膨潤土對脲酶抑制劑NBPT的控釋性能研究

吳佩琪，盧其明

(1. 廣東電網有限責任公司 電力科學研究院，廣東 廣州 510080；2. 華南農業大學 材料與能源學院，廣東 廣州 510642)

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膨潤土對脲酶抑制劑NBPT的控釋性能研究

吳佩琪1，盧其明2

(1. 廣東電網有限責任公司 電力科學研究院，廣東 廣州 510080；2. 華南農業大學 材料與能源學院，廣東 廣州 510642)

采用振蕩吸附法，以膨潤土為原料，測定了膨潤土對NBPT的吸附容量，并考察了NBPT的初始濃度和處理溫度對膨潤土吸附NBPT效果的影響。結果表明：在30 ℃下，固液比為50 g/L時，膨潤土對NBPT的吸附容量可達8.34 mg/g，隨著初始濃度的增大，吸附量也隨之增大。

膨潤土；正丁基硫代磷酰三胺；控釋

1　引言

正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)是一種常見的脲酶抑制劑，對土壤脲酶有很強的抑制作用[1]。NBPT通過競爭性抑制的方式，利用其分子中的另一個氨基化合物可與氨基甲酸橋中的氧原子形成H-O橋，從而形成三齒配位體，減少尿素與脲酶的接觸機率[2]。在實際農業生產中常與尿素混合施用到土壤中，延緩尿素的作用時間[3]。而土壤中的膨潤土，因其良好的膨脹性、分散性和陽離子可交換性成為了良好的吸附材料，廣泛應用于工業廢水中重金屬、有機污染物及染料脫除等領域[4～7]?？紤]到土壤中的膨潤土可能對NBPT有一定的吸附作用，本文就膨潤土對脲酶抑制劑NBPT的控釋性能進行了研究。

2　實驗部分

2.1試劑與儀器

試劑與儀器鈣基膨潤土，由南海非金屬材料有限公司提供，含蒙脫石95%；正丁基硫代磷酰三胺，純度>97%；DHG 9070A電熱恒溫鼓風干燥箱；TW100高速萬能粉碎機；JJ500型精密電子天平；HH-2數顯恒溫水浴鍋；100目國家標準不銹鋼檢驗篩；QYC-2102大型空氣搖床；TDL-5離心機；V-5800可見分光光度計。

2.2吸附實驗

吸附實驗在250 mL錐形瓶中準確加入5.0 g鈣基膨潤土(100目以下)，然后分別加入50 mL不同濃度的NBPT溶液，搖晃均勻后放入經預熱或預冷的大型空氣搖床中。在不同溫度，轉速為180 r/min的條件下，振蕩2 h后取出，抽濾，得到的濾液即為待測液。每一個溫度下的同一濃度處理做三個平行樣，均以5.0 g鈣基膨潤土加入50 mL蒸餾水的相同條件處理作為空白對照。其中0.1～1.0 g/L的待測液取樣量為2 mL，1.5～2.0 g/L的待測液取樣量為1 mL。然后將已吸取的適量水樣中NBPT濃度進行測定。

2.3NBPT吸附量的測試

NBPT吸附量的測試將每次讀出的濃度值乘以相應的倍數，0.1～1.0 g/L的倍數為12.5，1.5～2.0 g/L的倍數為25，即為樣液的濃度值Ci，按下式計算NBPT吸附量Qs。

Qs=(C0-Ci)×50

式中：Qs為膨潤土對NBPT吸附量，mg；C0為吸附前溶液的濃度，g/L；Ci為吸附后溶液的濃度，g/L；50為加入的吸附溶液的體積， mL。

2.4NBPT吸附率的測試

NBPT吸附率的測試將每次讀出的濃度值乘以相應的倍數，0.1～1.0 g/L的倍數為12.5，1.5～2.0 g/L的倍數為25，即為樣液的濃度值Ci，按下式計算NBPT吸附率。

式中：R為膨潤土對NBPT吸附率，%；C0為吸附前溶液的濃度，g/L；Ci為吸附后溶液的濃度，g/L。

2.5NBPT吸附容量的測試

NBPT吸附容量的測試單位質量吸附劑對溶質的吸附量即為吸附容量qe，按下式計算NBPT吸附容量。

式中：qe為吸附容量，mg/g；Qs為膨潤土對NBPT吸附量，mg；M為膨潤土的用量，g。

2.6繪制標準曲線

繪制標準曲線配制含NBPT0.00、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06和0.07 g/L溶液，在波長為697.5 nm下，用V-5800可見分光光度計測定這一系列溶液的吸光度，繪制標準曲線見圖1。根據試液吸光度用標準曲線求出NBPT含量。

3　結果與討論

(1)固液比對膨潤土吸附性能的影響將不同用量的膨潤土，加入到裝有50 mLNBPT溶液(1.0 g/L)的250 mL錐形瓶中。置于恒溫振蕩器中，在30 ℃、180 rpm條件下振蕩吸附2h。投加量對NBPT吸附量的影響見圖2。由實驗表明，對NBPT的吸附量隨著固液比的增加先增加后趨向平穩，而固液比為50 g/L、70 g/L、100 g/L、120 g/L、150 g/L、180 g/L和200 g/L對應的膨潤土吸附容量qe分別為8.34 mg/g、6.37 mg/g、4.60 mg/g、4.08 mg/g、3.42 mg/g、2.88 mg/g和2.62 mg/g。當固液比大時，由于膨潤土無法與待吸附溶液有充分的接觸，盡管有充足的振蕩時間，但是仍存有部分膨潤土未被潤濕，未能參與吸附過程。而低固液比時，膨潤土能夠充分分散在溶液中，并很好地發揮其吸附性能。由于后續實驗中需要對更高初始濃度的NBPT溶液進行吸附實驗，因此選擇5.0 g的膨潤土用量較為合適。

圖1　NBPT標準工作曲線

圖2　不同固液比對膨潤土吸附性能的影響

(2)初始濃度對膨潤土吸附性能的影響將5.0 g膨潤土，加入到裝有50 mL不同初始濃度NBPT溶液的250 mL錐形瓶中。置于恒溫振蕩器中，在30 ℃、180 r/min條件下振蕩吸附2 h。初始濃度對NBPT吸附量的影響見圖3。由于NBPT在25 ℃下的溶解度僅有4 g/L，因此實驗中未對初始濃度大于2 g/L的NBPT溶液進行測定。實驗結果表明，在30 ℃下，膨潤土在NBPT溶液中吸附2 h后，隨著初始濃度的增高，吸附量增大。且當初始濃度為1.0 g/L，吸附率達到最大，為32.91%。

(3)膨潤土對NBPT的吸附動力學將5.0 g膨潤土，分別加入到裝有50 mL NBPT溶液(1.0 g/L)的250 mL錐形瓶中。置于恒溫振蕩器中，在30 ℃、180 r/min條件下振蕩吸附。膨潤土對NBPT的吸附動力學如圖4所示。在開始的45 min內出現吸附容量降低的現象，可能是因為吸附反應在開始階段，膨潤土與溶液接觸不充分所致。隨著時間的推移吸附容量不斷增大，在105 min時達到2.95 mg/g。

圖3　不同NBPT初始濃度對膨潤土吸附性能的影響

圖4　30 ℃下膨潤土對吸附NBPT的動力學

4　結語

在30 ℃下，固液比為50 g/L時，膨潤土對NBPT的吸附容量可達8.34 mg/g；膨潤土在NBPT溶液中吸附2 h后，隨著初始濃度的增高，吸附量增大。且當初始濃度為1.0 g/L，吸附率達到最大，為32.91 %。而隨著時間的推移，膨潤土對NBPT的吸附容量不斷增大，在105 min時達到2.95 mg/g。

總體上看，膨潤土對NBPT有一定的吸附性能。NBPT是本身不易溶于水的有機物，經膨潤土吸附后，利用膨潤土在水中的分散性，將可能使其更均勻地分散到土壤，充分地與脲酶結合，發揮其抑制脲酶的性能。在未來的研究中，可以進一步探討膨潤土對其它脲酶抑制劑如硼酸、氫醌、醋酸棉酚等的吸附釋放機理，并將吸附后的膨潤土作為一種復合材料投入施用，既可延緩脲酶抑制劑的作用時間，又可減少其施用間隔，是節約能源的一個有效途徑。同時，我國膨潤土儲量大，而應用領域有待擴展，膨潤土與脲酶抑制劑的結合使用將為膨潤土的應用研究提供新的方向。

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Study on the Absorption Behaviors of Bentoniteon N-butyl Thiophosphorictriamide

Wu Peiqi1, Lu Qiming2

(1.ElectricPowerResearchInstituteofGuangdongPowerGridCo.,Ltd，Guangzhou,Guangdong510080,China;2.CollegeofMaterialsandEnergy,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou,Guangdong510642,China)

The absorption behaviors of bentonite on NBPT were evaluated with a batch adsorption method. The effects of liquid-solid ratioand initial concentration of NBPT were investigated. The results showed that the absorption capacity of bentonite on NBPT could reach 8.34 mg/g when the liquid-solid ratiowas 50 g/L and the absorbed amount increased with the increase of initial concentration of NBPT at 30 ℃.

bentonite; NBPT; controlled release

2016-06-07

吳佩琪(1988—)，女，助理工程師，主要從事有機無機復合材料的研究。

TB321

A

1674-9944(2016)14-0206-03