выделения аммиачной селитры в пористой среде и воде. Установлено, что характер высвобождения нитрата аммония при экспресс-анализе в воде и в условиях влажной пористой среды (песок) практически одинаковый. Это означает, что основным фактором, определяющим процесс выделения, является сам слой покрытия, а не внешняя среда, окружающая удобрение, будь то вода или почва.
Для цитирования:
Липин А.А., Липин А.Г., Тихомирова А.А., Крисанова В.А. Кинетика высвобождения нитрата аммония из капсулированных гранул в пористой среде. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 7. С. 152-159. DOI: 10.6060/ivkkt.20256807.7226.
Литература
Moradi S., Babapoor A., Ghanbarlou S., Kalashgarani M. Y., Salahshoori I., Seyfaee A. Toward a new generation of fertilizers with the approach of controlled-release fertilizers: a review. J. Coat. Technol. Res. 2024. V. 21. P. 31–54. DOI:10.1007/s11998-023-00817-z.
Vejan P., Khadiran T., Abdullah R., Ahmad N. Con-trolled release fertilizer: A review on developments, applica-tions and potential in agriculture. J. Control. Release. 2021. V. 339. P. 321-334. DOI: 10.1016/j.jconrel.2021.10.003.
Rahman M. H., Haque K.M.S., Khan M. Z. H. A review on application of controlled released fertilizers influencing the sustainable agricultural production: A Cleaner production process. Environ. Tech. Innovat. 2021. V. 23. P. 101697. DOI: 10.1016/j.eti.2021.101697.
Govil S., Long N.V.D., Escribà-Gelonch M., Hessel V. Controlled-release fertiliser: Recent developments and perspectives. Ind. Crops Prod. 2024. V. 219. P. 119160. DOI: 10.1016/j.indcrop.2024.119160.
Priya E., Sudipta S., Pradip K. M. A review on slow-release fertilizer: Nutrient release mechanism and agricultural sustainability. J. Environ. Chem. Eng. 2024. V. 12. N 4. P. 113211. DOI: 10.1016/j.jece.2024.113211.
Asadu C.O., Ezema C.A., Ekwueme B.N., Onu C.E., Onoh I.M., Adejoh T., Ezeorba T.P.C., Ogbonna C.C., Otuh P.I., Okoye J.O., Emmanuel U.O. Enhanced efficien-cy fertilizers: Overview of production methods, materials used, nutrients release mechanisms, benefits and considera-tions. Environ. Pollut. Manag. 2024. V. 1. P. 32-48. DOI: 10.1016/j.epm.2024.07.002.
Jariwala H., Santos R.M., Lauzon J.D., Dutta A., Chiang Y. W. Controlled release fertilizers (CRFs) for climate-smart agriculture practices: a comprehensive review on release mechanism, materials, methods of preparation, and effect on environmental parameters. Environ. Sci. Pollut. Res. 2022. V. 29. P. 53967–53995. DOI: 10.1007/s11356-022-20890-y.
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. P. 238. DOI: 10.3390/plants10020238.
Fufaeva V. M., Taran Yu. A., Strel'nikova V. O. Controlled-Release Fertilizers—A New Development in the Ferti-lizer Market (a Review). Theor. Found. Chem. Eng. 2024. V. 58. N 2. P. 287-294. DOI: 10.1134/S0040579524700477.
Taran Yu. A., Fufaeva V. M. Production of encapsulated controlled-release fertilizers based on prilled and granular urea. Chem. Petrol. Eng. 2022. V. 58. N 5-6. P. 499-504. DOI: 10.1007/s10556-022-01120-1.
Norov A.M., Sokolov V.V., Rybin E.A., Lapushkin V.M., Pagaleshkin D.A., Vladimirov V.A. Obtaining NPK and NP(S) fertilizers withlong-release by applying an inorganic digestible coating and studying their properties. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2025. V. 68. N 5. P. 39-48. DOI: 10.6060/ivkkt.20256805.7f.
Lipin A.G., Lipin A.A. Energy- and resource-saving processes involving the polymer phase. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 7. P. 203-213 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236607.6836j.
Irfan S.A., Razali R., KuShaari K., Mansor N., Azeem B., Ford Versypt A.N. A review of mathematical modeling and simulation of controlled-release fertilizers. J. Control. Release. 2018. V. 271. P. 45-54. DOI: 10.1016/j.jconrel.2017.12.017.
Duan Q., Jiang Sh., Chen F., Li Zh., Ma L., Song Y., Yu X., Chen Y., Liu H., Yu L. Fabrication, evaluation method-ologies and models of slow-release fertilizers: A review. Ind. Crops Prod. 2023. V. 192. P. 116075. DOI: 10.1016/j.indcrop.2022.116075.
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.
Trinh T. H., KuShaari K., Shuib A. S., Ismail L., Azeem B. Modelling the release of nitrogen from controlled release fertiliser: Constant and decay release. Biosyst. Eng. 2015. V. 130. P. 34-42. DOI: 10.1016/j.biosystemseng.2014.12.004.
Kusters G.L.A., Canadell J., de Vos S., Storm C., van der Schoot P. A mathematically tractable model for controlled release urea fertilisers. Biosyst. Eng. 2023. V. 228. P. 49-55. DOI: 10.1016/j.biosystemseng.2023.02.009.
Lipin A.G., Lipin A.A. Nitrogen release from polymercoated urea granules. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved.Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 7. P. 100-106 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226507.6635.
Lipin A.A., Lipin A.G. Modelling nutrient release from controlled release fertilisers. Biosyst. Eng. 2023. V. 234. P. 81-91. DOI: 10.1016/j.biosystemseng.2023.08.015
Lipin A.A., Lipin A.G. Nutrient Release From Polymer Coated NPK Fertilizer Granules. Vestnik TGTU. 2022. V. 28. N 3. P. 466-475 (in Russian). DOI: 10.17277/vestnik.2022.03.pp.466-475.
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.
Tovstik E.V., Skugoreva S.G., Adamovich T.A., Ashikhmina T. Ya. Approaches to testing controlled fertilizers. Theoret. Prikl. Ecolog. 2022. N 1. P. 182–190 (in Rus-sian). DOI: 10.25750/1995-4301-2022-1-182-190
Gumnitskii Ya.M., Lyuta O.V. Moleculardiffusion mass transfer of substance in soil medium. Theor. Found. Chem. Eng. 2014. V. 48. N 4. P. 414-419. DOI: 10.7868/S0040357114040046.
