منابع تحقیق درباره آب آبیاری، ظرفیت جذب، شبکه بندی

دانلود پایان نامه ارشد

تی این رزینها را هیدروژل سوپرجاذب نامید تا پیشوند هیدرو به خوبی نشان دهد که آنچه را این رزینها جذب می کنند، آب یا محلول آبی است اما، چون هیچ ماده جاذبی ظرفیت جذبی به زیادی سوپرجاذبها ندارد، کلمه سوپرجاذب به تنهایی تداعی کننده تمام معنی است، یعنی جاذب آب و محلولهای آبی، با ظرفیت جذب فوق العاده زیاد (ظهوریان مهر، 2003).
سوپرجاذبها جایگزین کودهای شیمیایی و آبیاری نیستند. این مواد تنها قابلیت نگهداری آب و برخی عناصر غذایی مورد نیاز را درخاک افزایش میدهند. سوپرجاذبها براساس نوع ترکیب شیمیایی می توانند عناصر غذایی نظیر، نیترات، فسفات، پتاس، آهن، روی و بر را درخود نگهداری نموده و از آبشویی و هدر رفتن آنها جلوگیری به عمل آورند. سوپر جاذبها میتوانند با کودهای شیمیایی، علف کشها و آفت کشها مخلوط شده و بدون هیچ گونه اثر متقابل منفی، با یکدیگر بکار برده شوند. ذرات پلیمرهای سوپرجاذب دارای اندازه های زیر هستند:
1- پودری اندازه کوچک (mm 3 /0-1)
2- اندازه متوسط (mm 2-1)
3- اندازه بزرگ (mm 4-2)
توصیه میشود تا تحت شرایط گلدان و یا مزرعهای از اندازههای متوسط و بزرگ آن استفاده شود تا بدین ترتیب مدت زمان ابقای آب درخاک افزایش یافته و دیرتر مورد تجزیه میکروبی قرار میگیرند. به استثنای نوع پودری پلیمرهای سوپرجاذب که دارای خاصیت بقاء و عمر کوتاه درخاک هستند، این مواد بسته به شرایط مختلف 12-5 سال در خاک باقی مانده و قادر به هزاران بار جذب و دفع آب بوده و در اثر تجزیه میکروبی و یا تأثیر نور خورشید به تدریج از بین می روند. بهتر است محل قرار گرفتن سوپرجاذب درخاک زیر ناحیه ریشه گیاه بوده و کاربرد عمقی آن در مناطقی که بارندگیهای سبک دارند مناسب نیستند (اله دادی، 1381). پلیمر مورد بررسی در نگهداری رطوبت در خاک نقش مهمی دارد، زیرا زمانی که به خاک اضافه میشود، تغییراتی در توزیع سه فاز جامد، مایع و گاز ایجاد میشود. به نحوی که پس از اضافه کردن آب خاک، درصد پخش مایع افزایش مییابد (نادری، 1375).
پلیمر فراجاذب آب باعث تغییراتی در میزان و انواع تخلخل خاکها میشود. بهطوریکه هر چقدر مقدار پلیمر مصرفی افزایش یابد، میزان انواع تخلخل خاکها نیز تغییر می کند. با توجه به تجزیه تحلیلهای آماری ملاحظه شد که در خاک لومی درصدهای مختلف پلیمر روی افزایش تخلخل کل خاک چندان موثر نبوده اند، اما بیشترین تاثیر را مقدار 3/. درصد وزنی از پلیمر مصرفی اعمال نموده است (نادری، 1375). در خاک لوم شنی مقادیر 2/. و 3/. درصد وزنی از پلیمر مصرفی بیشترین تأثیر را بر روی افزایش تخلخل موئین را بیشتر افزایش داده و پلیمر جاذب رطوبت توانایی بیشتری در جذب و نگهداری رطوبت در این خاک دارد. با توجه به نتایج حاصله از خاکهای مورد آزمون و با در نظر داشتن این مهم که خاکهای دارای بافت سنگین و نسبتاﱠ سنگین، از میزان تخلخل مویین بالا و ظرفیت نگهداری رطوبت بالایی برخوردارند (بویژه خاکهای سنگین که همواره با مشکل رطوبتی شدن روبرو هستند) در مییابیم که افزودن پلیمر جاذب رطوبت تاثیر چندانی بر افزایش تخلخل تهویهای این خاکها نداشته است. ولی در خاکهای سبک بافت که از نظر تخلخل تهویهای و وضعیت زهکشی مشکلات عمده ای ندارد، پلیمر مذکور می تواند باعث تخلخل موئین شود و دلیل آن هم خاصیت جذب فراوان پلیمر است (گنجی خرم دل، 1378).
با افزایش مقادیر پلیمر مصرفی، ظرفیت نگهداری رطوبت خاکها مورد آزمون نیز افزایش می یابد. اما این افزایش در خاک لوم شنی چشمگیرتر می باشد، بهطوریکه درصد وزنی رطوبت در حد ظرفیت زراعی و در خاک لومی (با مصرف 3/0 در صد وزنی از پلیمر) در صد نسبت به تیمار شاهد افزایش نشان داده است. در صورتیکه در خاک لوم شنی این مقدار افزایش 24/7 درصد بوده است. همچنین میزان آب قابل استفاده نیز در خاک لومی 17/4 درصد و در خاک لومی شنی 44/5 درصد افزایش نشان داده است. از آنجاییکه در خاکهای سبک مساله اصلی مشکل نگهداری رطوبت در خاک است. با توجه دو منحنی رطوبتی وجود دارد اما به تدریج با اعمال فشار این اختلاف کمتر می شود بهطوریکه در فشارهای بالا، آب آبیاری و آب مقطر از نظر میزان حفظ رطوبت تقریباً یکسان عمل مینماید (گنجی خرم دل، 1378).
با افزایش میزان بکارگیری پلیمر، ضریب آبگذری خاکهای مورد آزمون افزایش مییابد. با توجه به این که در خاکهای دارای بافت متوسط، نیاز است که میزان آبگذری خاک به حد مطلوب برسد، باتوجه به تجزیه و تحلیل آماری و در نظر داشتن جنبههای اقتصادی میزان 05/0 تا 1/0 درصد از پلیمر جاذب رطوبت قابل توصیه میباشد. همان طورکه می دانیم خاکهای دارای بافت نسبتاً سبک (لوم شنی) دارای مقدار ضریب آبگذری در حد متوسط بوده و مشکلی از این بابت در این خاکها مشاهده نشده است. بنابراین توصیه میشود که با کاربرد 1/0 درصد وزنی از این پلیمر، علاوه بر ایجاد ساختمان در خاک، باعث افزایش توانایی جذب آب پلیمر و در نتیجه افزایش مقدار آب قابل استفاده شد (گنجی خرم دل، 1378). وجود یون- های محلول در آب خاک، به شدت درجه تورم پلیمر را کاهش میدهد. بهطوریکه میزان تورم در خاک لومی که دارای آنیونها و کاتیونهای بیشتری است، بسیار کمتر از میزان تورم در خاک لومی شنی میباشد. همچنین ملاحظه میشود که حداکثر تورم در آب مقطر رخ میدهد. بنابراین توصیه میشود که به منظور اعمال مدیریت صحیح تر، در موقع انتخاب پلیمر مصرفی، کیفیت آب آبیاری و همچنین خصوصیات شیمیایی خاک مورد استفاده، حتماً در نظر گرفته شود (گنجی خرم دل، 1378).

1-17-1- سوپرجاذب ها ی پایه طبیعی
از جنبه ساختار شیمیایی، سوپرجاذبهای پایه طبیعی، یکی از سه طبقه اصلی رزینهای سوپرجاذب را تشکیل می دهند (پاتنت، 1994).
1- پلی آکریلاتها و پلی آکریلامیدهای شبکهای
2- کوپلیمرهای پیوندی مبتنی بر سلولوز – اکریلو نیتریل یا نشاسته – اکریلونیتریل
3- کوپلیمرهای شبکه ای مالئیک انیدرید
با این حال طبقه بندی کامل و جامعی برای سوپرجاذبها وجود ندارد زیرا تنوع مونومرهای مورد استفاده (به تنهایی یا با هم) برای تهیه آنها بسیار زیاد است. سوپرجاذب پایه طبیعی نیز فراتر از عنوان نامبرده فوق (مورد 2) هستند. اگر مبنای ساختار طبیعی این رزینها را ملاک قرار دهیم می توان آنها را به دو گروه تقسیم کرد (ظهوریان مهر، 2003).
1- سوپرجاذبها بر پایه پلی ساکاریدها
2- سوپرجاذبها بر پایه پروتئین
گروه اول بسیار گسترده تر بوده و کارهای به مراتب بیشتری بر روی آن انجام شده است. شاید علت اصلی آن فراوانی، گستردگی، تنوع، ارزانی وخواص رئولوژیکی بسیار جالب توجه پلی ساکاریدها در محیطهای آبی باشد. اما در گروه دوم اخیراً چند مورد گزارش دیده شده که مبتنی بر ژلاتین و پروتئین حاصل از ماهی است (ظهوریان مهر، 2003).

1-17-1- 1- سوپرجاذب های پلی ساکاریدی
پلی ساکاریدها، یا پلیمرهای کربوهیدراتی، گسترده ترین، فراوانترین، ارزانترین و متنوعترین انواع زیست توده (بیوماس) در جهان میباشد. مهمترین آنها به ترتیب فراوانی عبارتند از (راتکه، 1994).
1- کیتین
2- سلولز
3- نشاسته
4- سایر پلیساکاریدها و صمغ ها
کیتین سازنده اصلی ساختار پوسته سخت پوستان دریایی مانند میگو و خرچنگ، برخی باکتریها وحشرات است که فراوانترین ماده طبیعی در جهان به شمار میآید. از واکنش آن در محیط قلیایی، مشتق استیل زدایی شده آن یعنی کیتوسان7 به دست میآید که پلیمر بسیار مفید است (راتکه، 1994). بعد از کیتین، سلولز (آشناترین پلیمر کربوهیدراتی) فراوانترین ماده طبیعی است که بخش عمده ساختار گیاهان را تشکیل می دهد. نشاسته از لحاظ فراوانی رتبه سوم را دارد ولی از نظر منبع غذایی از جانوران و انسان مهمترین منبع و ذخیره غذایی است. سایر پلی سا کاریدها از جمله زانتان، گوار و آگار را گاه با پیشوند صمغ می خوانند که عمدتاً منشا گیاهی دارند. منشاء برخی از آنها مانند آلژیناتها نیز جلبک دریایی هستند. برخی پلی ساکاریدها نیز منشأ تولید میکروبی دارند یعنی توسط میکروارگانیسمها (باکتریها) تولید می شوند که موضوع تولید بیوتکنولوژیکی هستند بعلاوه تعداد زیادی پلیساکارید اصلاح شده توسط شیمیدانان ساخته شده که برخی از آنها به طور صنعتی نیز ساخته و تجاری شدهاند. مثلا سدیم کربو کسی متیل سلولز8 مشتقی از سلولز است که تولید جهانی آن 255000 تن در سال باغ میشود (بوچ هولز، 1998). این پلیمر طبیعی اصلاح شده در شویندهها، صنایع نفت ومعدن، صنایع آرایشی و بهداشتی، کاغذ و صنایع غذایی مصرف عمده دارد. در این مشتقات گروههای اضافه شده به ساختار سلولز، خود حاوی عوامل آبدوست (هیدروکسیل ) هستند و بنابراین کل مجموعه ماکرومولکول، در آب انحلال پذیر خواهد بود (ظهوریان مهر، 2003).

1-18- اصلاح در راستای تهیه سوپرجاذب
به طور کلی فرآیندهای شیمیایی گزارش شده برای اصلاح پلی ساکاریدها وتهیه هیدروژل سوپرجاذب از آنها را می توان در دو گروه اصلی قرار داد.
1- کوپلیمریزاسیون
2- شبکه بندی
هر یک از فرآیندهای فوق مشتمل بر روشهای متعددی هستند. به علاوه هر فرآیند را می- توان روی خود پلی ساکارید (مثلاً سلولز) یا شکل اصلاح شده آن کربوکسی متیل سلولز انجام داد. افزون بر روشهای فوق، روش ایجاد شبکههای پلیمری در هم رونده و روش ایجاد کمپلکسهای میان پلیمر بین پلی ساکارید به پلیمر طبیعی دیگر یا با یک پلیمر سنتزی، روشهایی هستند که گرچه در تهیه هیدروژلها بسیار گزارش شده اند، اما موارد مشخصی از جذب آب زیاد توسط این هیدروژلها گزارش نشده است (ظهوریان مهر، 2003).

1-19-کوپلیمریزاسیون پیوندی
در واقع نخستین سوپرجاذبها تجاری با این روش تهیه شدند. پلی ساکارید یا سوبسترای مورد استفاده عمدتاً نشاسته است که در حضور یون سریک (Ce4+) با واحد ساکاریدی (گلو کوپیرانوزی) تشکیل زوج ردوکس میدهد و منجر به تشکیل رادیکال بر روی پیکره پلی- ساکارید میشود. سپس مونو اکریلی مورد نظر (عمدتا اکریلونیتریل) بر روی پیکر پلیمر طبیعی، پلیمریزه و به صورت کووالانسی متصل میشود. به کوپلیمر پیوندی حاصل، یعنی نشاسته-g- پلی(اکریلو نیتریل)9، میگویند. این کوپلیمر سپس تحت هیدرولیز قلیایی (صابونی شدن) واقع میشود. در جریان این واکنش، رنگ مخلوط واکنش به نارنجی- قرمز میگراید. در نتیجه حدود 70 درصد از گرو های نیتریل کربوکسیلات و بقیه به کربوکسامید تبدیل میشوند و در عین حال تعداد محدودی پیوند عرضی بین زنجیرهای مجاور تشکیل می شود. از این واکنش، گاز آمونیاک خارج میشود. محصول واکنش، سوپرجاذبی بر پایه نشاسته و نخستین سوپرجاذب تجاری در جهان است (ظهوریان مهر، 2003).
در واقع گروه هایکربوکسیلات و آمید (از بخش سنتزی) و الکی (از بخش طبیعی) مسئول آبدوستی شدید محصول اند. اما این آبدوستی منجر به انحلال محصول نمیشود زیرا وجود تعداد اندکی پیوندهای عرضی باعث جلوگیری از انحلال و موجب تورم محصول میشود که نمود بیرونی آن، جذب آب به مقدار زیاد و تشکیل ژله مانندی است که آب را حتی تحت فشار درخود نگه میدارد. اخیراً، تأثیر حضور اکسیژن در مرحله پلیمریزاسیون پیوندی رادیکالی و برخی متغیرهای واکنش را برخواص تورمی و حساسیت نمکی سوپرجاذب بررسی شده است (کبیری، 1381). به جز اکریلونیتریل، از سایر مونومرهای، مانند اکریلیک اسید یا اکریلامید نیز در پیوند زنی روی نشاسته استفاده میشود که در این صورت باید یک عامل شبکه ساز نیز به کار برد. به علاوه، از آغازگرهای مانند پروکسیدها، پرسولفاتها یا دیازوها نیز برای کوپلیمریزاسیون پیوندی استفاده شده است (پیپاس، 1990).

1-20- شبکه بندی
به طور کلی اتصالات عرضی بین زنجیرهای پلیمری ماهیت های متعددی میتوانند داشته باشند (ظهوریان مهر، 2003).
1- اتصالات کووالانسی
2- مجاور قطعات سخت زنجیرها وتشکیل نواحی بلورین
3- پلهای یونی (با یونهای فلزی چند ظرفیتی )
4- تجمع آبگریزی (چربی دوست )
5- تجمع های آبدوستی
6- تشکیل کمپلکسهای میان زنجیری
7- گره خوردگیهای فیزیکی زنجیرها
برای ایجاد هرکدام از انواع پیوندهای عرضی بالا، راههای متعددی وجود دارد. از متداولترین این راهها استفاده

پایان نامه
Previous Entries منابع تحقیق درباره محصولات کشاورزی، افزایش بهره وری، مواد معدنی Next Entries منابع تحقیق درباره مواد غذایی، شبکه بندی، محیط زیست