[發明專利]無土栽培用水凝膠膜評價裝置及滲透擴散性能評價方法

在審

• 申請號: 202010825116.4
• 申請日: 2020-08-17
• 公開（公告）號: CN111855534A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 張敏;馬文中;周代紅;唐元;唐宇虹;季彥竹
• 申請（專利權）人: 中國石化長城能源化工（寧夏）有限公司
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N13/00
• 代理公司: 寧夏合天律師事務所 64103
• 代理人: 郭立寧

無土栽培用水凝膠膜評價裝置及滲透擴散性能評價方法，該裝置包括電導率儀、超純水瓶、蠕動泵、流量計、自制膜組件、營養溶液瓶、高壓恒流泵、背壓閥、溫度儀、攪拌器、水浴池和天平；水凝膠膜滲透擴散性能評價方法是模擬植物在無土栽培過程的環境條件，通過設定不同的營養液濃度和運行壓力等條件，對營養離子和水分通過水凝膠膜抵達植物根系的滲透擴散等性能進行動態測試。本發明在評價無土栽培膜性能的過程中，以膜過程反應了植物生長過程中根系對化學礦物質的主動吸收和被動吸收，發現了離子在無土栽培用水凝膠膜中的滲透擴散規律，對植物無土栽培過程具有重要的指導意義。

技術領域

本發明屬于膜技術領域，特別涉及一種對無土栽培用水凝膠膜的性能進行評定測試的評價裝置及滲透擴散性能的評價方法。

背景技術

近年來，國外研制出了一種植物無土栽培用的水凝膠膜，這種膜有很多被嚴格控制尺寸的納米孔，植物根系生長并粘附在膜的上表面，營養液從膜的下表面供給，水分和離子則通過水凝膠膜被植物根系吸收。

營養液中的營養離子能否透過水凝膠膜供給至植物根系，對植物的生長有著至關重要的影響。但是目前針對無土栽培用水凝膠膜的離子滲透性能的相關報道涉及甚少。植物生長過程中，植物細胞對溶質的吸收主要有兩種方式：主動吸收和被動吸收。主動吸收是植物利用呼吸代謝產生的能量，逆化學勢梯度吸收礦物質的過程；被動吸收是由于擴散等作用下進行的順電化學勢梯度吸收礦物質的過程。而這兩種吸收過程，都可以通過膜過程反映體現出來。到目前為止，還未發現針對無土栽培用水凝膠膜的評價裝置及評價方法的報道，因此研發一種無土栽培用水凝膠膜的評價裝置及滲透擴散性能的評價方法體系，對很多生物過程和水凝膠膜在無土栽培領域的應用具有重要的指導意義。

發明內容

本發明目的是解決現有技術存在的空白，提供一種步驟簡便、易操作、能應用于無土栽培水凝膠膜的測試評價裝置和滲透擴散性能評價方法。

為實現上述的目的，本發明采用下述技術方案：

無土栽培用水凝膠膜的評價裝置，它包括電導率儀、超純水瓶、蠕動泵、流量計、自制膜組件、營養溶液瓶、高壓恒流泵、背壓閥、溫度儀、攪拌器、水浴池和天平，為了便于稱重，所述超純水瓶和營養溶液瓶均置于天平上；其中電導率儀插入超純水和營養溶液中，實時檢測離子電導率變化，在背壓閥與自制膜組件之間接入高壓恒流泵并安裝有壓力表，水凝膠膜置于自制膜組件的平板膜中間，兩端用密封圈銅膠帶密封，超純水瓶和營養溶液瓶兩側流路都置于水浴池中，并通過設置的溫度儀來保持恒溫。

無土栽培用水凝膠膜滲透擴散性能的評價方法，包括下列步驟：

（1）將硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鎂、氯化鉀、氯化鈉、氯化鎂、硫酸鉀、硫酸鈉和硫酸鎂配置成濃度0.01~0.1mol/L的離子標準溶液放置于營養溶液瓶中，利用這些化合物離子在不同濃度下具有不同的電導率，繪制出電導率~濃度標準曲線。

（2）取兩張水凝膠膜在超純水中溶脹12~24h，隨后取出一張擦干并置于自制膜組件中，在超純水瓶中加入300~500mL超純水，在營養溶液瓶中加入配置好的化合物營養溶液300~500mL、濃度為0.01~0.08mol/L的營養溶液，蠕動泵轉速調節為100~300r/min，溫度控制為20~50℃；采用攪拌器攪拌，攪拌器轉速為100~300r/min，營養液側壓力為0~2MPa，裝置運行6~8h。每隔一小時記錄下電導率儀數值，并換算成濃度值。由上述的濃度值計算溶液離子在水凝膠膜中的滲透系數。

（3）將另一張膜取出，放在同等體積濃度下的營養溶液中浸泡一天，隨后將水凝膠膜取出，小心地擦除膜上過量的水溶液，并在室溫下的超純水中再浸泡一天并檢測此時的超純水的濃度。超純水濃度與營養溶液濃度的比值即為水凝膠膜的分配系數，并以此計算其擴散系數。