Ученые НИТУ МИСИС разработали новое перспективное удобрение из жидкого стекла и высушенного геля из мочевины

Использование азотсодержащих удобрений традиционно для современного сельскохозяйственного производства, это могут быть соли аммония, нитраты или мочевина (карбамид). Однако более половины вносимых в почву азотсодержащих удобрений не достигает целевых растений, а уносится поверхностными водами, оказывая негативное воздействие на качество почвы, нарушая состав грунтовых вод и нанося вред экосистемам водоемов. Наилучший способ решения этой проблемы — создание удобрения пролонгированного действия, обеспечивающих контролируемое выделение основных нутриентов.

На сегодняшний момент известны стекловидные удобрения пролонгированного действия на основе щелочного кремнезема или фосфатных стекол, но ввести необходимый почве азот в их структуру невозможно из-за температуры их плавления свыше 1000°C. В отличие от них, жидкое стекло из силиката калия не требует таких температур и в его матрицу можно ввести специальные высушенные гели, содержащие в себе необходимые полезные вещества. Трудность в том, что ксерогели на основе силикатных жидких стекол чувствительны к внешним условиям и обладают относительно низкой водостойкостью. Чтобы повысить их водостойкость и обеспечить медленное высвобождение полезных веществ, применяются отвердители, такие как мочевина.

Для получения технологичного удобрения пролонгированного действия ученые НИТУ МИСИС ввели порошкообразный карбамид (мочевину) в раствор силиката калия, добавив 5-20% азотистого соединения. Далее полученные гели высушили при 50°C в течение 48 ч при низком атмосферном давлении, что привело к разрушению макропор и значительному увеличению плотности. Результаты исследований опубликованы в научном журнале Molecules (Q1).

«Микропористые частицы ксерогеля способны впитывать и удерживать большое количество воды и полезных веществ, обеспечивая постоянное и равномерное питание растений в течение длительного времени. Также они способствуют сохранению влаги в почве, что позволяет снизить количество поливов. Наиболее оптимальная скорость высвобождения удобрений зафиксирована в ксерогелях, содержащих более 15% мочевины. Это вызвано тем, что повышение количества карбамида способствует увеличению размера его кристаллов, образуя специфическую структуру в силикатной матрице, которая и определяет медленное растворение в воде», — отметил д.т.н. Игорь Бурмистров, ведущий инженер кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ МИСИС.

Полученные ксерогели представляют собой порошок, состоящий из частиц с размером от 0,1-5 мм, что позволяет вносить их в почву с использованием традиционных сельскохозяйственных технологий и оборудования.

«В результате проведенных полевых испытаний на территории Рязанской области при участии специалистов из Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева подтверждена биологическая активность новых удобрений. Удобрение было внесено на площади земли более 500 м2. Исследования показали, что питательные вещества в составе ксерогеля, такие как калий, азот и натрий, высвобождаются в почве в течение трех месяцев», — рассказал Дмитрий Суворов, научный сотрудник кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ МИСИС.

Исследование выполнено под руководством д. х. н., профессора Алекандра Гороховского, эксперта в области химии и технологии стеклообразных и керамических материалов. Финансовая поддержка оказана в рамках стратегического проекта НИТУ МИСИС «Технологии устойчивого развития» по программе Минобрнауки России «Приоритет-2030».