缓释肥作为未来化学肥料的主要发展方向,将为现代农业的发展发挥重要作用。因缓释肥高效、环保和节省劳动力而备受关注。以工业木质素作为材料研制缓释肥相比其他材料具有更大优势:木质素是天然高分子有机物,制备的缓释肥对环境无污染;木质素能够延缓肥料中养分溶解,降低肥料水溶性,进一步提高肥料缓释性能;木质素能抑制脲酶活性,降低NO3-N释放,减少氨挥发,增加NH4+-N利用率;以工业木质素为原料将解决制浆造纸业所产生工业木质素资源浪费问题,提高资源利用率,此外也避免了黒液(工业木质素)对环境的污染。因此本文以工业碱木质素为主要材料制备缓释氮肥。羟甲基化可以显著提高碱木质素羟基含量,是增强木质素反应活性的有效改性方法。在对工业木质素羟甲基化改性过程中,通过红外光谱(FTIR)、碳谱(DEPT 135)和异核单量子关系(HSQC)对改性前后木质素结构分别进行表征,分析碱木质素在反应过程中结构变化,并对反应过程进行初步探索和验证。在此基础上以改性后的羟甲基化木质素构建缓释模型:通过自身缩合构建缓释模型和以羟甲基化木质素、海藻酸钙凝胶和钠基-蒙脱土共同组建缓释模型制备缓释氮肥。本文系统探讨了这两种肥料的缓释性能,得出主要结论如下:(1)木质素羟甲基化反应主要有两种反应过程,在侧链区域甲醛和对羟基肉桂酸或阿魏酸单元侧链的双键发生Prings反应形成羟甲基;在芳香区域甲醛和对羟基苯基C-3、C-5,愈创木基C-5上发生Lederer-Manasse反应形成羟甲基。而木质素其他结构单元,如紫丁香基单元,β-O-4醚键结构,苯基香豆满均未与甲醛发生羟甲基化反应。(2)通过正交试验优化羟甲基化反应,得出最佳工艺条件为反应温度80℃,反应时间3 h,pH为11,m(木质素):m(甲醛)为6:1,在此最优条件下羟甲基的质量分数为2.32%。(3)通过羟甲基化木质素自身缩合构建紧密三维网络结构,包裹、嵌入游离尿素、羟甲基脲和脲甲醛制备缓释氮肥。结果表明该肥料具有良好的缓释性能。土壤淋溶25天后,氮的释放量不超过75%。(4)以羟甲基化木质素、钠基-蒙脱土和海藻酸钙凝胶共同组建缓释模型制备缓释氮肥。该肥料具有较好的缓释性能。海藻酸钙凝胶作为尿素主要载体,其浓度高低直接决定了游离尿素“包裹”量。以2%海藻酸钠作为基质相比3%、4%的海藻酸钠对尿素有更好缓释效果。羟甲基化木质素在海藻酸钙凝胶基质中主要起到疏松结构作用,提高“包裹”游离尿素的缓释活性,改善肥料缓释性能。羟甲基化木质素占海藻酸钙凝胶的150%时,具有的缓释性能最好,其累计释放率达到19.13%,潜在释放率达到5.83%。具有片层结构的钠基-蒙脱土可以较好调节羟甲基化木质素和海藻酸钙凝胶基质二者的关系。钠基-蒙脱土构成更多的微孔隙,更加有效包裹尿素。当钠基-蒙脱土含量为羟甲基化木质素含量的1/3时,构建的三维网络结构对游离尿素的“包裹”效果最好,其肥料的缓释性能也最好。