Zeolite在缓释化肥、缓释农药以及改善生态环境的土壤保水剂等方面也有广泛的应用。例如沸石长效复混肥获得国家发明专利(ZL92110951.2)和1995年北京发明展览会优秀发明金牌奖,并被评为1996年国家级新产品,不仅畅销国内市场而且出口马来西亚。沸石长效复混肥是以沸石包衣尿素作为主要的氮原料,并与其他氮磷钾化肥及其有机肥、微量元素等混配造粒而成。它最大的特点是氮长效,当把该肥施人土壤中,由于尿素表面有一层沸石包衣,可以大大减少尿素中的氮流失;可以减缓尿素中的氮转化成NH4+-N的速度;当尿素中的氮转化为NH4+-N时,NH4+进入沸石“分子筛”,硝化菌进不去被排除在外,当作物需要时NH4+被解吸出来。这又减缓NH4+-N转化为NO3–N的速度,防止过多的NO3–N随水流失污染环境。沸石“分子筛”还能吸收H2PO4-HPO42-并能解吸,可以起到减少磷固定的作用。还可以减少钾在砂质土壤中的流失,促进作物对钾的吸收。另外沸石中含有多种对作物生长有益的矿物质,如Ca、Mg、Na、P、K、Zn、Mn、Fe、Cu、Ti等,并具有可溶性,作物能够部分吸收,特别是Zn。此外,该肥具有双向调节pH值功能、保水抗早功能以及不适宜地下害虫生长等特点。多种作物可实现一次性施肥,不用追肥,不脱肥。沸石包裹尿素是在充分发挥沸石作用下最精量有效使用的唯一方法,可以减少成本,它还解决了在复棍肥中直接掺混尿素潮解、把尿素粉碎后造粒耗能大、经过高温氮损失严重等许多问题。沸石又是农药的良好载体,把农药如除草剂喷洒在沸石包衣的尿素中配制出的是一种药效、肥效浑为一体的长效肥,可以简化栽培,提高劳动生产力。此种肥料改变了传统的施肥方式,通过调解包衣材料,可施用一次底肥后不再进行追肥。肥料在土壤中的缓释速度与作物的养分吸收速度同步。另外,可以直接把肥料施用在作物根上而不伤根,这样可大大提高肥料利用率。田间试验表明可提高肥料利用率一倍左右,氮肥利用率可提高10%;在减少肥料用量的情况下比同养分的其他普通复肥增产10%以上。此外,它还可节省劳动力、减少化肥对环境的污染。在水田、沙质土壤上种植的作物以及蔬菜上效果尤其明显。田间试验表明可节省1邝左右的肥料而不减产。在包衣肥料方面,采用廉价的包衣材料,在不降低使用效果的前提下,大幅度降低了生产成本。另外一种新肥料,沸石硝铵〔NH4N03·Ca(NaK)4·Al6·Si30·O72·4H2O〕是沸石与普通硝铵按一定比例混合造粒形成,其中沸石吸附NO3-和交换NH4+离子而将硝铁中的氮素束缚起来。施用后随着作物根部周围氮素浓度的降低,NH4+缓慢地被释放出来,供作物分阶段吸收,从而能防止氮素被水淋失,显著提高化肥利用率。经大田试验,增产效果也明显优于普通硝铵。这两种新型长效肥的研制成功,在调整化肥生产的结构、改进农作物上的分配体制、维持生态环境等方面具有广阔的发展前景和市场。
中国水资源分布不均,尤其是西北地区及云贵高原等地区水资源匾乏,极不利于农作物的生长。因此,如何充分利用我国的水资源,如何保住土壤中的水份已成为人们日益关注的问题。目前主要是使用“保水剂”来改善这种状态。天然腐植质是最好的保水剂,属于亲水性多孔胶体,能吸附20%的气态水或500%的液态水;然而天然产品毕竟有限,如果在西北地区通过人工制作则成本太高。用高分子亲水材料吸水以防止蒸发能够在一定程度上保水保湿。保水剂要求至少保持10-15天;其水含量的衰减要平缓。
可是国外产品不仅成本高,而且高分子材料有二次污染的潜在危险,不符合目前积极倡导的“绿色化学”要求。国内缺水地区面积广大,如要大面积地推广应用该种新材料,就不得不考虑其成本和环境的协调性。国外用5%的沸石材料与土混合,能将土壤保湿性增加7-8倍,好于传统的具有网状结构的聚丙烯酸保水剂。
沸石是晶体硅铝酸盐,由硅氧和铝氧四面体构成开放性结构,含有空腔和孔道以及很大的比表面,可发生离子交换及可逆吸附-脱附水。土壤本身的保湿性只有3h。美国公司提供的保水剂,其主要成分为网状结构的聚丙烯酸,保湿能力也只有12h。相反,A型沸石在同样条件下,却能保湿4-7天。
将沸石的钠离子交换为钙离子,保湿性能显著增加(图6)。A型沸石结构是以p笼之间通过四元环用四个氧桥相互联结起来的三维晶体结构,由8个日笼相互联结后,在它们当中又形成一个a笼;它是A型沸石的主晶穴,内含可交换阳离子,阳离子为Na+则称为NaA型沸石,又由于其有效孔径为0.42nm,又称为4A沸石。
NaA沸石的孔道结构为三维直孔道,并含有最多的可交换阳离子,能进行快速而大量的离子交换。在现有的沸石产品中,4A沸石价格最低,在室温下水的压力仅为2.67kaP时,每克4A沸石就能吸附0.28g水。如果将沸石和高分子亲水材料通过组装、分散等处理之后,制成功能性复合材料施用在植物根苗附近,就可望形成调控水含量的小环境。例如使用聚丙烯酸之类的强吸水剂在雨天尽量多吸附水,再通过植物根系的作用和沸石等各种复合材料的传递,将所蓄水份缓慢释放。这样一来就有可能帮助缺水地区的树苗成活,进而恢复植被,防沙治沙。