Застосування капсульованих добрив для екологічної безпеки агросистем - Автореферат

встановити взаємозвязок між швидкістю вивільнення добрива через полімерну оболонку та структурою полімеру; пояснити вплив РН середовища на зміну коефіцієнту дифузії компоненту в полімері; Зокрема, для дослідження випливу фізико-хімічних параметрів середовища на кінетику вивільнення компоненту з капсульованих частинок застосовано іонометричний метод визначення концентрації вивільненої речовини. Розраховано зміну коефіцієнту упаковки макромолекул полімеру та збільшення коефіцієнту дифузії компоненту в полімерній оболонці відповідно до збільшення РН середовища. Особистий внесок здобувача в наукові роботи: сформульовано постановку проблеми застосування капсульованих добрив для екологічної безпеки агросистем [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13]; знайдено аналітичне рішення математичної моделі процесу екстрагування компоненту з капсульованих частинок через полімерну оболонку у рідинне середовище[1,3,7,8,9,11,12]; розроблено методики дослідження впливу добрив на кінетику росту рослин, дослідження вимивання добрив та циклічного впливу вологості на кінетику вивільнення цільового компоненту з капсульованих частинок, дослідження впливу добрив на кінетику росту рослин для екологічної безпеки агросистем при застосування капсульованих добрив [5]; досліджено вплив РН середовища на кінетику вивільнення компоненту з капсульованих частинок [1,3,7,9,11,12]; теоретично обґрунтовано механізми зміни коефіцієнту дифузії компоненту в полімерній оболонці під впливом РН середовища через зміну структури полімеру внаслідок хімічної взаємодії з компонентами середовища [1,8,11]; досліджено механізми вивільнення компоненту в середовище, що моделює природні умови зволоження ґрунту та показано зміни в часі концентрації гранульованого та капсульованого добрива у зволоженому інертному середовищі [2,8,11,12]. Розроблено методики дослідження процесів вимивання та міграції добрив у навколишньому середовищі та циклічного впливу вологості на кінетику вивільнення цільового компоненту з капсульованих частинок, дослідження впливу добрив на кінетику росту рослин для забезпечення екологічної безпеки агросистем при застосування капсульованих добрив.Згідно аналізу літературних джерел коефіцієнт засвоєння добрив не перевищує 60 %. Проведено теоретичний аналіз механізму вивільнення компоненту в навколишнє середовище в залежності від фізико-хімічних характеристик водного та інертного зернистого середовища вивільнення. Розроблено математичні моделі та одержано рівняння для розрахунку необхідної товщини капсули і визначення тривалості процесу в залежності від типу ґрунту. Встановлено, що водневий показник середовища має значний вплив на кінетику вивільнення компоненту з капсульованих частинок. Розроблено математичну модель вивільнення компоненту у вологе зернисте середовище, визначено лімітуючі стідії процесу та запропоновано теоретичну залежність для прогнозування часу вивільнення.

1. Згідно аналізу літературних джерел коефіцієнт засвоєння добрив не перевищує 60 %. Це призводить до забруднення довкілля через вимивання і вивітрювання добрив та значних матеріальних втрат в аграрній галузі. Одним із перспективних напрямів є застосування добрив з контрольованою розчинністю.

2. Проведено теоретичний аналіз механізму вивільнення компоненту в навколишнє середовище в залежності від фізико-хімічних характеристик водного та інертного зернистого середовища вивільнення. Розроблено математичні моделі та одержано рівняння для розрахунку необхідної товщини капсули і визначення тривалості процесу в залежності від типу ґрунту.

3. Встановлено, що водневий показник середовища має значний вплив на кінетику вивільнення компоненту з капсульованих частинок. Теоретично обґрунтовано механізми зміни коефіцієнту дифузії компоненту в полімерній оболонці під впливом РН середовища через зміну структури полімеру внаслідок хімічної взаємодії з компонентами середовища.

4. Розроблено математичну модель вивільнення компоненту у вологе зернисте середовище, визначено лімітуючі стідії процесу та запропоновано теоретичну залежність для прогнозування часу вивільнення.

5. Розроблено полімерну дисперсію для капсулювання добрив, що здатна до біологічної деструкції в ґрунті протягом одного року. Основною перевагою добрив, покритих оболонкою на базі запатентованої покривної композиції є їх низька вартість за рахунок використання вторинної сировини.

6. Досліджено вплив циклічного зволоження середовища вивільнення, що відповідає метеорологічним умовам Львівської області, на кінетику процесу та підтверджено можливість значного зменшення вимивання добрив у довкілля.

7. Проведено випробування капсульованих добрив у лабораторних та польових умовах. Досліджено фізіологічні показники росту рослин в умовах, близьких до реальних. Показано, що використання капсульованих добрив збільшує приріст біомаси рослин приблизно на 15% в порівнянні до гранульованих добрив.

8. Виконано техніко-економічний аналіз застосування капсульованих добрив як природоохоронного заходу і показано його еколого-економічну доцільність. Величина чистого прибутку складає 1374,4 грн. на гектар площі.

1. Гумницький Я.М., Мельничук В.В., Нагурський О.А. Вплив фізико-хімічних показників середовища на швидкість розчинення мінеральних добрив//Экотехнология и ресурсосбережение №6.-2004.-С.-54-58.

2. Мельничук В.В., Гумницький Я.М., Нагурський О.А. Дослідження міграції добрив у навколишньому середовищі//Экотехнологии и ресурсосбережение, 2005, №2.-С.48-51.

3. Гумницький Я.М., Мельничук В.В., Нагурський О.А. Вплив РН середовища на швидкість вивільнення корисного компоненту з капсульованих частинок //Вісник НУ Львівська політехніка Хімія, технологія речовин та їх застосування.-2002.-№447.-С.185-187.

4. Гумницький Я.М., Мельничук В.В., Нагурський О.А. Застосування капсульованих добрив для екологічно безпечного стимулювання росту рослин //Вісник НУ “Львівська політехніка” Хімія, технологія речовин та їх застосування.-2002.-№ 461.-С.279-281.

5. Мельничук В.В. Методика проведення експериментальних досліджень процесу екстрагування цільових компонентів з капсульованих добрив//Вісник НУ Львівська політехніка Хімія, технологія речовин та їх застосування, 2004,-№ 516.-С.130-132.

6. Vira Melnychuk, Oleg Nagursky, Jaroslav Gumnitsky Capsulated particles use with en ecological purpose//Third international students’ conference environment development engineering.-30 may-2 June 2001.-Cracow.-P.109-113.

7. Мельничук В.В. Застосування капсульованих добрив для екологічно безпечного стимулювання росту рослин.//Актуальні проблеми флористики, систематики, та збереження фіторозмаїття.- Матеріали конференції молодих вчених-ботаніків України 6-10 серпня 2002року, Львівський національний університет ім. І.Франка, Яворівський національний природний парк.-Львів.-2002.-С.173-176.

8. Jaroslav Gumnitsky, Vira Melnychuki i in. //Transport aktywnych mikroskladnikow przez blonke polimerowa w procesie ekstrakcji z kapsulek // Mikrozanieczszczenia w srodowisky czlowieka.-Czenstohowa 25-27 cherwca 2003r.-496-501.

9. Мельничук В.В., Гумницький Я.М., Нагурський О.А Регулювання швидкості розчинення мінеральних добрив // VIII міжнародна конференція Проблеми підготовки фахівців-екологів у світлі інтеграції освіти у європейський простір та перспективні природоохоронні технології. - Львів, 15-17 жовтня 2003.-С.65

10. Vira Melnychuk, Oleg Nagursky, Jaroslav Gumnitsky Encapsulated fertilizers application for solving ecological problems//fifth international students’ conference environment development engineering.-18-21 may 2004.-Cracow.-Р.37.

11. Гумницький Я.М., Нагурський О.А., Мельничук В.В. Застосування добрив з погляду екології//ХІІ (ежегодная) международная научно-техническая конференция “Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов” Бердянськ 2004.-C.176-181.

12. Vira Melnychuk, Jaroslav Gumnitsky, Oleg Nagursky Application of fertilizers from the point of view of ecoogy//Mikrozanieczszczenia w srodowisky czlowieka.-Czenstohowa lipca 2004r.-P.302-308.

13. Патент № 68811A, Україна МПК 7C05G3/00 Полімерна дисперсія для капсулювання добрив. Мельничук В.В., Гумницький Я.М., Нагурський О.А.заявл.30.10.2003.,опубл. бюл. №8.-2004.-С.4.122.

УМОВНІ ПОЗНАЧЕННЯ

R - внутрішній радіус оболонки, м; r - біжучий радіус, м; r0 - радіус твердої частинки, що розчиняється, м; Cs - концентрація насичення компоненту в розчині, кг/м3; Ch - концентрація компоненту на внутрішній поверхні оболонки, кг/м3; Сп - концентрація компоненту на зовнішній поверхні оболонки, кг/м3; С1 - концентрація активного компоненту на відстані l від капсульованої частинки, кг/м3; rt - густина твердої фази, кг/м3; V -обєм інертної фази, м3; e - пористість шару зернистого матеріалу; -середня концентрація компоненту у рідкому середовищі шару зернистого матеріалу, кг/м3; M - маса частинки, що розчиняється, кг; t - час, с; F - площа, через яку дифундує компонент у зернистому середовищі, м2; D3 - коефіцієнт дифузії компоненту в розчині в середині капсули, м2/с; D1 - коефіцієнт дифузії компоненту в шарі інертної фази, м2/с; D2 - коефіцієнт дифузії компоненту в полімерній оболонці, м2/с; b - коефіцієнт масовіддачі, м/с; k, k1- коефіцієнти масопередачі, м/с; rt- густина твердої фази, кг/м3; W - обєм розчинника, м3; ? - ступінь розчинення частинки.