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Die
Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Körnern aus
phosphordotiertem aktiviertem Aluminiumoxid, die Körner selbst
und die Verwendung der Körner
als ein Wachstumsregulator, vornehmlich als Puffer für geringen
Phosphorgehalt in Topfpflanzen. Hier und im Folgenden bezeichnet „Phosphor" immer fünfwertigen
anorganischen Phosphor (Pv), z.B. Phosphat.
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Chemische
Wachstumsregulation wird in herkömmlichen
Herstellungssystemen für
den Gartenbau weit verbreitet verwendet, um blühende Topfpflanzen, z.B. mit
der gewünschten
Höhe und
Form, herzustellen. Die meisten als Topfpflanzen hergestellten Arten
erfordern Wachstumsregulation, um ein verkaufbares Produkt zu werden.
Einschränkungen
gegen die Verwendung von chemischen Wachstumsregulatoren bereiteten aus
Umweltschutzbelangen die Dringlichkeit, alternative Wege zur Wachstumsregulation
von Pflanzen zu finden.
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Ein
Verfahren zum Düngen
von Pflanzen mit Phosphor beladenem Aluminiumoxid, wobei der Phosphor
langsam desorbiert und für
die Pflanzenaufnahme verfügbar
gemacht wird, ist in der US-A-5 693 119 offenbart. Die Phosphorquelle
ist ein säurebehandeltes
aktiviertes Aluminiumoxid, das nach einem 3 Tage langen Kontaktieren
eines aktivierten Aluminiumoxids mit einer wässrigen Lösung von Kaliumdihydrogenphosphat
und nach 2-tägigem
Trocknen bei relativ geringer Temperatur erhalten wird. Dieses Verfahren
wurde für die
Herstellung in großem
Ausmaß als
zu mühsam
erachtet. Auf der anderen Seite wurde festgestellt, dass das Trocknen
zu einiger Verringerung der Aktivität führt. Darüber hinaus führt die
Behandlung mit (Chlorwasserstoff-)Säure zu einem erheblichen Chloridgehalt
des resultierenden P-Puffers, der unerwünscht ist, da viele Pflanzenarten
chloridempfindlich sind.
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Um
Phosphorpuffer für
eine hinlängliche
Wachstumsregulation erfolgreich nutzen zu können, ist eine genaue Steuerung
der Phosphordesorption enorm wichtig. Pflanzen müssen für eine hinlängliche Wachstumsregulation
unter moderatem und gesteuertem Phosphormangel gezüchtet werden,
und irgendein Verlust an Pufferaktivität kann zu unerwünscht geringen
Phosphorkonzentrationen in den Wachstumsmedien führen und kann schädlichen
Phosphornährstoffmangel
verursachen.
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Phosphordotiertes
Aluminiumoxid, das gemäß der US-A-5 693 119 hergestellt
wurde, desorbiert den Phosphor nicht in einer solchen präzise steuerbaren
Weise, die für
einen gesteuerten Phosphormangel und zur optimalen Wachstumsregulation
nötig wäre. Es ist
auch gefunden worden, dass dieses dotierte Aluminiumoxid eine große Menge
von Feuchtigkeit enthält
(wie bei 300 °C
bestimmt), gewöhnlich
mehr als 10 %.
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Eine
erfindungsgemäße Aufgabe
ist daher die Herstellung eines phosphordotierten aktivierten Aluminiumoxids,
das nicht die im Stand der Technik bekannten Nachteile mit sich
bringt. Eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe ist die Bereitstellung
eines verbesserten und umweltfreundlichen Wachstumsregulators, insbesondere
eines schwachen P-Puffers für
Topfpflanzen.
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Es
ist gefunden worden, dass phosphordotiertes aktiviertes Aluminiumoxid,
das gemäß der Vorgehensweise
von Anspruch 1 hergestellt wurde, überraschenderweise hervorragende
Eigenschaften als Wachstumsregulator zeigte, vornehmlich als ein
schwacher P-Puffer für
Topfpflanzen.
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Gemäß Anspruch
1 umfasst das Verfahren die Schritte:
- a) Kompaktierung
einer Mischung von Aluminiumhydroxid und einer Phosphorquelle,
- b) Größenverringerung
des kompaktierten Materials und
- c) Aktivierung des größenverringerten
Materials bei einer Temperatur von mindestens 300 °C, vorzugsweise
350 °C bis
600 °C und
gegebenenfalls
- d) Klassierung der in den Schritten a) bis c) erhaltenen Körner.
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Hier
und im Folgenden umfasst der Begriff „Aluminiumhydroxid" sowohl Al(OH)3 als auch AlOOH. Die als Anfangsmaterial
für das
erfindungsgemäße Verfahren
geeigneten Aluminiumhydroxide sind gewöhnlich käuflich erhältliche Aluminiumhydroxide,
die aus dem Bayer-Verfahren erhalten werden, wie beispielsweise
die Aluminiumhydroxide des MARTINAL®-Typs
des Alusuisse Martinswerkes, Bergheim, Deutschland.
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Ein
Pseudoboehmit der Formel AlOOH oder Mischungen desselben mit Aluminiumhydroxid
können, obwohl
nicht bevorzugt, auch als Anfangsmaterial verwendet werden.
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Die
Korngröße eines
geeigneten Bayer-Aluminiumhydroxids ist im Regelfall so, dass 95
Gew.-% des Materials einen Kornduchmesser von 200 μm nicht überschreiten.
Der d50-Wert bewegt sich vorzugsweise zwischen
30 μm und
150 μm.
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Die
spezifische Oberfläche
(nach BET) des Anfangsmaterials ist nicht kritisch, beträgt aber
im Regelfall gewöhnlich
5 m2/g oder weniger.
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Der
Na2Ogesamt-Gehalt
wird zweckmäßigerweise,
bezogen auf Al2O3,
geringer als 0,5 Gew.-% gewählt.
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Um
ein zufriedenstellendes Kompaktierverfahren zu gewährleisten,
wird der Feuchtigkeitsgehalt, in Abhängigkeit von der Korngröße, vorzugsweise
unter 2,0 % gehalten.
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Die
Phosphorquelle ist zweckmäßigerweise
aus Phosphorsäure,
Salzen, die aus der Phosphorsäure abgeleitet
sind, oder Mischungen derselben ausgewählt. Alternativ können auch
Mineralphosphate (d.h. natürlich
vorkommende Phosphate) oder aus Mineralphosphaten abgeleitete Salze,
wie Calciumphosphate oder Ammoniumphosphate, verwendet werden.
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Geeignete
aus Phosphorsäure
abgeleitete Salze können
z.B. aus Phosphaten, Monohydrogenphosphaten oder Dihydrogenphosphaten
des Kaliums, Magnesiums und/oder Calciums, die mit Mikronährstoffen, wie
beispielsweise Zink, Eisen und Kupfer, ergänzt werden können, ausgewählt sein.
Zweckmäßigerweise werden
Mischungen von Phosphorsäure
und einem Phosphat, Monohydrogen phosphat oder Dihydrogenphosphat
des Kaliums, Magnesiums und/oder Calciums und gegebenenfalls Zink,
Eisen oder Kupfer angewendet.
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Im
Regelfall fungiert die Phosphorsäure
auch als eine bevorzugte Quelle zum Einstellen des pH. Eine pH-Einstellung
kann jedoch auch mit anderen Mineralsäuren, wie Salzsäure oder
Schwefelsäure,
erreicht werden, obwohl dies wegen der Zersetzung und der Bildung
von giftigen Gasen während
der Aktivierungsbehandlung oder des resultierenden Chloridgehalts
nicht bevorzugt ist.
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Die
erwähnten
Kationen spielen auch als Nährstoffelemente
eine wichtige Rolle. Sie können
nicht nur in Form des jeweiligen Phosphatsalzes, sondern auch (zusätzlich)
in Form von anderen gewöhnlichen
Salzen, wie beispielsweise Sulfaten oder Nitraten, bereitgestellt
werden.
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In
der Mischung, die Phosphorsäure
und aus Phosphorsäure
abgeleitetes/abgeleitete Salz/Salze enthält, beträgt das Verhältnis von Phosphorsäure zu dem/den
aus Phosphorsäure
abgeleiteten Salz/Salzen vorzugsweise 1 : 0,3 bis 1 : 20. Es ist
jedoch auch eine Beladung mit 100 % Phosphorsäure oder 100 aus Phosphorsäure abgeleitetem
Salz möglich.
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Besonders
gute Ergebnisse sind mit Mischungen von Phosphorsäure und
Kaliumdihydrogenphosphat erhalten worden, wobei die Mischungen vorzugsweise
einen Phosphorsäuregehalt
von 5 Gew.-% bis 15 Gew.-% und einen Kaliumdihydrogenphosphatgehalt
von 85 Gew.-% bis 95 Gew.-% aufweisen, berechnet aus der zu kompaktierenden
Mischung.
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Um
das Mischen zu erleichtern, ist die Phosphorquelle vorzugsweise
ein Material, das einen Korndurchmesser im 50 %-Bereich (d50) von 1 μm
bis 100 μm
aufweist.
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Der
Gehalt der Phosphorquelle (berechnet als PO4 3–)
in der zu kompaktierenden Mischung liegt zweckmäßigerweise im Bereich von 1
Gew.-% bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 5 Gew.-% bis 16 Gew.-%.
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Vor
dem Kompaktieren wird die Mischung von Aluminiumhydroxid und der
Phosphorquelle im Regelfall in einem geeigneten Vermischungsgerät homogenisiert.
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Solche
Geräte
sind dem Fachmann bekannt. Gewöhnliche
Geräte,
die entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich betrieben werden
können,
sind von verschiedenen Herstellern, z.B. Bepex Hosokawa (Nauta-Vermischer),
von Lödige
oder von Eirich, erhältlich.
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Das
Kompaktieren wird praktischerweise mit Geräten und nach den dem Fachmann
bekannten Verfahren durchgeführt.
Das Kompaktieren von Aluminiumhydroxid wird beispielsweise in der
DE-C-25 14 758 veranschaulicht.
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Gewöhnlich wird
das vermischte und homogenisierte Material einer Schneckenförderungseinheit
zugeführt,
die die Aufgabe hat, das vorverdichtete Material dem Kompaktierer
stetig zuzuführen.
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Eine
bevorzugte Kompaktiereinheit kann durch zwei gegeneinander rotierende
Walzen gekennzeichnet sein, eine befestigte und eine bewegliche,
die einen engen Spalt (Lücke)
von veränderbarer
Breite, z.B. von 2 cm oder weniger, bilden. Die bewegliche Walze
sollte fähig
sein, das Ausgangsmaterial zwischen den Walzen einer Kompaktierkraft
von 50 kN bis 200 kN pro cm Spaltlänge auszusetzen.
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Das
Ergebnis der Kompaktierbehandlung ist im Regelfall eine Tafel oder
ein Streifen mit einer Dicke von z.B. 0,4 cm bis 0,6 cm.
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Die
Größenverringerung
umfasst gewöhnlich
eine Reihe von Schritten. Das kompaktierte Material wird zuerst
im Regelfall in einer geeigneten Zerkleinerungseinheit grob zerkleinert.
Eine weitere starke Größenverringerung
kann dann beispielsweise in einem Hammerbrecher erreicht werden,
dabei kommt die Korngröße in Abhängigkeit
von dem Auslasssieb auf einen Korndurchmesser von z.B. 4 mm herunter.
Die Vorklassierung und das Sieben können dann z.B. in einer Größensiebeinheit
vervoll ständigt
werden, wobei schließlich
ein kornartiges Material erhalten wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
haben mindestens 95 Gew.-% der Teilchen nach diesen Größenverringerungsschritten
eine Teilchengröße von 0,1
mm bis 1,5 mm liegen, wobei die am meisten bevorzugten Durchmesser
z.B. 0,5 mm bis 1,5 mm sind.
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Die
anscheinende Dichte (wie mit einem Hg-Porosimeter bei geringem Druck
bestimmt) der erhaltenen Körner
liegt im Allgemeinen im Bereich zwischen 2,2 und 2,4 g/cm3.
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Alle
diese Mittel zur Größenverringerung
und Klassierung sind dem Fachmann gut bekannt.
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Die
Aktivierung der kompaktierten Körner
findet in einem geeigneten Brennofen oder Ofen statt. Gute Ergebnisse
sind in einem indirekt beheizten Drehbrennofen (ohne Auskleidung)
erzielt worden, in dem die Körner
bei einer Temperatur von 350 °C
bis 800 °C,
vorzugsweise 350 °C
bis 600 °C,
behandelt wurden. Die bevorzugte Temperatur am Mantel des Brennofens
ist mit 650 °C
bis 750 °C
bestimmt worden.
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Die
aktivierten phosphordotierten Aluminiumoxidkörner können schließlich bezüglich der Größenverteilung
der Körner
weiter behandelt werden.
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Im
Regelfall weisen 90 Gew.-% der aktivierten phosphordotierten Aluminiumoxidkörner einen
Korndurchmesser von weniger als 1,25 mm auf.
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Die
durchschnittliche Teilchengröße im 50
%-Bereich (d50) des aktivierten Materials
ist vorzugsweise im Bereich von 0,5 mm bis 1,0 mm.
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Die
Schüttdichte
des aktivierten Materials beträgt
zweckmäßigerweise
zwischen 650 g/l und 950 g/l, wobei die pyknometrische Dichte bei
etwa 3,1 bis 3,2 g/cm3 liegt.
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Die
Qualität
der Aktivierung kann über
die spezifische Oberfläche
(gemessen nach BET) und den Glühverlust
(LOI) des aktivierten Materials gesteuert werden. Die Oberfläche des
aktivierten Materials sollte zweckmäßigerweise im Bereich von 120
m2/g bis 380 m2/g,
vorzugsweise im Bereich von 250 m2/g bis
320 m2/g liegen. Der Glühverlust des aktivierten Materials
liegt vorzugsweise zwischen 1 % und 15 %, am meisten bevorzugt zwischen
4 % und 10 %.
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Die
aktivierten phosphordotierten Aluminiumoxidkörner, die mit dem erfindungsgemäßen vorliegenden Verfahren
hergestellt wurden, weisen vorzugsweise einen Phosphorgehalt zwischen
50 g PO4 3–/kg
und 150 g PO4 3–/kg
(5 bis 15 Gew.-%) auf.
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Die
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten gekörnten
phosphordotierten Aluminiumoxide sind daher zur Bereitstellung wässriger
Lösungen
geeignet, z.B. der wässrigen
Phase in Wachstumsmedien von Gartenbaupflanzen, mit Phosphor in
einem breiten Konzentrationsbereich und sind daher als Wachstumsregulatoren
gut geeignet.
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In
Abhängigkeit
der verwendeten Phosphorquelle können
die Wachstumsmedien ferner mit dem jeweiligen Kation der Phosphorquelle,
z.B. mit Kalium, Magnesium und/oder Calcium als auch Zink, Eisen
oder Kupfer, versehen werden, Elemente, die auch eine wichtige Rolle
als Nährstoff-
oder Mikronährstoffelemente spielen.
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Die
Desorption von Phosphor und gegebenenfalls anderen Nährstoffelementen
aus dem aktivierten Aluminiumoxid hängt sowohl von der Konzentration
des Phosphors und der anderen Nährstoffelemente
in den aktivierten phosphordotierten Aluminiumoxidkörnern als
auch vom pH-Wert der Pufferlösung
ab. Es ist gefunden worden, dass die erfindungsgemäßen phosphordotierten
Aluminiumoxidkörner
tatsächlich
Puffereigenschaften aufweisen, d.h. sie versorgen nicht nur die
Medien durch Desorption mit Phosphor, sondern können auch überschüssigen Phosphor aus den Medien
absorbieren.
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Es
ist gefunden worden, dass in Abhängigkeit
des angewendeten Puffersystems eine vorhersagbare Desorption von
Phosphor erreicht werden kann, was zu einer Phosphorkonzentration
in der flüssigen
Phase im Bereich von etwa 5 bis 5000 μM führt. Insbesondere sobald eine
Verwendung als schwacher P-Puffer in Topfpflanzen vorliegt, können geringe
und gesteuert Phosphorkonzentrationen, gewöhnlich im Bereich von 5 bis
100 μM,
vorzugsweise von 10 bis 50 μM, überraschenderweise über den
gesamten Herstellungszeitraum der jeweiligen Topfpflanze bereitgestellt
werden.
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Diese
geringen Phosphorkonzentrationen, die mindestens etwa 20 mal geringer
sind als die Standardkonzentrationen in Nährstofflösungen, zeigten eine stark
wachstumsverzögernde
Wirkung, ohne die Pflanzenqualität
zu vermindern.
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Die
erfindungsgemäßen gekörnten phosphordotierten
aktivierten Aluminiumoxide können
auch durch einen Phosphorgehalt (berechnet als PO4 3–)
von 1 bis 20 Gew.-%, eine spezifische Oberfläche (nach BET) von 120 bis
380 m2/g, einen Feuchtigkeitsgehalt (bestimmt
bei 300 °C)
von weniger als 5 %, vorzugsweise weniger als 1,5 %, und einen Glühverlust
(bestimmt bei 1200 °C)
von 1 % bis 15 %, vorzugsweise 4 % bis 10 % gekennzeichnet werden.
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Vorzugsweise
weisen sie eine durchschnittliche Teilchengröße im 50 %-Bereich (d50) von 0, 5 mm bis 1,0 mm auf. Die erfindungsgemäßen aktivierten
phosphordotierten Aluminiumoxidkörner
zeigen ein großes Potential,
chemische Wachstumsregulation bei etlichen Pflanzenarten zu vermindern
oder sogar zu ersetzen. Bis jetzt ist gefunden worden, dass das
Verfahren für
in großem
Maßstab
hergestellte Erntepflanzen oder blühende Topfpflanzen, wie beispielsweise
Astern (Aster novi-belgii), Gänseblümchenmargariten
(Argeranthemum frutescens), Weihnachtssterne (Poinsettia pulcherrima),
Miniaturrosen (Rosahybrid), Alpenveilchen (Exacum affine) und Chrysanthemen
(Dendranthema grandiflorum-hybrid), die einen erheblichen Bedarf
an Wachstumsregulation haben, geeignet sind. Diese Spezies repräsentieren
eine große
Vielfalt, sowohl hinsichtlich des Typs der traditionell durch die
Industrie verwendeten chemischen Wachstumsregulatoren als auch der Anzahl
der Anwendungen (Menge), die für
eine ausreichende Wachstumsregulation erforder lich sind. Alle Spezien
haben eine starke und ähnliche
Reaktion auf die geringe Phosphorverfügbarkeit gezeigt.
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Neben
den wachstumsregulierenden Eigenschaften, die auf deren Phosphorpufferaktivität beruhen, zeigen
die erfindungsgemäßen aktivierten
phosphordotierten Aluminiumoxidkörner
verschiedene weitere vorteilhafte Merkmale.
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Es
ist gefunden worden, dass sie auch pH-puffernde Eigenschaften zeigen
und daher als pH-Puffer in Wachstumsmedien von Pflanzen, vorzugsweise
Topfpflanzen, verwendet werden können.
Dies ist von besonderer Wichtigkeit für Wachstumsmedien, die auf
Materialien basieren, die eine geringe Pufferkapazität aufweisen.
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Darüber hinaus
ist gefunden worden, dass sie auch im Stande sind, von Phosphor
verschiedene Nährstoffe
(z.B. Kalium) in einer vorhersehbaren und steuerbaren Weise zu desorbieren,
und daher als Kaliumpuffer dienen können. Dies ist besonders überraschend,
da gefunden wurde, dass das durch bekannte Verfahren hergestellte
phosphordotierte Aluminiumoxid (US-A-5 693 119) eine nur sehr geringe
Kaliumdesorption zeigt.
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Ein
weiteres überraschendes
Merkmal ist deren Fähigkeit,
auf Torf basierende Wachstumsmedien zu verbessern, die – in Abhängigkeit
von der Herkunft und Qualität
des Torfs – wegen
eines Gehalts von bestimmten löslichen
organischen Verbindungen oft wachstums- und/oder keimhemmende Eigenschaften
zeigen. Es ist gefunden worden, dass die Keim- und/oder Wachstumsraten
verschiedener Pflanzenspezies auf Torf von schlechter Qualität durch
Zugabe von erfindungsgemäß aktiviertem
phoshordotiertem Aluminiumoxid erheblich verbessert werden kann.
Gute Ergebnisse sind z.B. mit Buchweizen (Fagopyrum exculentum Moench.), Kresse
(Lepidium sativum L), Chinakohl (Brassica rapa L. ssp. pekinensis
Lour.), Kopfsalat (Lactuca sativa L.) und Tomaten (Lycopersicon
esculentum Mill.) erhalten worden. Dieses Produkt kann daher als
ein Verbesserungsmittel für
auf Torf basierende Wachstumsmedien für Pflanzen verwendet werden.
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Noch
eine weitere vorteilhafte Eigenschaft des erfindungsgemäßen aktivierten
phosphordotierten Aluminiumoxids ist seine Fähigkeit, verschiedene Mikronährstoffe
(z.B. Mn, Fe, Cu, Zn, Mo) zu liefern und deren Konzentration in
den Wachstumsmedien von Pflanzen, vorzugsweise Topfpflanzen, durch
Desorption oder Absorption zu steuern. Es ist beispielsweise gefunden
worden, dass es im Stande ist, den Eisengehalt unter die toxischen
Konzentrationen, auf die man manchmal bei der Zucht von Eisenempfindlichen
Spezies, wie beispielsweise Pentas lanceolata, trifft, durch Adsorption
von Eisen aus den Wachstumsmedien zu vermindern.
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Die
folgenden nicht-einschränkenden
Beispiele veranschaulichen verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsformen.
Die physikalischen und chemischen Charakteristika des Produkts wurden
nach Standardverfahren, zum Beispiel ISO 803 (Feuchtigkeitsgehalt,
bestimmt bei 300 °C)
und ISO 806 (Glühverlust,
bestimmt bei 1200 °C)
gemessen.
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Beispiele
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1. Herstellung eines phosphordotierten
Aluminiumoxids
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1.1 Diskontinuierliche Herstellung
eines mittelstarken P-Puffers
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Trockenes
Aluminiumtrihydroxid (Al(OH)3, 1500 kg)
mit der folgenden Spezifikation:
- Feuchtigkeit: 0,45 Gew.-%
- Na2O-Gehalt: 0,29 Gew.-% (bezogen auf
Al2O3)
- Glühverlust
(LOI): 34,9 Gew.-%
- Schüttdichte:
1120 g/l
- Korngrößenverteilung:
- > 150 μm: 16,8 Gew.-%
- > 106 μm: 55,6 Gew.-%
- > 75 μm: 75,6 Gew.-%
- < 45 μm: 12,4 Gew.-%
wurde
diskontinuierlich 30 Minuten lang mit 25,7 kg Orthophosphorsäure (85
Gew.-%, technische Qualität)
und 135 kg Monokaliumdihydrogenphosphat (KH2PO4, technische Qualität, durchschnittliche Korngröße d50 = 50 μm)
unter Verwendung eines Nauta-Mischers vermischt und homogenisiert.
Dieses Material wurde vor Verwendung in einem Silo gelagert. Dann
wurde ein konstanter Einsatzmaterialstrom von 1200 kg/h in einer Schnekkenförderereinheit
vorverdichtet und anschließend
zwischen zwei rotierenden Walzen verdichtet, die einen eine Länge von
15 cm aufweisende Lücke
(Spalt) bilden. Der Walzendurchmesser betrug 52 cm. Die Walzen wurden
durch hydraulische Mittel zusammengepresst, wobei der gemessene
(hydraulische) Druck 200 bar betrug, was einer Kompaktierkraft von
ca. 108 kN/cm in dem Spalt entsprach. Der/Die sich ergebende kompaktierte
Streifen/Tafel hatte eine Dicke im Bereich zwischen 4 bis 6 mm (entsprechend
der Spaltbreite). Im nächsten
Schritt wurde die kompaktierte Aluminiumtrihydroxidtafel unter Verwendung
eines Einzelwalzenbrechers ("fissator") gebrochen. Körner, feiner
als 1 mm, wurden durch Sieben aus dem Verfahren abgetrennt. Weiteres
starkes Zerkleinern wurde in einem Hammerbrecher mit einer Auslasssiebgröße von 4
mm verwirklicht. Die Vorklassierung und das Sieben wurden mit einem
Größensieb
(untere Größe: < 0,71 mm; obere
Größe : > 1,12 mm) durchgeführt. Die
gewünschte
Fraktion ("go"-fraction) wurde
in einem Silo gelagert. Eine konstante Produktzufuhr (1100 kg/h)
wurde in einem indirekt beheizten Drehrohrofen (nicht ausgekleideter
Stahlmantel, Gesamtlänge
ca. 9 m, Länge
der geheizten Zone 7,2 m, Durchmesser 90 cm, Neigungswinkel 1°), der sich
mit annähernd
2 UpM dreht, aktiviert, wobei die Körner bei einer Manteltemperatur
von 750 °C
etwa 1 Stunde lang behandelt wurden. Nach der Aktivierung wurde
das Produkt gesiebt, um eine 0,315 bis 1,25 mm Teilchengröße aufweisende
Fraktion zu erhalten.
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Das
Endprodukt hat die folgenden Charakteristika:
- Spezifische
Oberfläche
(BET): 265 m2/g
- Glühverlust:
5,4 Gew.-%
- Na2OGESAMT:
0,21 Gew.-% (bezogen auf Al2O3)
- Feuchtigkeit (bei 300 °C):
0,65 Gew.-%
- Schüttdichte:
765 g/l
- Pyknometrische Dichte: 3,14 g/cm3
- Korngrößenverteilung:
- > 1,00 mm: 8,0
Gew.-%
- > 0,50 mm: 82,7
Gew.-%
- > 0,315 mm: 98,7
Gew.-%
- PO4 3–Gehalt
: 9,6 Gew.-%
- K2O-Gehalt: 3,9 Gew.-%
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1.2 Kontinuierliche Herstellung
von schwachen bis mittelstarken Phosphorpuffern
-
1350
kg/h eines getrockneten Aluminiumtrihydroxids (Al(OH)3)
mit der folgenden Spezifikation:
- Feuchtigkeit: 0,2 Gew.-%
- Na2O-Gehalt : 0,33 Gew.-% (bezogen auf
Al2O3)
- Glühverlust
(LOI): 34,7 Gew.-%
- Schüttdichte:
1200 g/l
- Korngrößenverteilung:
- > 200 μm: 1,6 Gew.-%
- > 150 μm: 11,9 Gew.-%
- > 75 μm: 82,4 Gew.-%
- < 45 μm: 3,1 Gew.-%
wurden
kontinuierlich mit Orthophosphorsäure (85 Gew.-%, technische
Qualität)
mit einer Zufuhrrate F1 und Monokaliumdihydrogenphosphat (KH2PO4, technische
Qualität,
durchschnittliche Korngröße d50 = 25 μm)
mit einer Zufuhrrate F2 unter Verwendung eines Nauta-Mischers vermischt
und homogenisiert. Dieses Einsatzmaterial wurde in einer Vorkompressionsschraubenförderereinheit
vorverdichtet. Der Energieverbrauch des Schraubenförderers
wurde gesteuert, um eine konstante Zufuhrrate zu dem anschließend arbeitenden
Walzenkompaktierer sicherzustellen. Dann wurde die Mischung zwischen
zwei entgegengesetzt rotierenden Walzen, die einen Spalt bilden
(vgl. vorhergehendes Beispiel) kompaktiert. Der gemessene hydraulische
Druck betrug 195 bar, was einer Kompaktierkraft von ca. 105 kN/cm
entsprach. Der/Die sich ergebende kompaktierte Streifen/Tafel hatte
eine Dicke im Bereich zwischen 4 mm und 6 mm. Im nächsten Schritt
wurde die kompaktierte Aluminiumtrihydroxidtafel unter Verwendung
eines Einzelrollenbrechers ("fissator") zerkleinert. Körner, feiner
als 1 mm, wurden aus dem Verfahren durch Sieben abgetrennt. Weiteres
starkes Zerkleinern wurde in einem Hammerbrecher mit einer Auslasssiebgröße von 4
mm erzielt. Die Vorklassierung und das Sieben wurden mit einem Größensieb
durchgeführt
(untere Größe: < 0,71 mm; obere
Größe: > 1,25 mm). Die gewünschte Fraktion
wurde in einem Silo gelagert. Ein konstanter Produktstrom (1000
kg/h) wurde in einem indirekt beheizten Drehbrennofen (Einzelheiten
siehe oben) aktiviert, wobei die Körner bei einer Manteltemperatur
von 730 °C
behandelt wurden. Nach der Aktivierung wurde das Produkts gesiebt,
um eine Teilchengröße zwischen 0,315
mm und 1,25 mm zu erhalten. Die Endprodukte hatten folgende in der
folgenden Tabelle aufgelistete Charakteristika:
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2. Desorption und Pflanzentests
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Die
Desorption von Phosphor aus den 6 Beispielen 1.2.1 bis 1.2.6 wurde
unter Verwendung von Poinsettia als Modellpflanze getestet. Das
folgende Standardwachstumsverfahren für Poinsettia wurde befolgt,
außer
dass der Phosphor mit dem phosphordotierten aktivierten Aluminiumoxid
bereitgestellt wurde.
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Züchtung
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Ableger
wurden in Torf bei einer hohen Phosphorkonzentration (annähernd 500 μM P) bei
einem gewöhnlichen
Arbeitsgang im Gewächshaus
gezüchtet.
Nach der Züchtung
wurden die Wurzeln von Torf freigespült, sie wurden in einem P-freien
Torf gezüchtet
und in einen P-freien Torf verpflanzt, der mit 2 Gew.-% phosphordotiertem
aktiviertem Aluminiumoxid gemischt war.
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Behandlungen
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Die
Wachstumsmedien wurden mit 2 Gew.-% einer Probe des phosphordotierten
aktivierten Aluminiumoxids der Beispiele 1.2.1 bis 1.2.6 gemischt.
Erdlösungsproben
wurden nach jeder Bewässerung
genommen und die Proben wurden auf für die Pflanzen verfügbaren Phosphor
einmal pro Woche analysiert. Die Behandlungen starteten Mitte Oktober
und die Pflanzen wurden bis in den frühen Januar des folgenden Jahres vegetativ
wachsen gelassen, bis sie geerntet wurden.
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Wiederholungen und Statistiken
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Das
Experiment wurde wie ein statistischer Block-Plan mit zwei Wiederholungen
pro Behandlung gestaltet.
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Temperatur
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20 °C Tag/Nacht
bis 4 Wochen nachdem die Behandlung begonnen wurde, danach 18 °C für den Rest des
Herstellungszeitraums.
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Zusätzliche Beleuchtung
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Poinsettia
erfordert kurze Tage (10 h-Tag, 14 h-Nacht) zur floralen Induktion.
Das Experiment wurde im späten
Herbst und Winter bei natürlicherweise
kurzen Tagen durchgeführt.
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20
Stunden zusätzliche
Beleuchtung wurden angewendet (60 μmol Photonen m–2/s–1)
, um die Pflanzen vegetativ zu bewahren und um ein maximales Wachstumspotential
der nicht-chemisch wachstumsregulierten Pflanzen zu kennzeichnen.
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Bewässerung
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Die
Pflanzen wurden ein- oder zweimal pro Woche mit einer Lösung bewässert, die
bereitstellt: NH4: 1 mM; NO3:
11,3 mM; K: 4,6 mM; Ca: 3,5 mM; Mg: 0,7 mM; Fe: 39,4 μM; Mn: 17,9 μM; B: 6,4 μM; Cu: 13,9 μM; Zn: 3,8 μM; Mo: 0,8 μM; Na: 0,2 μM; SO4: 0,7 μM.
pH:
5,8 bis 6,0
CO2 : 700 ppm
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Wachstumsregulation
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Es
wurde keine chemische Wachstumsregulation angewendet.
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Datenerfassung
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10
Wochen nach Verpflanzung wurden 16 Pflanzen pro Behandlung geerntet
und folgendes wurde aufgenommen:
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Pflanzenhöhe
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Die
Pflanzenhöhe
wurde von der Kante des Behälters
bis zum Apikalmeristem gemessen.
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Frischgewicht
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Das
Frischgewicht der Blätter
und der Stengel wurde unmittelbar nachdem der Sprößling von
der Wurzel getrennt wurde, gemessen.
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Trockengewicht
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Das
Trockengewicht der Blätter
und der Stengel wurde nach 24 Stunden Trocknung bei 70 °C gemessen.
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Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
die Phosphordesorption der 6 Proben (1.2.1 bis 1.2.6) von phosphordotiertem
aktiviertem Aluminiumoxid, die in Beispiel 1.2 erhalten wurden.
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Die
Phosphordesorption von verschiedenen Proben war gering und stabil,
vornehmlich zeigten zwei der Proben (Nr. 4 und 5) geringe Phosphordesorption
innerhalb des für
eine wirksame Wachstumsregulation erfor derten Bereichs. Die Zeitabhängigkeit
der Phosphordesorption war in den Proben gering, wo die Phosphordesorption
gering war (Nr. 1 bis Nr.5, siehe Fehlerbalken), verglichen mit
der der Probe Nr. 6, die relativ hohe Phosphorkonzentrationen desorbierte.
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2 zeigt
den Einfluss der Phosphordesorption derselben 6 Proben des phosphordotierten
aktivierten Aluminiumoxids auf die Pflanzenhöhe. Ein wirksamer wachstumsverzögernder
Effekt wurde festgestellt, wenn Pflanzen mit geringer Phosphorkonzentration,
die aus phosphordotiertem aktiviertem Aluminimoxid bereitgestellt
wurde, wachsen gelassen wurden.
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3 zeigt
den Einfluss der Phosphordesorption der 6 Proben des phosphordotierten
aktivierten Aluminiumoxids auf das Frischgewicht der Pflanze. Das
Frischgewicht der Pflanze wurde in einem geringeren Ausmaß als die
Pflanzenhöhe
beeinflusst.
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4 zeigt
den Einfluss der Phosphordesorption der 6 Proben des phosphordotierten
aktivierten Aluminiumoxids auf das Trockengewicht der Pflanze. Auch
das Trockengewicht der Pflanze wurde in einem geringeren Ausmaß als die
Pflanzenhöhe
beeinflusst.
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5 zeigt
das pH-Pufferungsverhalten von zwei verschiedenen erfindungsgemäßen Produkten ("Schwacher-P-Puffer" und "Starker-P-Puffer") während der
Herstellung von Argeranthemum frutescens auf auf Torf basierenden
Wachstumsmedien. In einem Fall wurde ein gewöhnlicher chemischer Wachstumsverzögerer (Cycocel, "CCC") zusätzlich zum
Starken-P-Puffer verwendet, während
in einem Vergleichsbeispiel (gefüllte
Quadrat) nur gelöstes
Phosphat zusammen mit Cycocel verwendet wurde.
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6 zeigt
die pH-Abhängigkeit
der Kaliumdesorption aus dem erfindungsgemäßen phosphordotierten aktivierten
Aluminiumoxid. Ein Teil (Gewicht) des Aluminiumoxids wurde zu 5
Teilen demineralisierten Wassers hinzugefügt. Das Diagramm zeigt eine
hohe Kaliumdesorption in dem pH-Bereich, der in der Pflanzenkultur
vorherrscht (5,5 bis 6).
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7 zeigt
den Einfluss des erfindungsgemäßen phosphordotierten
aktivierten Aluminiumoxids auf die Wachstumsrate von Tomaten (Lycopersicon
esculentum Mill.), die auf verschiedenen Torfqualitäten wuchsen.
Die gefüllten
Balken beziehen sich auf die Ergebnisse mit Zusatz von 2 Vol.-%
phosphordotiertem aktiviertem Aluminiumoxid, während die nicht-gefüllten Balken
sich auf die Ergebnisse beziehen, die ohne Zugabe erzielt wurden.
Die Torfkategorien waren:
- (1) Torf ohne irgendwelche
bekannten Probleme (Kontrolle)
- (2) Litauischer Torf ohne Düngemittel
und nicht gekalkt
- (3) Torf, bei dem Selbsterwärmung
auftrat
- (4) Torf, bei dem in Topfpflanzen-Baumschulen Probleme identifiziert
worden waren, Proben wurden vor dem Pflanzenanbau genommen
- (5) derselbe wie in (4), Proben wurden nach dem Pflanzenanbau
genommen
5 Samen wurden je Topf gesät und die Pflanzen wurden mit
einer schwachen Nährstofflösung bewässert (EC 1,6,
pH 6,0). Das Trockengewicht der Pflanze wurde nach 4 Wochen bestimmt.
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8 zeigt
die Wurzelfläche
(gemessen am Boden des Topfes) von Tomaten, die unter denselben
Bedingungen, wie oben für 7 beschrieben,
wuchsen.
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9 zeigt
die Keimrate von Tomaten, gemessen 10 Tage nach dem Säen. Die
anderen Bedingungen waren dieselben wie oben für 7 beschrieben.