山东农业大学大学生创新创业训练计划项目申请书.docx

项目编号山东崇业大名大学生创新创业训练计划项目申请书（一、创新训练项目）项目名称：磷酸尿素法合成聚磷酸镂条件的探索申请人： 李媛媛 学号：E- mail： 联系电话：所在学院：资源与环境学院专业年级： 2015 级 资环 专业 三 班指导教师：李成亮 职称 教授申报日期： 2017 年 4 月 17 日山东农业大学大学生创新创'业训练计划管理委员会填表说明 五、本项目的特点与创新之处1以磷酸和尿素法为基础，系统地研究了物料比、预聚合温度、固化温度和固化时 间对聚磷酸铉聚合度和溶解度等性质的影响。2本研究从生产聚磷酸钱水溶肥的角度出发，探索低聚合度、高水溶性和性质稳定 的聚磷酸镂的生产条件，是研究思路上的突破。六、项目研究基础1项目主持人及其他参与者所学的是农业资源与环境专业，学习了植物学，无机化学, 有机化学等相关课程，学习认真，动手能力强，所学知识扎实牢固，具有一定的钻研探索 精神，对科学实验具有很浓厚的兴趣。而且也查看了关于磷酸和尿素以及聚磷酸钱的相关资料, 有了一定的了解。积极参加多项活动，各项工作都具有较强的责任心，热爱劳动，做事认真。2指导教师具有丰富的科研工作经验。3依托土肥资源高效利用国家工程实验室这个平台，具有很好的实验条件。七、经费预算八、指导教师意见指导教师（签字）20 年月日九、学院大学生创新创业训练计划领导小组意见小组负责人（签字）小组成员（签字）学院公章学院负责人（签字）20 年月日十、学校大学生创新创业训练计划管理委员会审核意见公章部门负责人（签字）20 年月H一、本申请书由申请学生在指导教师或有关专业教师指导下独 立填写。申请书要按照要求，逐条认真填写，各项内容必须实事求是, 表达明确、严谨。一律要求用打印稿件。二、申请书为A4幅面，于左侧装订成册。一式一份，由指导教 师签署意见并经学院评审小组评审，学院审核后，报送教务处。需签 字部分由相关人员以黑色钢笔或水笔签名。三、“项目编号”由学校统一编号。四、“学院意见”由项目申请人所在学院填写，应注明研究人员、 时间、条件、政策等方面的保证措施和意见。五、如表格不够，可以加附页。一、简表二、立项依据（项目的意义、现状分析）项 目 简 介项目名称磷酸尿素法合成聚磷酸钱条件的探索项目覆盖学科或课程有机化学无机及分析化学土壤学植物营养学依托实验教学中心 或实验室土肥资源高效利用国家工程实验室申请经费元起止年月2016. 11-2017. 11项 0 申 请 人姓 名李媛媛学号性别女出生年月1997.01所学专业农业资源与环境年级班级2015级03班前一学期平均 学分绩点3. 14兴趣爱好骑行攀岩排球前学期综合 测评名次14电 话指 导 教 师姓名李成亮职称教授研究方向土壤学主要教学 工作简历时间授课名称授课对象学时授课单位2011年-至今土壤学本科生44资环学院2011年-至今土壤退化与 蛾治本科生32资环学院2011年-至今农业资源与 坏培去、山苗本科生32资环学院2011年-至今十.壤物理学研究生48资环学院主要科学研究 工作简历时间项目名称获奖情况2014.01-2017. 19表面修饰碳纳米管对全氟化合物的吸 的用制研和2011.06-2015. 19新型缓控释肥棉花施用技术规程及养 外环W如钾和存2013.01-2015. 19不同表面活性剂污染物对土壤理化性 话L美A帖林的能口向2013.01-2016. 12黏土基负我铜系催化剂川。体系氯酚 氧化降解的结构敏感性与选择性研究项 目 组主要成员人不含申请者V姓名学号性 别出生年月专业 年级所在 学院学习状况项目中的 分工签字刑云飞男1997. 022015级资 环资源 与环优秀周杰男1996. 092015级资 环资源 与环良好聚磷酸铁（Ammonium polyphosphate, APR）,又称多聚磷酸铁或缩聚磷酸镀，其分子式为 （加3"&"1 （刘树春，2001）。根据聚合度n的大小，APP可分为短链APP （n=1020）,又称水溶 性APP,长链APP（n>20）,又称水不溶性APP （张世伟等,2006）。1965年,美国孟山都公司首 先实现了聚磷酸钱的商品化，生产的是水不溶性聚磷酸镂，用作阻燃剂，日本，西欧和苏联也在 20世纪70年代开始大量生产聚磷酸钺，我国从80年代开始也研制这类产品（王连祥，2008）o 用作阻燃剂的聚磷酸铉，其聚合度越大阻燃性能越好，围绕如何得到聚合度更高的聚磷酸锈，国 内外进行了大量的研究（Watanabe et al., 2000；李茂林等,2004；胡云楚等,2006；付秋菠 等，2006）。目前，在实验室内合成的聚磷酸锈其聚合度可以超过100（）,甚至达到2000-300（）（黄 千钧，2013）o从聚磷酸筱分子的元素组成来看，同时含有氮和磷，是一种二元复合肥料。近年来，聚磷酸 钱逐渐进入复合肥和水溶肥的生产领域，在欧美等发达国家已经得到广泛的应用（王连祥，2008； 马赛等2014）。我国对肥料用聚磷酸钺的研究起步较晚，目前仍处于探索阶段，市场上销售的产 品还较少，价格昂贵且产品的性能也不稳定（兰国志等，2016）。低聚合度的聚磷酸镀，具有水 溶、缓释和螯合等作用，符合当前复合肥料高效化、液体化、缓效化和多功能化等趋势（马赛等, 2014）,以聚磷酸铉为主要成分的水溶肥是今后肥料领域发展的潜在方向。如何生产溶解度高、性能好、杂质少、聚合度低的聚磷酸铉是亟待解决的问题，也是制约聚 磷酸铉类水溶肥发展的关键因素。目前，聚磷酸铉的合成方法概括起来主要有以下几种。（1）磷 酸二氢镂法。该方法主要是加热磷酸二氢镂，随着温度和时间的增加，产物中磷酸二氢镂的含量 降低，当反应温度增加到200 时，开始有三聚磷酸铉的生成，但是没有更高聚合度的产物（鲁 厚芳等，1997）。该方法成本低，但是产品的纯度不够高，仍有磷酸二铁大量残余，且产品的聚 合度偏低。（2）磷酸尿索法。将尿索溶解在磷酸溶液中，再将混合溶液加热，经过预聚合，发泡, 固化等过程，最终得到白色固体。该方法受原料的物料比、预聚合温度、固化时间等的影响，不 同研究选择的合成条件不同，得到产品的聚合度和性质存在较大差异。以磷酸与尿素的比例为 1:1.8,反应温度220 C,反应时间3 h,得到的产品的聚合度为17（）（李茂林等2004）；以磷酸 与尿素的比例为1:1.7,预聚合温度180 °C,固化温度240 ,固化时间160 min,得到产品的 平均聚合度为34 （张长水等2008）；以磷酸与尿素的比例为1:2.0,反应温度130 °C,反应时间 14-16 min,得到产品的平均聚合度为9 （胡炳成等2001）。该方法的优点是，原料易得，方法较 为简单，条件易于控制，缺点是产品是受很多条件的影响，产品性质多变。（3）磷酸服法（刘够 生等2012）。以磷酸胭为原料，先加热到160-260 ,稳定5-30min,之后升温到200-280 , 并在持续通入氨气的条件下聚合，最后经固化、冷却和粉碎得到成品。该方法实际上是磷酸尿素 法的延伸，特点是通入外源氨气，也增加了控制的难度。（4）磷酸二氢铉-尿素法。以磷酸二氢 钱和尿素为原料，经过高温（般在200 以上）反应，得到聚磷酸钱，有时在反应过程中还需 要通入氨气。这个方法主要用来生产高聚合度的聚磷酸镀，缺点是尿素分解产生大量氨气和二氧 化碳，容易造成溢料，腐蚀设备（张悦和李洋，2014）。（5）磷酸氨化法。该法的基本原理是， 将浓磷酸或聚磷酸加热到较高温度，通入氨气，经过氨化、脱水等得到聚磷酸钱。在欧美这种方 法用来生产液体聚磷酸铉肥料，如美国在20世纪70年代，将湿法磷酸氨化，生产出了品级为 10-34-0的聚磷酸锈液体肥料，欧洲先将湿法磷酸去除杂质，再经氨化得中性聚磷酸钱，并配制 出了品级分别为10-34-0和11-37-0的液体肥料（张悦和李洋，2014）。这种方法在我国还没有 推广开来，主要原因是我国生产的湿法磷酸杂质较多，在浓缩或氨化过程中容易沉淀或结垢，不 利于聚合。但生产聚合度不高的聚磷酸镀液体肥料，或许可以尝试。（6）磷酸铉-五氧化二磷聚 合法。该法以磷酸氢二钱、磷酸二氢镂和五氧化二磷在氨气下加热缩合，五氧化二磷是缩合剂。 得到的聚磷酸钺一般就有很高的聚合度，不适于生产肥料用的产品。以上介绍到的几种方法，其研究背景大多是生产富聚合度的聚磷酸钱，用作阻燃剂，基本不 适合用来生产聚合度较低，水溶性较高的聚磷酸钺液体肥料。但是尿素磷酸法和磷酸氨化法除外, 根据已用的研究，磷酸尿素法得到的聚磷酸镂普遍聚合度偏低，溶解度较大，因此通过改变生产 条件，可得到适合要求的产品。马赛等(2014)以磷酸麻和尿素为原料制备出聚合度约为14的 聚磷酸镀，其溶解度L8 g/10() ml ILOo磷酸氨化法在欧美地区已经成功用于液体聚磷酸钺肥料 的生产，并实现了商业化。但是，磷酸氨化法需要通入氨气，目前实验室并不具备这种条件，磷 酸尿素法相而简单，条件比较容易控制。因此，本研究选择磷酸尿素法，通过控制物料比、预聚 合温度、固化温度和固化时间等条件，在实验室内探索低聚合度、高水溶性的聚磷酸钱的合成， 为进一步生产以聚磷酸钱为基础的水溶性肥料奠定一定的基础。参考文献1刘树春.聚磷酸钱的生产和应用J.磷酸盐工业,2001(3):9-14.2张世伟，李天祥，解田，等.水难溶性聚磷酸铉的合成技术研究进展J.化工中间体, 2006(5):1-3.3王连祥.新型肥料聚磷酸钱生产技术与应用初探J.化肥工业,2008, 35(4):16-17.4 Watanabe M, Watanabe M, Narita N, et al. Preparation of Ammonium Polyphosphate Form II from the System of Ammonium Orthophosphatc-UrcalJ j. Bulletin of the Chemical Society of Japan, 2000, 73(1):115-119.5李茂林，高枫，王帮贺，等.新型阻燃剂聚磷酸铁的合成J.辽宁化工,2004, 33(3):132-133.6胡云楚，吴志平，孙汉洲，等.聚磷酸铉的合成及其阻燃性能研究J.功能材料，2006. 37(3):424-427.7付秋菠，苗红波，吕莉，等.聚磷酸钺合成工艺条件研究J.无机盐工业,2006, 38(3):28-29.8黄千钧.II型长链聚磷酸镂制备与表征研究进展J.无机盐工业,2013,45(3):8-11.(91马赛，刘咏，化全县，等.水溶性聚磷酸钺的合成工艺研究J.化工矿物与加工, 2014(10):14-17.【10】兰国志，顾丽莉，明大增，等.水溶性聚磷酸钱合成技术最新研究进展J.化工科技,2016, 24.11鲁厚芳，钟本和.聚磷酸I肥料的制备研究J.磷肥与复肥，1997(4): 11/3.12张长水.叶勇，何晓霞，等.正交法优化聚磷酸钺的合成工艺研究J.应用化工，2008, 37(6):592-594【13】胡炳成，口春绪，刘祖亮，等.低聚磷酸镂的合成及其在灭火剂中的应用J.爆破器材, 2001,30(6):30-33.【14】刘够生等.华东理工大学.磷酸版路线制备结晶I型聚磷酸铉的方法：中国，1P. 2012.(151张悦，李洋.聚磷酸佞合成方法的研究进展J.磷肥与复肥,2014, 29(3).三、项目实施方案及实施计划（实施方案、实施办法、具体实施计划及可行性分析）一、试验材料浓磷酸（85%）,尿素（分析纯）；油浴锅，水浴锅，梨形冷凝管，500 ml圆底烧瓶，小漏斗，玻 璃棒，白色搪瓷盘，不锈钢铁盒等。二、试验方法（方案）1试验原理尿素加热到一定温度会分解，产生N%和CCh，NH3有两个作用，一个是直接与磷酸分子中的 -OH反应，生成P-N键，另一个作用是作为缩合剂，催化另一个磷酸分子与-NH2反应，生成N-P 键，经过反复的缩合反应，最终得到聚合度较高的产品。整个反应分为三个阶段。第一阶段是将固体尿素溶解到7（） °C的浓磷酸中；第二阶段是混合反应 液预聚合，在油浴锅中进行；第三阶段是预聚合反应产物的发泡、固化，在烘箱中进行。2试验方案分别控制磷酸尿素的物料比、预聚合温度、固化温度、与固化时间与4个变量，设计了完全实 施方案，见表1.表1聚磷酸镂合成试验方案处理号n（««?）： n（尿率）预聚合温度 （）固化温度（）固化时间（h）11.2130140121.2130140231.2130160141.2130160251.2130180161.2130180271.2130200181.2130200291.21401401101.21401402111.21401601121.21401602131.21401801141.21401802151.21402001161.21402002171.21501401181.21501402191.21501601201.21501602211.21501801221.21501802231.21502001241.21502002251.21601401261.21601402271.21601601281.21601602291.21601801301.21601802311.21602001321.21602(X)2331.41301401341.41301402351.41301601361.41301602371.41301801381.41301802391.41302001401.41302002411.41401401421.41401402431.41401601441.41401602451.4140180I461.41401802471.41402001481.41402002491.41501401501.41501402511.41501601521.41501602531.41501801541.41501802551.41502001561.41502002571.41601401581.41601402591.41601601601.41601602611.41601801621.41601802631.41602001641.41602002651.61301401661.61301402671.61301601681.61301602691.6130180I701.61301802711.61302(K)1721.61302002731.61401401741.61401402751.61401601761.61401602771.61401801781.61401802791.61402(X)1801.61402002811.61501401821.61501402831.61501601841.61501602851.61501801861.61501802871.61502001881.61502(X)2891.61601401901.61601402911.61601601921.61601602931.61601801941.61601802951.61602001961.61602002971.81301401981.81301402991.81301601l(X)1.813016021011.813018011021.813018021031.813020011041.81302(X)21051.814014011061.814014021071.814016011081.814016021091.814018011101.814018021111.814020011121.814020021131.815014011141.815014021151.815016011161.815016021171.815018011181.815018021191.815020011201.815020021211.816014011221.816014021231.816016011241.816016021251.816018011261.816018021271.816020011281.816020023测定指标及方法聚磷酸钺的溶解度一一平衡法溶液pH酸度计法尿素含量一一对二甲氨基苯甲醛比色法聚合度一一端基滴定法N蒸馆后滴定法(GB/T 8572-2010)P2Q5含量磷铜喳咻重量法(HG/T 2770-2008)四、预期成果1得到合成较低聚合度和较高水溶性聚磷酸钱的最优实验条件。2得到聚磷酸铉产品的一般技术参数，包括溶解度，聚合度，pH以及养分含量。