Beth yw'r egwyddor benodol o weithio PVP mewn pridd?

Mae craidd swyddogaeth PVP (polyvinylpyrrolidone) mewn pridd yn gorwedd yn ei strwythur moleciwlaidd (grwpiau polar a lysiau polymer) a briodweddau ffisegol-cemegol (hydodredd dŵr, adsorfaiddio, a chadw'r dŵr) . Trwy "rhaioli rhwng moleciwlau" neu "maniplyliad ffyrdd ffisigol" â gronynnoedd pridd, dŵr, maethion, a sylweddau niweidiol, mae'n gwella'n anuniongyrchol y strwythur ffisigol y pridd, sefyllfa'r tywyll, ar gaelrwydd y maethion, a gweithgarwch y sylweddau niweidiol. Mae'r fathiant penodol yn cael ei dorri i lawr yn ôl senarios swyddogaeth craidd, gan esbonio'r effeithiau ar lefel y moleciwl a lefel y pridd cam wrth gam:

1. Egwyddor o gymorth i atal crymu'r pridd: rheoli cyfuno a bondio gronynnoedd y pridd

Mae'n hanfodol i gwmwl crynedd yw mae gronynnoedd pridd (yn enwedig gronynnoedd glaswellt) yn cwrdd'n agored oherwydd tagnu trydanol, tagnu ffilm dŵr, a ffactorau eraill, sy'n arwain at leihau porfforfaen . Mae PVP yn torri'r broses hon trwy "gwahanu gronynnoedd a hadeiladu microstrwythurau." Mae'r egwyddorion penodol fel a ganlyn:

• Haplysiad moleciwlaidd a newidio arwyneb y gronynnau: Lleihau tagnu uniongyrchol y rhannau.
  Mae'r cylch pyrrolidon (sy'n cynnwys grŵp amwd polar -CONH-) ar gyfres foleciwlaidd PVP yn cael priodweddau hydrohalegol a haplysu cryf. Gall gael ei haplio'n agored ar arwyneb gronynnoedd pridd (cronynnoedd glaswellt, silt) trwy "bonymau hydrogen" neu "dramiau van der Waals", gan greu ffilm amddiffyn polymer hanner-thin (ar raddfa nanometrig) :
  • Mae'r ffilm hon yn "amddifadu" rhannau tir cyfagos, gan atal nhw rhag ffurfio grwpiau mawr oherwydd mynd i draws gartrefogaeth electrostatig (mae rhannau tir glaswellt yn negyddol wedi'u masnachu a hynny'n hawdd i ddod â chationau i fewn ac yn agored nhw at ei gilydd) neu adhesi ffilm dŵr (mae'r ffilm dŵr yn diflannu wrth sychu ac mae'r rhannau yn dod i gysylltiad uniongyrchol).
  • Ar yr un pryd, bydd effaith y "atras ffordd gofodol" y cadwyn oleuadau PVP yn achosi i'r rhannau tir sydd wedi'u harchwilio fynd i olau ei gilydd, yn lleihau tebygolrwydd crymu, yn cadw gwahanoliad y rhannau (tebyg i'w effaith fel "lewdrydd") ac yn lleihau caledrwydd y crymmerth ar ôl ei chrymu.
• Cysylltu cadwyn polymer: adeiladu strwythur micro-grwp mân a chynyddu porau'r tir.
  Y strwythur cadwyn hir y polymer o PVP (pwysau moleciwlaidd yn gyffredinol rhwng 10,000 - 1 miliwn Da) yn gall weithio fel "bont feleciwlaidd" i gysylltu'n ysgafn rhannau tir manfwy (rhannau tywod, rhannau silt) i mewn i micro-grwpiau maint micron (diamedr 10-100μm) :
  • Nid yw'r micro-agregau hyn yn gromfodau crymynt mawr, ond yn gystrwyth porws a gynhyrchir gan gyfresi PVP sydd wedi'u cysylltu'n hygred. Mae nifer fawr o 'porau capillari' a 'porau gwynt' wedi'u ffurfio rhwng yr agregau. Mae'r porau capillari'n cadw'r ysbryd, tra bod y porau gwynt yn galluogi awyr i chwalu, ac yn atal y pridd rhag dod yn ddiamgoreddus a chympasus.
  • Nodyn: Mae'r micro-agregau yn 'strwythurau ffisegol dros dro' â sefydlogrwydd isel (efallai eu diffodd yn ystod glaw trwm neu laweha am y rhan fwyaf). Ni allant amnewid yr 'agregau sydd â sefydlogrwydd dan ddŵr' a gynhyrchir gan feintiau organig (a gynhyrchir trwy sementio materol organig ac yn gwrthsefyll erlwyrch yn y tymherad hir). Dim ond am y rhan fyr maent yn gallu lleddfu cympasu.
• Cadeirio dŵr a rheoli esbliad: atal y pridd ar wyneb y ddaear rhag sychu a chympasu.
  Mae'r grŵp hydroffil (grŵp amid) PVP yn gallu hoffi'r dŵr rhydd yn y pridd i greu hydrogel (gall cynnwys dŵr gyrraedd 10-20 o weithiau ei phwysau ei hun) a dilynwch arwyneb y pridd:
  • Gall hydrogel ryddhau dŵr yn araf, yn raddol yn lleihau ffroesiad cyflym dŵr y pridd arwynebol (yn enwedig mewn amgylchiadau syrthiannol neu tymheredd uchel);
  • Mae'r prif achos o grynhoi arwyneb y pridd yn "colli dŵr yn sydyn sy'n arwain at gwynhau a gludo rhannau". Mae effaith cadw dŵr PVP yn gallu cadw cyflwr clwm arwyneb y pridd, yn lleihau ffurfiant cracio sych, ac yn anhebu crynhoi yn anuniongyrchol.

2. Egwyddor Cadw Dŵr yn y Pridd: Ffyrdd Hydrogel i "Cadeirio-Ryddhau'n Arâf" Dŵr

Mae swyddogaeth gadw dŵr PVP yn y pridd yn hanfodol yn cyrraedd "cadeirio" a "ryddhau'n araf" dŵr trwy "hongian ffisegol + hadwoliâd gel", gan fynychu effeithiolrwyd y môr yn y pridd. Mae'r egwyddorion penodol fel a ganlyn:

• Hongan lefel foleciwlaidd o leinedd: Cloi dŵr rhydd
  Mae'r grŵp amwd (-CONH-) ar y caden weddol PVP yn grŵp hydroffil cryf allai gysylltu â moleciwlau dŵr rhydd yn y pridd (dŵr nad yw wedi'i hadsorbu gan fartsion y pridd) trwy "bontau hydrogen", gan "dal" y dŵr o amgylch y caden gwddf i ffurfio haen o "dŵr gartrefedig";
  • Nid yw'r dŵr gartrefedig hwn yn cael ei golli'n hawdd trwy drosgludo neu ddodreiddiad a gall gael ei gadw yn y pridd am gyfnod hir, gan ganiatáu i israil ystâr ei habsorbu'n araf (er atal dŵr rhydd arferol rhag esblygu'n gyflym neu fynd i lawr i haenau dwfn y pridd).
• Ffurfiad macro-hydrogel: adeiladu "cronfa storio dŵr"
  Pan fydd cyflwr y PVP yn cyrraedd cam briodol (fel arfer 0.1%-0.5%, yn seiliedig ar bwysau sych y pridd), bydd y cadenau moleciwlaidd PVP ar ôl cymryd dŵr yn croestorio â'i gilydd i greu strwythur rhwydwaith tri dimensiwn o hydrogel (tebyg i sgsen):
  • Gall hydrgel "amgáfu" nifer fawr o ddŵr (sy'n cyfrif am 80%-90% o'i bwysau ei hun), gan ffurfio "cronfa ddyfarnu dŵr ficro" yn y pridd;
  • Pan nad oes digon o ddŵr ar wyneb y pridd, mae'r hydrgel yn rhyddhau dŵr yn araf oherwydd y gwahaniaeth mewn bwngwasgedd osmogol, yn atgyfnerthu'r ddodrefn pridd, yn cadw amgylchedd llaith o amgylch y gwreiddiau, ac yn lleihau straen haead y grawn.
• Lleihau esbliad llyfniant y pridd: Effaith barier ffisegol
  Mae'r hydrgel yn amgáu arwyneb gronynnod y pridd neu'n llenwi'r porau i ffurfio "membran hanner-borwadol" sy'n atal diffugio llyfniant o fewn y pridd i'r atmosffer a'n lleihau cyfradd esbliad - mae data arbrofol yn dangos bod ychwanegu 0.3% o PVP i'r pridd yn lleihau esbliad dŵr dyddiol cyfartalog erbyn 15%-25% (o gymharu â phridd heb ei drin).

3. Egwyddor rhyddhau araf nutriennau/pesticïau: Cynllun polymer llinyn "amgáfiad-adsorpsiwn-rheoli rhyddhad"

Gellir defnyddio PVP fel "cludwr rhyddhau araf" ar gyfer maetholion sy'n hydoddi mewn dŵr (fel wrea, gwrtaith potash) neu blaladdwyr gwenwynig isel yn y pridd, gan leihau eu colled trwytholchi ac ymestyn y cyfnod gweithredu. Yr egwyddor yw fel a ganlyn:

• Amgapsiwleiddio ffisegol: rhwystro mudo cyflym maetholion.
  Gall cadwyn polymer PVP amgáu maetholion/moleciwlau plaladdwyr sy'n hydoddi mewn dŵr yn ei strwythur rhwydwaith tri dimensiwn trwy'r effaith "cymhlethu", gan ffurfio siâp "microcapswl":
  • Gall y cotio hwn atal maetholion/plaladdwyr rhag treiddio'n ddwfn i'r pridd yn gyflym gyda dŵr glaw neu ddŵr dyfrhau (gan osgoi colli trwytholchiad) a gall hefyd leihau eu hanweddoliad uniongyrchol i'r atmosffer (megis anweddoliad amonia o wrteithiau nitrogen);
  • Dim ond pan fydd dŵr yn y pridd yn treiddio'n araf i strwythur y pecynnu, neu pan fydd micro-organebau'n diraddio'r cadwyni PVP ychydig, y bydd maetholion/plaladdwyr yn cael eu rhyddhau'n raddol i'r toddiant pridd i gnydau eu hamsugno neu arfer eu heffeithiolrwydd.
• Amsugno cemegol: Gwella'r grym rhwymo rhwng maetholion a phridd.
  Y amid gall grŵp o PVP amsugno a rhwymo ag ïonau maetholion (fel NH₄⁺, K⁺, PO₄³⁻) trwy "fondiau hydrogen" neu "effeithiau electrostatig", a'u trwsio ar wyneb gronynnau pridd (trwy PVP fel "pont"):
  • Gall yr amsugniad hwn leihau "symudedd" maetholion a'u hatal rhag cael eu colli i lawr oherwydd disgyrchiant;
  • Pan fydd crynodiad y maetholion yn y pridd yn lleihau (yn cael ei amsugno a'i fwyta gan gnydau), mae'r cydbwysedd amsugno yn cael ei dorri, a bydd yr ïonau maetholion yn dadamsugno'n araf ac yn ailymuno â'r toddiant pridd, gan gyflawni "rhyddhau ar alw".
• Rhyddhau sy'n ymatebol i'r amgylchedd: Addasu i amodau'r pridd
  Mae hydoddedd dŵr a gradd croesgysylltu PVP yn cael eu heffeithio gan amgylchedd y pridd (megis pH, tymheredd a lleithder):
  • Pan fydd y pridd yn llaith, mae'r cadwyni PVP yn chwyddo ac mae cyfradd rhyddhau'r maetholion sydd wedi'u capsiwleiddio yn cyflymu; pan fydd y pridd yn sych, mae'r cadwyni'n crebachu ac mae'r gyfradd rhyddhau'n arafu, gan atal cronni gormodol o faetholion pan nad oes eu hangen ar y cnwd.
  • Mewn pridd asidig (pH < 6.0), mae protoniad grŵp amid PVP yn gwella, mae gallu amsugno maetholion cationig (fel K⁺) yn gwella, ac mae'r cyfnod rhyddhau araf yn hirach.

4. Egwyddorion amsugno ïonau metel trwm: rhwymo bondiau cydlynol a mecanwaith niwtraleiddio gwefr

Gall PVP gynorthwyo i adfer priddoedd sydd wedi'u halogi ychydig â metelau trwm (megis Pb²⁺, Cu²⁺, a Cd²⁺), gan leihau eu bioargaeledd (gan leihau amsugno cnydau). Dyma'r egwyddorion:

• Rhwymo bond cydlynu:
  Mae gan y cylch pyrrolidone (sy'n cynnwys atomau nitrogen) yn y moleciwl PVP sy'n trwsio ïonau metel trwm "bâr unigol o electronau" a gall ffurfio "bond cydlyniad" sefydlog gyda chatïonau metel trwm (fel Pb²⁺, Cu²⁺) i ffurfio cymhlyg anhydawdd mewn dŵr:
  • Bydd y cymhlyg hwn yn cael ei amsugno ar wyneb gronynnau pridd neu'n aros yn wyneb y pridd gyda gwaddodiad PVP ac ni all wreiddiau cnydau ei amsugno (bioargaeledd llai);
  • Mae arbrofion wedi dangos y gall 0.5% o PVP leihau bioargaeledd Pb²⁺ mewn pridd 20%-30% (wedi'i wirio trwy ganfod croniad Pb yng ngwreiddiau cnydau).
• Niwtraleiddio gwefr: lleihau symudedd ïonau metel trwm.
  Mae gronynnau clai pridd fel arfer â gwefr negatif ac yn amsugno ïonau metel trwm â gwefr bositif yn hawdd (fel Cd²⁺). Fodd bynnag, mae'r amsugno hwn yn cael ei ddisodli'n hawdd gan gatïonau eraill yn y pridd (fel Ca²⁺ a Mg²⁺), gan arwain at ail-actifadu metelau trwm.
  • Mae grŵp amid PVP wedi'i wefru'n bositif ar ôl protoniad a gall gyfuno â gwefr negyddol gronynnau clai. Ar yr un pryd, mae ei ïonau metel trwm cydlynol wedi'u "cloi" yn y cymhlyg clai-PVP, gan leihau'r tebygolrwydd o gael ei ddisodli gan gatïonau eraill a lleihau symudedd metelau trwm.

Crynodeb

Hanfod rôl PVP mewn pridd yw ei fod yn defnyddio'r "grwpiau pegynol" a'r "cadwyni polymer" yn ei strwythur moleciwlaidd i "amsugno ffisegol", "rhwymo cemegol" neu "reoleiddio morffolegol" gyda gronynnau, dŵr, maetholion a llygryddion yn y pridd , gan gyflawni yn y pen draw:

• Gwella strwythur ffisegol y pridd (helpu i atal cywasgu pridd);
• Gwella effeithiolrwydd dŵr (cadw dŵr);
• Ymestyn cyfnod gweithredu maetholion/plaladdwyr (rhyddhau araf);
• Lleihau'r risg fiolegol o fetelau trwm (amsugno ac immobileiddio).

Dylid nodi bod yr egwyddorion hyn i gyd yn seiliedig ar rôl "gynorthwyol" PVP - mae ei effaith yn dibynnu ar ddefnydd crynodiad isel, ac ni all ddisodli gwrteithiau organig, asiantau arbennig sy'n cadw dŵr, cyflyrwyr pridd, ac ati, a dim ond ar gyfer senarios penodol y mae'n addas (megis tyfu eginblanhigion, planhigion mewn potiau, ac adfer pridd sydd wedi'i halogi'n ysgafn).