石墨烯改性室内水培植物培养液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种培养液及其制备方法,具体的说涉及一种石墨烯改性室内水培植物培养液及其制备方法,属于无土栽培技术领域。
背景技术
室内水培植物大多是没有介质的无土栽培,在没有介质的情况下植物容易出现烂根发臭、滋生蚊虫。究其原因,营养液中大分子有机物之间不可避免的聚集,导致培养液中各种无机和有机营养成分分散性和均一性差,营养液中局部浓度存在差异,影响植物根系的健康生长。同时,室内光照不充足,容易导致缺氧,植物光合反应不完全,生长缓慢。因此,要求营养液必须分散性和均一性好,能蓄积氧气,能使植物在室内培养时不烂根、不发臭、无异味而且生长正常,并能够降低植物光合作用的阀值,使它在室内环境中也能很好地生长。
石墨烯由于其十分良好的导热、光学特性,本发明将其用于室内水培植物培养液的改性,利用石墨烯导热、光学特性,改善室内水培植物培养液的性能,以解决水培植物室内培养时生长异常的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足,提供一种石墨烯改性室内水培植物培养液及其制备方法,该石墨烯改性室内水培植物培养液,分散性和均一性好,克服了营养液中局部浓度差。同时,即便室内光照不充足时,石墨烯改性室内水培植物培养液也具有良好的导热和光学性能,改善植物光合反应,促进其生长。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
石墨烯改性室内水培植物培养液,所述石墨烯改性室内水培植物培养液由基础培养液和聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料添加剂组成,每100重量份基础培养液中含8-12重量份的聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料添加剂,所述聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料的制备方法如下:
将质量分数70-85%的磷酸倒入反应器中,加热搅拌,温度升到75-80℃时加入尿素和有机膨润土,当温度升到110-120℃时,加入纳米级石墨烯,加料完毕后继续升温至120~130℃时,搅拌反应10-20min,然后将产物在160-180℃下高温处理3-5h,冷却至室温经纳米粉碎后得聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料。
聚磷酸铵无毒无味,不产生腐蚀气体,热稳定性高,具有较多亲水基团;有机膨润土具有良好的触变性、悬浮稳定性、耐水性和化学稳定性;石墨烯具有十分良好的导热、光学特性。
本发明的技术方案以磷酸、尿素和有机膨润土为原料,以纳米级石墨烯为载体,通过原位聚合制备的聚磷酸铵-有机膨润土/纳米石墨烯复合材料,可充分发挥聚磷酸铵、有机膨润土和石墨烯之间的协同作用,复合纳米材料具有了良好的亲水性、分散性,还保留了石墨烯固有的性能。
与现有技术的纳米石墨烯相比,高比表面积的纳米石墨烯通过化学方法负载聚磷酸铵和有机膨润土后,其亲水性和分散性可以提高10倍以上。
本发明的石墨烯改性室内水培植物培养液,分散性和均一性好,克服了营养液中局部浓度差。同时,即便室内光照不充足时,由于石墨烯改性室内水培植物培养液具有良好的导热和光学性能,能极大的改善植物光合反应,促进水培植物健康生长。
优选的,所述磷酸∶尿素∶有机膨润土∶纳米级石墨烯的投料质量比为:1∶(0.7~0.8)∶(0.2~0.3)∶(0.6-0.8)。
优选的,所述基础培养液的pH为5.0-6.0,其重量份组成如下:
蒸馏水90-110份,硝酸钾12-18份,硝酸钙12-18份,磷酸二氢钾14-18份,水溶性葡聚糖4-6份,植物型复合氨基酸10-18份,复合微量元素1-2份,杀菌剂0.25-0.75份。水溶性葡聚糖作为大生物分子,在体系中起到稳定剂的作用,水培植物培养液品质稳定,加入聚磷酸铵-有机膨润土/纳米石墨烯复合材料后,其与有机膨润土的活性位点之间交联,进一步稳定石墨烯改性水培植物培养液体系。
优选的,每100重量份基础培养液中含10重量份的聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料,所述基础培养液的pH为5.5,其重量份组成如下:
蒸馏水100份,硝酸钾16份,硝酸钙16份,磷酸二氢钾16份,水溶性葡聚糖5份,植物型复合氨基酸15份,复合微量元素1.5份,杀菌剂0.5份。
优选的,所述植物型复合氨基酸由甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺和天门冬氨酸组成;
所述复合微量元素由铁、镁、硫、锰、铜和锌组成;
所述杀菌剂为ε-聚赖氨酸和/或蜂胶粉。
一种石墨烯改性室内水培植物培养液的制备方法,所述制备方法如下:
1)将质量分数70-85%的磷酸倒入反应器中,加热搅拌,温度升到75-80℃时加入尿素和有机膨润土,当温度升到110-120℃时,加入纳米级石墨烯,加料完毕后继续升温至120~130℃时,搅拌反应10-20min,然后将产物在160-180℃下高温处理3-5h,冷却至室温经纳米粉碎后得聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料;
2)将配方量的基础培养液,升温至30-35℃,预搅拌20-30min,然后加入配方量的聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料,以不低于1000rpm的转速搅拌30min以上,获得石墨烯改性室内水培植物培养液半成品;
3)步骤2)搅拌处理后的石墨烯改性室内水培植物培养液半成品超声波辅助强化处理10-20min,过滤除去杂质,获得石墨烯改性室内水培植物培养液成品。
优选的,所述磷酸∶尿素∶有机膨润土∶纳米级石墨烯的投料质量比为:1∶(0.7~0.8)∶(0.2~0.3)∶(0.6-0.8)。
优选的,所述基础培养液的pH为5.0-6.0,其重量份组成如下:
蒸馏水90-110份,硝酸钾12-18份,硝酸钙12-18份,磷酸二氢钾14-18份,水溶性葡聚糖4-6份,植物型复合氨基酸10-18份,复合微量元素1-2份,杀菌剂0.25-0.75份。
优选的,每100重量份基础培养液中含5重量份的聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料,所述基础培养液的pH为5.5,其重量份组成如下:
蒸馏水100份,硝酸钾16份,硝酸钙16份,磷酸二氢钾16份,水溶性葡聚糖5份,植物型复合氨基酸15份,复合微量元素1.5份,杀菌剂0.5份。
优选的,所述植物型复合氨基酸由甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺和天门冬氨酸组成;
所述复合微量元素由铁、镁、硫、锰、铜和锌组成;
所述杀菌剂为ε-聚赖氨酸和/或蜂胶粉。
本发明的有益效果是:本发明的石墨烯改性室内水培植物培养液,分散性和均一性好,克服了营养液中局部浓度差,植物在室内培养时不烂根、不发臭、无异味而且生长正常。同时,即便室内光照不充足时,由于石墨烯改性室内水培植物培养液具有良好的导热和光学性能,能极大的改善植物光合反应,促进水培植物健康生长。
具体实施方式
下面通过具体实施例,对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
实施例1:
石墨烯改性室内水培植物培养液,所述石墨烯改性室内水培植物培养液由基础培养液和聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料添加剂组成,每100重量份基础培养液中含8重量份的聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料添加剂;
石墨烯改性室内水培植物培养液的制备方法,所述制备方法如下:
1)将质量分数70%的磷酸倒入反应器中,加热搅拌,温度升到75℃时加入尿素和有机膨润土,当温度升到110℃时,加入纳米级石墨烯,加料完毕后继续升温至120℃时,搅拌反应20min,然后将产物在160℃下高温处理5h,冷却至室温经纳米粉碎后得聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料;
2)将配方量的基础培养液,升温至30℃,预搅拌30min,然后加入配方量的聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料,以不低于1000rpm的转速搅拌30min以上,获得石墨烯改性室内水培植物培养液半成品;
3)步骤2)搅拌处理后的石墨烯改性室内水培植物培养液半成品超声波辅助强化处理10min,过滤除去杂质,获得石墨烯改性室内水培植物培养液成品;
所述磷酸∶尿素∶有机膨润土∶纳米级石墨烯的投料质量比为:1∶0.7∶0.2)∶0.6。
所述基础培养液的pH为5.0,其重量份组成如下:
蒸馏水90份,硝酸钾12份,硝酸钙12份,磷酸二氢钾14份,水溶性葡聚糖4份,植物型复合氨基酸10份,复合微量元素1份,杀菌剂0.25份。
所述植物型复合氨基酸由甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺和天门冬氨酸等量组成;
所述复合微量元素由铁、镁、硫、锰、铜和锌等量组成;
所述杀菌剂为ε-聚赖氨酸。
实施例2:
石墨烯改性室内水培植物培养液,所述石墨烯改性室内水培植物培养液由基础培养液和聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料添加剂组成,每100重量份基础培养液中含12重量份的聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料添加剂;
石墨烯改性室内水培植物培养液的制备方法,所述制备方法如下:
1)将质量分数85%的磷酸倒入反应器中,加热搅拌,温度升到80℃时加入尿素和有机膨润土,当温度升到120℃时,加入纳米级石墨烯,加料完毕后继续升温至130℃时,搅拌反应10min,然后将产物在180℃下高温处理3h,冷却至室温经纳米粉碎后得聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料;
2)将配方量的基础培养液,升温至35℃,预搅拌20min,然后加入配方量的聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料,以不低于1000rpm的转速搅拌30min以上,获得石墨烯改性室内水培植物培养液半成品;
3)步骤2)搅拌处理后的石墨烯改性室内水培植物培养液半成品超声波辅助强化处理20min,过滤除去杂质,获得石墨烯改性室内水培植物培养液成品;
所述磷酸∶尿素∶有机膨润土∶纳米级石墨烯的投料质量比为:1∶0.8∶0.3∶0.8。
所述基础培养液的pH为6.0,其重量份组成如下:
蒸馏水110份,硝酸钾18份,硝酸钙18份,磷酸二氢钾18份,水溶性葡聚糖6份,植物型复合氨基酸18份,复合微量元素2份,杀菌剂0.75份。
所述植物型复合氨基酸由甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺和天门冬氨酸等量组成;
所述复合微量元素由铁、镁、硫、锰、铜和锌等量组成;
所述杀菌剂为蜂胶粉。
实施例3
石墨烯改性室内水培植物培养液,所述石墨烯改性室内水培植物培养液由基础培养液和聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料添加剂组成,每100重量份基础培养液中含10重量份的聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料添加剂;
石墨烯改性室内水培植物培养液的制备方法,所述制备方法如下:
1)将质量分数80%的磷酸倒入反应器中,加热搅拌,温度升到78℃时加入尿素和有机膨润土,当温度升到115℃时,加入纳米级石墨烯,加料完毕后继续升温至125℃时,搅拌反应15min,然后将产物在170℃下高温处理4h,冷却至室温经纳米粉碎后得聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料;
2)将配方量的基础培养液,升温至32℃,预搅拌25min,然后加入配方量的聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料,以不低于1000rpm的转速搅拌30min以上,获得石墨烯改性室内水培植物培养液半成品;
3)步骤2)搅拌处理后的石墨烯改性室内水培植物培养液半成品超声波辅助强化处理15min,过滤除去杂质,获得石墨烯改性室内水培植物培养液成品;
所述磷酸∶尿素∶有机膨润土∶纳米级石墨烯的投料质量比为:1∶0.75∶0.25∶0.7。
所述基础培养液的pH为5.5,其重量份组成如下:
蒸馏水100份,硝酸钾16份,硝酸钙16份,磷酸二氢钾16份,水溶性葡聚糖5份,植物型复合氨基酸15份,复合微量元素1.5份,杀菌剂0.5份。
所述植物型复合氨基酸由甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺和天门冬氨酸等量组成;
所述复合微量元素由铁、镁、硫、锰、铜和锌等量组成;
所述杀菌剂为ε-聚赖氨酸和蜂胶粉各0.25重量份。
实施例1-3制备得到的聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料的分散性评价
1沉降实验法:实施例1-3制备得到的聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料加入去离子水中,每100ml去离子水中分别加入5g、8g、12g、14g和16g待测材料样品,均以1000rpm的转速搅拌30min,然后超声波辅助强化20min,形成均匀的分散体系,然后倒入具有刻度的试管中,观察分散体系是否分层以及上层随时间的变化,观察静置24h和36h后具体数据。
测试结果表明,实施例1-3制备得到的聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料加入去离子水中具有良好的分散性,充分混合均匀后,连续静置36小时以上,沉降分层不明显,当100ml添加量达到14-16g时,存在轻微的分层,但不明显分层现象。
另外,用激光粒度分析仪测定悬浮液中的颗粒的粒度分布,其测出的平均粒径与TEM照片直接观测到的一次粒径相当,同样证明实施例1-3制备得到的聚磷酸铵-有机膨润土/石墨烯复合纳米材料加入去离子水中具有良好的分散性。
2.沉降实验法:实施例1-3制备得到的石墨烯改性室内水培植物培养液的分散性评价。
分别取实施例1-3的石墨烯改性室内水培植物培养液各100ml,加入到具有刻度的试管中,观察分散体系是否分层以及上层随时间的变化,观察静置24h和36h后具体数据如下:
从实验结果可以看出,实施例1-3石墨烯改性室内水培植物培养液的贮存稳定性很好。改性的石墨烯复合纳米材料的加入无疑起着至关重要的作用,纳米材料可以很好与基础培养液中的其它组分形成交联,有效的阻止了基础培养液中其它成分的局部聚集或分层。
3.水培实验
实施例1-3的石墨烯改性室内水培植物培养液和对比例的培养液用于常青藤的水培实验。
对比例培养液组成如下:所述对比例培养液的pH为5.5,其重量份组成如下:蒸馏水100份,硝酸钾16份,硝酸钙16份,磷酸二氢钾16份,水溶性葡聚糖5份,植物型复合氨基酸15份,复合微量元素1.5份,杀菌剂0.5份。所述植物型复合氨基酸由甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺和天门冬氨酸等量组成;所述复合微量元素由铁、镁、硫、锰、铜和锌等量组成;所述杀菌剂为ε-聚赖氨酸和蜂胶粉各0.25重量份。
同等条件下培养60天后观察常青藤的根系、水质和叶子的健康新鲜程度。
综上所述,本发明的石墨烯改性室内水培植物培养液,分散性和均一性好,克服了营养液中局部浓度差,植物在室内培养时不烂根、不发臭、无异味而且生长正常。同时,即便室内光照不充足时,由于石墨烯改性室内水培植物培养液具有良好的导热和光学性能,能极大的改善植物光合反应,促进水培植物健康生长。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案,并非对本发明作任何形式上的限制,在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。