CN101805234B - 一种抗旱缓释尿素及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗旱缓释尿素及制备方法。抗旱缓释尿素，包括尿素和由里到外对尿素进行包被的三个包被层：水肥隔离养护层、缓释层和水分调节层；本发明的抗旱缓释尿素既具有抗旱功能、又支持尿素的缓释，同时其对环境友好且成本低廉。为制备该抗旱缓释尿素，首先将三个包被层各自的组分与尿素、聚乙二醇水溶液按比例进行物理混匀，然后通过造粒机从里到外依次将三个包被层包被到尿素上，最后将尿素从造粒机中取出，晒干或在烘干机中55-65℃条件下烘干到水分含量小于10％即可。
Description
技术领域
本发明涉及一种农用化肥，尤其是一种具有抗旱功能的缓释尿素。本发明还涉及该抗旱缓释尿素的制备方法。
背景技术
氮肥在农田中的损失主要包括淋失、径流、氨挥发和反硝化途径。农业生产中氮肥利用率一般在18-45％，在水肥投入较多的经济作物生产中氮肥利用率不足10％。尿素的生产原料有天然气、石油气、焦炉气、煤等，这些都是不可再生的宝贵资源，提高尿素的利用率可以大大节约资源，减少氮素损失对土壤、水和大气的潜在环境污染，同时也是节能减排，减少碳排放的重要途径。
缓释肥料是一种环境友好型肥料，也是国际新型肥料研制领域的热点与难点。缓释肥料是通过一定的物理方法将化肥用特定的材料进行包被，施用后可以按照作物不同生长时期的需求逐步发挥肥效，时间一般可以长达几个月，甚至一年。
国内外缓释肥主要有几大类：一类是物理型微囊法包膜或整体法溶解而成，如有机高分子包膜的控释肥料。以合成有机高分子聚合物所占比例最大，其可实现对养分的控释。缺点是包膜材料价格高，加工工艺复杂，膜的可降解性差，容易造成土壤污染。第二类是化学合成型，将有机或无机化合物直接或间接地连接到预先形成的聚合物上。采用硫磺、石蜡、沥青、树脂等难溶于水的物质，其生产技术工艺简单，生产价格只是普通肥料的1-2倍，不构成对土壤等环境因子的污染，但是无机包膜材料缓/控释性较差，其养分释放难以适应作物的需要。如钙镁磷肥、涂层尿素、硫包膜尿素等。硫包膜的生产过程复杂，成本较高，而且长时间施入这种肥料，可引起土壤酸化，破坏土壤结构。第三类是化学抑制型，添加脲酶抑制剂或硝化抑制剂。采用脲酶抑制剂等硝化抑制剂抑制铵态氮向亚硝态氮形态的转化，保持铵态氮形态，吸附在土壤团粒表面，减少硝态氮的淋洗损失。
国内外缓释肥已受到广泛关注，但有关既具有缓释功能，又能抗旱保墒功能的肥料研究不多。兰州大学把尿素、磷酸二氢铵和羧甲基淀粉粉混合制成粒状，然后用反相悬浮法在该肥料颗粒外包上一层聚丙烯酸铵，制得含氮22.6％，磷含量为7.2％的具有吸水保水功能的缓释复合肥料吸自来水达85倍。此外，还用氯化钙交联海藻酸钠的方法制得了脲甲醛的颗粒，然后通过反相悬浮法在颗粒外面包上一层聚丙烯酸铵，制得了吸水率为95倍、含氮量22.6％的缓释脲甲醛颗粒。南京林业大学将淀粉与聚乙烯醇溶液混合糊化，然后对尿素包膜，干燥交联来制得保水性缓释肥料。日本用土豆淀粉加入含尿素的饱和水溶液中，然后烘干可制得既有一定吸水保水作用又能缓释的肥料。
缓释肥的制备侧重包膜材料的选择和加工工艺，但是，无论哪一类缓控释肥料，应用时都受到土壤、灌溉、降水等条件的限制，特别是在干旱和半干旱地区，采用环境友好型材料和普通加工工艺，制备具有抗旱吸水保水功能的缓释肥成为提高肥料利用效率、节水增效的重要产品和化肥革新研究的热点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种抗旱缓释尿素，既具有抗旱功能、又支持尿素的缓释，同时其对环境友好且成本低廉；为此，本发明还要提供一种制备该抗旱缓释尿素方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种抗旱缓释尿素，包括尿素和由里到外对尿素进行包被的三个包被层：水肥隔离养护层、缓释层和水分调节层；水肥隔离养护层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：预糊化淀粉4-10％、羟乙基淀粉1-2％、硬脂酸镁0.1-0.5％、黄糊精0.4-2.0％、硼砂0.1-0.8％；缓释层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：多功能缓控释剂15-30％、膨润土10-20％；水分调节层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：高效抗旱剂10-20％、羧甲基纤维素3-5％、聚天门冬氨酸0.1-2％、高岭土2-6％。
所述多功能缓控释剂、高效抗旱剂、硬脂酸镁、黄糊精、硼砂的粒径小于0.25mm。
所述高效抗旱剂吸水率在400倍以上，粒径小于0.25mm。
所述预糊化淀粉、羟乙基淀粉、羧甲基纤维素、聚天门冬氨酸的粒径小于0.15mm。
所述膨润土、高岭土的粒径小于0.05mm。
一种制备该抗旱缓释尿素的方法，使用造粒机对尿素进行包被，其步骤如下：
(1)包被水肥隔离养护层：将所述水肥隔离养护层的各组分、尿素、4-6g/L的聚乙二醇水溶液按比例进行物理混匀，其中聚乙二醇水溶液与尿素的重量比为4-8.5％，然后在造粒机内造粒；
(2)包被缓释层：将所述缓释层的各组分、步骤(1)制备的尿素、4-6g/L的聚乙二醇水溶液按比例进行物理混匀，其中聚乙二醇水溶液与尿素的重量比为4-8.5％，然后在造粒机内造粒；
(3)包被水分调节层：将所述水分调节层的各组分、步骤(2)制备的尿素、4-6g/L的聚乙二醇水溶液按比例进行物理混匀，其中聚乙二醇水溶液与尿素的重量比为4-8.5％，然后在造粒机内造粒；
(4)将步骤(3)制备的尿素从造粒机中取出，晒干或在烘干机中55-65℃条件下烘干到水分含量小于10％。
所述聚乙二醇的分子量为400-600。
所述造粒机为滚筒或圆盘造粒机，其工作转速为50-60r/min，倾角为1.5-3.0°。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
水肥隔离养护层中的预糊化淀粉、羟乙基淀粉等，遇水溶胀形成胶膜，光滑明亮，耐水稳定性和凝胶强度都较高，作为缓释肥的粘结剂，与尿素结合对预糊化有促进作用，协助达到缓慢释放氮的优良效果；同时，预糊化淀粉、羟乙基淀粉等原料来源充足、价格便宜，降解后为有机肥，不污染环境。养分缓释层中的多功能缓释剂具有三维网络结构，不溶于水，但遇水膨胀，可与肥料、生物制剂和水等紧密溶合在一起，达到反复吸收和缓慢释放肥料和水的目的；水肥缓释层能把通过水肥隔离养护层释放出来的氮吸收保存在缓释剂的三维网状结构中，使养分的释放具有一定的缓冲性，养分缓慢释放，提高肥料的利用率。水分调节层中的高效抗旱剂的吸水率最高达1449倍，可吸收大量的水和肥，在植物根际周围形成″水肥储存库″，减少水肥流失，延长肥效，抗旱性能优越，在干旱、半干旱地区以及干旱季节，仍可有效地发挥水、肥的缓释效果。采用造粒机对尿素进行分层包被，该制备方法利用现有设备造粒机，无需增加或改造其他设备，即可实现本发明的工业化生产。
以冬小麦、夏玉米产量和土壤硝态氮含量等为检测指标，取两份本发明和一份普通尿素进行了对比试验，试验结果显示一次施用本发明的肥效优于施用普通肥的肥效；如下表所示：
表1.不同缓释氮肥的氮累积素溶出率
注：测量时采用土培淋溶方法，模拟1.3g/cm3土壤容重，每次浇水量为土壤持水量的200％。
缓释氮肥1比普通尿素氮累积素溶出率减少45％，缓释氮肥2比普通尿素氮累积素溶出率减少54％。
表2.抗旱缓释尿素对抽穗期冬小麦旗叶光合生理的影响(田间试验)
施N 150kg/hm2，T6较T2叶片水分利用率提高了2.19％，T7较T3水分利用率提高了17.6％。
表3.缓释氮肥对0-100cm土层中硝态氮含量的影响(田间试验)
施N 150kg/hm2，缓释氮肥处理T4和T6的0-40cm土壤硝态氮含量高于普通尿素处理T2，40-100cm土壤硝态氮含量低于处理T2；
施N 250kg/hm2，缓释氮肥处理T5和T7的0-20cm土壤硝态氮与普通尿素处理T3相比，无明显差异。
表4.缓释氮肥对冬小麦产量及产量构成因素的影响(田间试验)
缓释氮肥1和缓释氮肥2处理冬小麦产量分别比农民习惯施肥处理增产小麦59.43kg/667m2和88.05kg/667m2，增产18.55％和27.49％。小麦收获前有一次大风降雨天气，农民习惯施肥区有70％以上小麦发生倒伏，缓释氮肥区小麦没有倒伏。
表5.缓释氮肥对0-100cm土层中硝态氮含量的影响(田间试验)
缓释氮肥处理T2和T3的20-100cm土壤硝态氮含量明显低于农民习惯施肥。
具体实施方式
以下实施例详细的说明了本发明。
本发明中所使用的“多功能肥料缓控释剂”为中国专利产品，专利号为：ZL200610012360.9；本发明中所使用的“高效抗旱剂”为石家庄天源淀粉衍生物有限公司的高新技术产品，证号为：13001A073530。本发明的其余组分均可在市场上通过直接购买得到。
在本发明的下述实施例中，除另有说明外，所有重量百分比均以尿素重量为100％计。
实施例1
本发明第一实施例的水肥隔离养护层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：预糊化淀粉12.5％、羟乙基淀粉1.8％、硬脂酸镁0.7％、黄糊精0.85％、硼砂0.15％；缓释层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：多功能肥料缓控释剂20.5％、膨润土6.5％；水分调节层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：高效抗旱剂18.7％、羧甲基纤维素4.8％、聚天门冬氨酸1.5％、高岭土4.5％。其中，多功能缓控释剂、高效抗旱剂、硬脂酸镁、黄糊精、硼砂的粒径小于0.25mm；高效抗旱剂吸水率在400倍以上，粒径小于0.25mm；预糊化淀粉、羟乙基淀粉、羧甲基纤维素、聚天门冬氨酸的粒径小于0.15mm；膨润土、高岭土的粒径小于0.05mm。
其制备步骤如下：
(1)包被水肥隔离养护层：将所述水肥隔离养护层的各组分、尿素、5g/L的聚乙二醇水溶液按比例进行物理混匀，其中聚乙二醇水溶液与尿素的重量比为7.2％，然后在造粒机内造粒；
(2)包被缓释层：将所述缓释层的各组分、步骤(1)制备的尿素、5g/L的聚乙二醇水溶液按比例进行物理混匀，其中聚乙二醇水溶液与尿素的重量比为7.2％，然后在造粒机内造粒；
(3)包被水分调节层：将所述水分调节层的各组分、步骤(2)制备的尿素、5/L的聚乙二醇水溶液按比例进行物理混匀，其中聚乙二醇水溶液与尿素的重量比为7.2，然后在造粒机内造粒；
(4)将步骤(3)制备的尿素从造粒机中取出，晒干或在烘干机中60℃条件下烘干到水分含量小于10％。
其中聚乙二醇的分子量为400-600。
其中造粒机为滚筒造粒机，其工作转速为55r/min，倾角为2°。
本实施例的最佳使用条件为：作物：小麦；土壤质地：砂土；灌溉条件：播前水、冬前水、返青水、灌浆水。
实施例2
本发明第二实施例的水肥隔离养护层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：预糊化淀粉10％、羟乙基淀粉1.5％、硬脂酸镁0.5％、黄糊精0.64％、硼砂0.2％；缓释层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：多功能肥料缓控释剂14％、膨润土10.2％；水分调节层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：高效抗旱剂12％、羧甲基纤维素3％、聚天门冬氨酸1.2％、高岭土3.0％。其中，多功能缓控释剂、高效抗旱剂、硬脂酸镁、黄糊精、硼砂的粒径小于0.25mm；高效抗旱剂吸水率在400倍以上，粒径小于0.25mm；预糊化淀粉、羟乙基淀粉、羧甲基纤维素、聚天门冬氨酸的粒径小于0.15mm；膨润土、高岭土的粒径小于005mm。
其制备步骤与第一实施例中的制备步骤相同，唯一差别在于所使用的聚乙二醇水溶液与尿素的重量比6.16％。
本实施例的最佳使用条件为：作物：小麦；土壤质地：壤土；灌溉条件：冬前水、返青水、灌浆水。
实施例3
本发明第三实施例的水肥隔离养护层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：预糊化淀粉11.2％、羟乙基淀粉1.0％、硬脂酸镁0.5％、黄糊精0.7％、硼砂0.2％；缓释层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：多功能肥料缓控释剂10.4％、膨润土15.2％；水分调节层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：高效抗旱剂15％、羧甲基纤维素4.8％、聚天门冬氨酸0.8％、高岭土2％。其中，多功能缓控释剂、高效抗旱剂、硬脂酸镁、黄糊精、硼砂的粒径小于0.25mm；高效抗旱剂吸水率在400倍以上，粒径小于0.25mm；预糊化淀粉、羟乙基淀粉、羧甲基纤维素、聚天门冬氨酸的粒径小于0.15mm；膨润土、高岭土的粒径小于0.05mm。
其制备步骤与第一实施例中的制备步骤相同，唯一差别在于所使用的聚乙二醇水溶液与尿素的重量比6.9％。
本实施例的最佳使用条件为：小麦；土壤质地：粘壤土；灌溉条件：冬前水、返青水、灌浆水。
实施例4
本发明第四实施例的水肥隔离养护层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：预糊化淀粉15.2％、羟乙基淀粉1.8％、硬脂酸镁0.7％、黄糊精0.85％、硼砂0.15％；缓释层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：多功能肥料缓控释剂16.2％、膨润土10.8％；水分调节层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：高效抗旱剂18％、羧甲基纤维素3.4％、聚天门冬氨酸1.0％、高岭土2％。其中，多功能缓控释剂、高效抗旱剂、硬脂酸镁、黄糊精、硼砂的粒径小于0.25mm；高效抗旱剂吸水率在400倍以上，粒径小于0.25mm；预糊化淀粉、羟乙基淀粉、羧甲基纤维素、聚天门冬氨酸的粒径小于0.15mm；膨润土、高岭土的粒径小于0.05mm。
其制备步骤与第一实施例中的制备步骤相同，唯一差别在于所使用的聚乙二醇水溶液与尿素的重量比7.38％。
本实施例的最佳使用条件为：作物：夏玉米；土壤质地：壤土。
实施例5
本发明第五实施例的水肥隔离养护层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：预糊化淀粉12.4％、羟乙基淀粉1.5％、硬脂酸镁0.55％、黄糊精0.52％、硼砂0.25％；缓释层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：多功能肥料缓控释剂12％、膨润土15.2％；水分调节层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：高效抗旱剂12％、羧甲基纤维素2.4％、聚天门冬氨酸0.7％、高岭土1.5％。其中，多功能缓控释剂、高效抗旱剂、硬脂酸镁、黄糊精、硼砂的粒径小于0.25mm；高效抗旱剂吸水率在400倍以上，粒径小于0.25mm；预糊化淀粉、羟乙基淀粉、羧甲基纤维素、聚天门冬氨酸的粒径小于0.15mm；膨润土、高岭土的粒径小于0.05mm。
其制备步骤与第一实施例中的制备步骤相同，唯一差别在于所使用的聚乙二醇水溶液与尿素的重量比5.76％。
本实施例的最佳使用条件为：作物：夏玉米；土壤质地：壤土。
实施例6
本发明第六实施例的水肥隔离养护层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：预糊化淀粉12.8％、羟乙基淀粉1.0％、硬脂酸镁0.5％、黄糊精0.55％、硼砂0.2％；缓释层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：多功能肥料缓控释剂9.6％、膨润土16.2％；水分调节层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：高效抗旱剂10％、羧甲基纤维素2.2％、聚天门冬氨酸0.65％、高岭土1.5％。其中，多功能缓控释剂、高效抗旱剂、硬脂酸镁、黄糊精、硼砂的粒径小于0.25mm；高效抗旱剂吸水率在400倍以上，粒径小于0.25mm；预糊化淀粉、羟乙基淀粉、羧甲基纤维素、聚天门冬氨酸的粒径小于0.15mm；膨润土、高岭土的粒径小于0.05mm。
其制备步骤与第一实施例中的制备步骤相同，唯一差别在于所使用的聚乙二醇水溶液与尿素的重量比6.3％。
本实施例的最佳使用条件为：作物：夏玉米；土壤质地：粘壤土。
实施例7
本发明第七实施例的水肥隔离养护层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：预糊化淀粉14.6％、羟乙基淀粉1.2％、硬脂酸镁0.7％、黄糊精0.85％、硼砂0.59％；缓释层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：多功能肥料缓控释剂17％、膨润土10.3％；水分调节层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：高效抗旱剂18％、羧甲基纤维素3.1％、聚天门冬氨酸1.2％、高岭土2％。其中，多功能缓控释剂、高效抗旱剂、硬脂酸镁、黄糊精、硼砂的粒径小于0.25mm；高效抗旱剂吸水率在400倍以上，粒径小于0.25mm；预糊化淀粉、羟乙基淀粉、羧甲基纤维素、聚天门冬氨酸的粒径小于0.15mm；膨润土、高岭土的粒径小于0.05mm。
其制备步骤与第一实施例中的制备步骤相同，唯一差别在于所使用的聚乙二醇水溶液与尿素的重量比7％。
本实施例的最佳使用条件为：作物：棉花；土壤质地：砂土；灌溉条件：花蕾期浇1水、花铃期浇1水。
实施例8
本发明第一实施例的水肥隔离养护层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：预糊化淀粉12.8％、羟乙基淀粉1.5％、硬脂酸镁0.55％、黄糊精0.6％、硼砂0.55％；缓释层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：多功能肥料缓控释剂12％、膨润土13.7％；水分调节层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：高效抗旱剂13.8％、羧甲基纤维素3％、聚天门冬氨酸0.95％、高岭土1.5％。其中，多功能缓控释剂、高效抗旱剂、硬脂酸镁、黄糊精、硼砂的粒径小于0.25mm；高效抗旱剂吸水率在400倍以上，粒径小于0.25mm；预糊化淀粉、羟乙基淀粉、羧甲基纤维素、聚天门冬氨酸的粒径小于0.15mm；膨润土、高岭土的粒径小于0.05mm。
其制备步骤与第一实施例中的制备步骤相同，唯一差别在于所使用的聚乙二醇水溶液与尿素的重量比6.35％。
本实施例的最佳使用条件为：作物：棉花；土壤质地：壤土；灌溉条件：花蕾期浇1水。
实施例9
本发明第九实施例的水肥隔离养护层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：预糊化淀粉13.2％、羟乙基淀粉1.0％、硬脂酸镁0.5％、黄糊精0.52％、硼砂0.5％；缓释层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：多功能肥料缓控释剂6.8％、膨润土18.9％；水分调节层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：高效抗旱剂19％、羧甲基纤维素2.4％、聚天门冬氨酸0.65％、高岭土1.5％。其中，多功能缓控释剂、高效抗旱剂、硬脂酸镁、黄糊精、硼砂的粒径小于0.25mm；高效抗旱剂吸水率在400倍以上，粒径小于0.25mm；预糊化淀粉、羟乙基淀粉、羧甲基纤维素、聚天门冬氨酸的粒径小于0.15mm；膨润土、高岭土的粒径小于0.05mm。
其制备步骤与第一实施例中的制备步骤相同，唯一差别在于所使用的聚乙二醇水溶液与尿素的重量比5.55％。
本实施例的最佳使用条件为：棉花；土壤质地：粘壤土；灌溉条件：无灌溉。
上述描述仅作为本发明一种抗旱缓释尿素及制备方法可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。
Claims (4)
1.一种抗旱缓释尿素，其特征在于：包括尿素和由里到外对尿素进行包被的三个包被层：水肥隔离养护层、缓释层和水分调节层，水肥隔离养护层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：预糊化淀粉4-10％、羟乙基淀粉1-2％、硬脂酸镁0.1-0.5％、黄糊精0.4-2.0％、硼砂0.1-0.8％；缓释层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：多功能缓控释剂15-30％、膨润土10-20％；水分调节层所包含的各组分及其与尿素的重量比分别为：高效抗旱剂10-20％、羧甲基纤维素3-5％、聚天门冬氨酸0.1-2％、高岭土2-6％；其中，所述多功能缓控释剂、高效抗旱剂、硬脂酸镁、黄糊精、硼砂的粒径小于0.25mm；所述高效抗旱剂吸水率在400倍以上，粒径小于0.25mm；所述预糊化淀粉、羟乙基淀粉、羧甲基纤维素、聚天门冬氨酸的粒径小于0.15mm；所述膨润土、高岭土的粒径小于0.05mm。
2.一种制备权利要求1所述的抗旱缓释尿素的方法，使用造粒机对尿素进行包被，其特征在于步骤如下：
(1)包被水肥隔离养护层：将所述水肥隔离养护层的各组分、尿素、4-6g/L的聚乙二醇水溶液按比例进行物理混匀，其中聚乙二醇水溶液与尿素的重量比为4-8.5％，然后在造粒机内造粒；
(2)包被缓释层：将所述缓释层的各组分、步骤(1)制备的尿素、4-6g/L的聚乙二醇水溶液按比例进行物理混匀，其中聚乙二醇水溶液与尿素的重量比为4-8.5％，然后在造粒机内造粒；
(3)包被水分调节层：将所述水分调节层的各组分、步骤(2)制备的尿素、4-6g/L的聚乙二醇水溶液按比例进行物理混匀，其中聚乙二醇水溶液与尿素的重量比为4-8.5％，然后在造粒机内造粒；
(4)将步骤(3)制备的尿素从造粒机中取出，晒干或在烘干机中55-65℃条件下烘干到水分含量小于10％。
3.根据权利要求2所述的制备抗旱缓释尿素的方法，其特征在于：所述聚乙二醇的分子量为400-600。
4.根据权利要求2所述的制备抗旱缓释尿素的方法，其特征在于：所述造粒机为滚筒或圆盘造粒机，其工作转速为50-60r/min，倾角为1.5-3.0°。
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