葡萄糖改性尿素的反应特征及其对尿素转化率的影响

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作   者：

张英强;  袁亮;  张水勤;  李燕婷;  王立艳;  赵秉强; 

作者机构：

中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业农村部植物营养与肥料重点实验室;  中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院; 

关键词：

葡萄糖;  傅里叶变换红外光谱;  尿素分解率;  尿素;  化学结构;  液相色谱-质谱联用;  X射线光电子能谱; 

期刊名称：

植物营养与肥料学报

i s s n：

1008-505X

年卷期：

2022 年 28 卷 002 期

页   码：

325-333

摘   要：

[目的]利用葡萄糖对尿素改性可延缓尿素水解,提高尿素氮肥利用率.从葡萄糖与尿素的反应特征、产物结构方面,研究其作用机理及葡萄糖添加量对尿素分解的影响.[方法]将葡萄糖按10%的比例加入到熔融尿素中获得葡萄糖改性尿素,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和液相色谱–质谱联用(LC-MS)分析葡萄糖改性尿素的化学结构、物质组成和相对分子质量.将葡萄糖按照0.2%、0.5%和1.0%的比例添加到熔融尿素中制备出3种比例的葡萄糖改性尿素,在3个样品分别加入脲酶溶液(1?U/mg),于(25±2)℃恒温箱中培养30?min后,用比色法测定剩余尿素的含量,计算尿素的分解率.[结果]1)葡萄糖与尿素反应后,FTIR位于1599?cm?1处伯酰胺NH2变角振动消失,3441?cm?1处伯胺NH2反对称伸缩振动强度减弱,推测葡萄糖与尿素胺基发生反应,XPS?C?1s和N?1s图谱分别出现未知形态的碳结构(―CX)和氮结构(―NX),醛基碳(―CHO)消失,O?1s图谱发现醛基的C=O化学键发生断裂,证明葡萄糖的醛基与尿素的胺基反应生成了新的产物.依据LC-MS分析,葡萄糖中的醛基与尿素的胺基发生亲核加成反应,生成了含有C=N结构的物质.2)与普通尿素的分解率(20.16%)相比,添加0.2%、0.5%和1.0%比例的葡萄糖改性尿素的转化率分别为15.5%、3.3%、11.0%,其中葡萄糖添加比例为0.5%的改性尿素处理降幅高达16.9个百分点.[结论]尿素熔融条件下加入葡萄糖,葡萄糖的C=O化学键断裂,碳原子与尿素中的氮原子结合形成C=N键.C=N键结构的存在延缓了尿素的水解,进而显著降低了脲酶对其分解率.葡萄糖添加量对葡萄糖改性尿素的分解率影响显著,以葡萄糖添加比例为0.5%的处理效果最佳.