CN102584496A - 一种高效缓释尿素及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效缓释尿素，它利用包膜缓释液对尿素进行包膜，经干燥固化后制得；其中，所述的包膜缓释液由如下质量百分数的组分组成：γ-聚谷氨酸1～5％，硝化抑制剂1～5％，粘合剂0.5～5％，表面活性剂0.05～2％，其余为水；pH 5.5-6.5。本发明还公开了上述高效缓释尿素的制备方法。本发明的高效缓释尿素中的γ-聚谷氨酸具有包膜、螯合尿素和硝化抑制剂的作用，减少硝化抑制剂与氮肥的分离，减少硝态氮的淋溶和径流损失，可以实现一次性施肥不用追肥，可以提高肥料利用率15％以上，实现作物增产10-30％。
Description
技术领域
本发明涉及缓释肥料，具体地说是，涉及一种采用γ-聚谷氨酸和硝化抑制剂包膜得到的缓释尿素及其制备方法。
背景技术
2011年十一届全国人大四次会议上，农业部副部长危朝安在会上表示我国化肥年用量5460万吨(折纯氮磷钾)，为农业发展、农民增收，特别是粮食增产，作出了重要的贡献。其中尤以氮肥消费量最大，约2800万吨(折纯)。然而，氮肥通过挥发、淋溶和径流等途径，平均损失高达45％，致使每年损失的氮素高达1200多万吨，相当于2700多万吨尿素。大量的肥料流失不仅增加了农业成本，造成巨大的经济损失，而且导致环境污染。因此，在大力提倡节能减排的今天，提高氮肥利用率显得尤为重要。
γ-聚谷氨酸(γ-poly-glutamic acid，简称γ-PGA)是谷氨酸单体以γ-羧基与氨基相缩合的一种聚氨基酸，对环境无污染，为绿色生物产品，具极佳的生物可降解性、成膜性、成纤维性、可塑性、粘结性、保湿性等许多独特的理化和生物学特性，这些特性使其具有增稠、乳化、凝胶、成膜、保温、缓释、助溶和粘结等有益功能，使其在农业、医药、环境保护、食品、化妆品等诸多领域具有十分广阔的应用前景。
现在很多肥料中都添加硝化抑制剂，但硝化抑制剂在土壤剖面移动性很强，容易与铵离子发生分离，从而影响其硝化抑制效果，而且在砂粒含量高、保水能力差的土壤遇强降雨容易发生淋溶损失，因此研制一种高效环保的缓释肥在国家大力提倡节能减排的今天具有深远的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高效缓释尿素。针对现有技术都是简单的将一种或两种硝化抑制剂添加到肥料中，本发明将γ-聚谷氨酸与硝化抑制剂同时添加到肥料中，利用γ-聚谷氨酸的螯合及成膜性能在硝化抑制剂与肥料表明形成一层聚谷氨酸保护层，γ-聚谷氨酸与硝化抑制剂会产生协同作用从而减少了肥料的流失，延长了肥料释放期。
本发明还要解决的另一技术问题是提供上述高效缓释尿素的制备方法。
一种高效缓释尿素，它利用包膜缓释液对尿素进行包膜，经干燥固化后制得；
其中，所述的包膜缓释液由如下质量百分数的组分组成：
γ-聚谷氨酸 1～5％，
硝化抑制剂 1～5％，
粘合剂 0.5～5％，
表面活性剂 0.05～2％，
其余为水；
pH 5.5-6.5。
其中，包膜缓释液的质量占尿素质量的0.1～1％。
其中，所述的γ-聚谷氨酸为γ-聚谷氨酸纯品，或γ-聚谷氨酸盐纯品、或包含γ-聚谷氨酸的发酵培养物、γ-聚谷氨酸溶液、或含有γ-聚谷氨酸的可湿性粉剂；γ-聚谷氨酸盐纯品、包含γ-聚谷氨酸的发酵培养物、含有γ-聚谷氨酸的可湿性粉剂的用量以其中所含的γ-聚谷氨酸计；γ-聚谷氨酸的平均分子量为10～2000KDa。γ-聚谷氨酸优选的质量百分比范围是1～4％。
上述γ-聚谷氨酸优选用γ-聚谷氨酸溶液的形式，所述的γ-聚谷氨酸溶液按如下方法制备得到：微生物发酵生产γ-聚谷氨酸，发酵结束后，将得到γ-聚谷氨酸培养物，经板框过滤除菌，即可制得所需求的γ-聚谷氨酸溶液，其中，γ-聚谷氨酸溶液中，γ-聚谷氨酸的含量为2～6％。具体来说，γ-聚谷氨酸溶液可采用如下方法制备：发酵结束的发酵液，先用硫酸调发酵液pH为2～5，加0.1～3％的硅藻土搅拌均匀，经板框过滤除菌，用30～40％NaOH调节pH至6.0～8.0即可得到所需求的γ-聚谷氨酸溶液。但本发明不局限于上述γ-聚谷氨酸溶液的制作方法，通过现有的任何γ-聚谷氨酸生产菌株，任何现有的发酵方法制备得到的γ-聚谷氨酸，再经过滤除菌、得到的产品都可以用作γ-聚谷氨酸溶液。
其中，所述的硝化抑制剂为双氰胺或硫脲，优选双氰胺。硝化抑制剂的优选的质量百分比范围是2～4％。
其中，所述的粘合剂为聚乙烯醇、羧甲基纤维素和阿拉伯树胶中的任意一种或几种的混合物，优选聚乙烯醇。粘合剂优选的质量百分比范围是2～4％。
其中，所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和聚氧乙烯烷基醚中的任意一种或两种的混合物，优选聚氧乙烯烷基醚。表面活性剂优选的质量百分比范围是0.1～1％。
一种高效缓释尿素的制备方法，在反应器中加入配方量的水，加热至50～60℃，加入配方量的硝化抑制剂，搅拌5～15min，再加入配方量的粘合剂、表面活性剂，搅拌5～10min，最后加入配方量的γ-聚谷氨酸搅拌至全部溶解，调节pH 5.5～6.5，冷却后，在0.45-0.75MPa空气压力下，将包膜缓释液由存储罐经流量计吸入喷射器，使其与压缩空气混合雾化后通过流化床均匀喷涂在流化状态下的成型尿素颗粒表面，控制流化床进风温度55～70℃，经流化床喷涂包膜技术对尿素进行包膜经干燥固化后形成高效缓释尿素。
本发明的高效缓释尿素具有如下优点：
1、本发明肥料中同时添加γ-聚谷氨酸与硝化抑制剂，使γ-聚谷氨酸与硝化抑制剂作用互补，γ-聚谷氨酸具有包膜、螯合尿素和硝化抑制剂的作用，减少硝化抑制剂与氮肥的分离，减少硝态氮的淋溶和径流损失，可以实现一次性施肥不用追肥，农业生产中省工省时，可以提高肥料利用率15％以上，实现作物增产10～30％。
2、本发明对尿素的二次加工而言，设备投资少，生产工艺简单，操作方便，易于实现，投资回报率高，市场需求潜力大、前景好，是绿色环保的新产品，是肥料发展的新方向。
3、本发明的高效包膜缓释液基本组分中的γ-聚谷氨酸，会在植株根毛表层形成一层保护膜，不但具有保护根毛的功能，更能有效的提高肥料的溶解、存储、输送与吸收。阻止硫酸根、磷酸根、草酸根与金属元素产生沉淀作用，使作物能更有效的吸收土壤中磷、钙、镁及微量元素。
4、γ-聚谷氨酸是纯生物发酵干燥而成，具有多种肥效，不会对环境造成任何污染，其中含有氮、磷、钾等各种元素及植物生长调节剂，因此同时起到了营养、生理调节的作用，增强作物抗逆能力，有利于作物的生长。
5、本发明中的γ-聚谷氨酸与硝化抑制剂会产生一种协同作用，γ-聚谷氨酸生物大分子可以螯合吸附硝化抑制剂和尿素肥料，使二者不易发生分离，同时还会在二者表面形成一层保护膜，减少铵态氮向硝态氮的转化，降低硝态氮的淋溶、径流和反硝化损失，提高氮肥利用率。
6、效果好，本发明的高效缓释尿素可以延长尿素肥效期60～70天，肥效期可达120天以上。
7、能够改善作物品质，本发明中的γ-聚谷氨酸可以提高瓜果的糖分含量，减少硝酸盐在农产品中的积累，增加粮食作物的淀粉含量，提高了作物品质。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例1：适用于青菜的高效缓释尿素。
1.包膜缓释液由以下质量百分含量的物质组成：
γ-聚谷氨酸3.0％，双氰胺3.0％，聚乙烯醇0.5％、羧甲基纤维素3.0％，十二烷基苯磺酸钠0.3％，其余为水，pH 6.0。
2.包膜缓释液的制备：在反应器中加入配方量的水，开动搅拌，加热至水温达到55℃，加入配方量的双氰胺，搅拌10min，再加入配方量的聚乙烯醇、羧甲基纤维素、十二烷基苯磺酸钠，搅拌10min，最后加入配方量的γ-聚谷氨酸搅拌至全部溶解，调节pH 6.0，冷却后转至储存罐备用。
3.高效缓释尿素的制备：在0.45MPa空气压力下，将包膜缓释液由存储罐经流量计吸入喷射器，使其与压缩空气混合雾化后通过流化床均匀喷涂在流化状态下的成型尿素颗粒表面，控制流化床进风温度60℃，干燥后即可得到高效缓释尿素肥料成品，其中包膜缓释液喷出量占尿素质量的0.5％。
实施例2：适用于桃树的高效缓释尿素。
1.包膜缓释液由以下重量百分含量的物质组成：
γ-聚谷氨酸精粉5％，硫脲1％，聚乙烯醇0.5％，十二烷基苯磺酸钠0.05％，其余为水，pH 6.1。
2.包膜缓释液的制备：在反应器中加入配方量的水，开动搅拌，加热至水温达到65℃，加入配方量的硫脲，搅拌10min，再加入配方量的聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠，搅拌5min，最后加入配方量的γ-聚谷氨酸搅拌至全部溶解，调节pH 6.1，冷却后转至储存罐备用。
3.高效尿素的制备：在0.7MPa空气压力下，将包膜缓释液由存储罐经流量计吸入喷射器，使其与压缩空气混合雾化后通过流化床均匀喷涂在流化状态下的成型尿素颗粒表面，控制流化床进风温度65℃，干燥后即可得到高效缓释尿素肥料成品，其中包膜缓释液喷出量占尿素质量的0.7％。
实施例3：适用于小麦的高效缓释尿素。
由γ-聚谷氨酸1.5％(重量百分含量，以下相同)，双氰胺2.0％，聚乙烯醇0.5％、阿拉伯树胶2.5％，聚氧乙烯烷基醚1.0％，其余为水，pH 6.5组成的包膜缓释液经流化床包膜制成了适于小麦的高效缓释尿素，其中包膜缓释液喷出重量占尿素重量的0.6％。
为了研究本产品对盆栽小麦的产量和肥料利用率的影响，我们还加工了下面两种肥料作为对照，(1)由γ-聚谷氨酸1.5％，聚乙烯醇0.5％、阿拉伯树胶2.5％，聚氧乙烯烷基醚1.0％，其余为水，pH 6.5组成的包膜缓释液经流化床包膜制成了制成γ-聚谷氨酸包膜尿素；(2)由双氰胺2.0％，聚乙烯醇0.5％、阿拉伯树胶2.5％，聚氧乙烯烷基醚1.0％，其余为水，pH 6.5组成的包膜缓释液经流化床包膜制成双氰胺包膜尿素，其中包膜缓释液喷出量占尿素质量的0.6％。
试验于2010年11月至2011年7月在江苏省农业科学院温室进行，供试品种为：宁麦13。试验设4个处理，4次重复，共16盆。随机区组排列。分别施纯N、P2O5和K2O为每千克土150mg、100mg和150mg。氮肥为尿素，磷肥为钙镁磷肥，钾肥为硫酸钾，每盆装土2.5kg。试验设计：(1)普通尿素(N 46％)基施，即为试验对照CK；(2)γ-聚谷氨酸包膜尿素基施；(3)双氰胺包膜尿素基施；(4)γ-聚谷氨酸和双氰胺混合物包膜尿素基施(即本发明的高效缓释尿素)；同时做不施氮对照，以便计算肥料利用率。
表1γ-聚谷氨酸基施对盆栽小麦籽粒及产量的影响
注：同一列相同字母代表差异不显著α＝0.05n＝4，下同。
表2不同处理氮肥利用率
由表1、表2可见含γ-聚谷氨酸和硝化抑制剂的高效包膜尿素能增加小麦千粒重13.0％，使小麦籽粒更加饱满，提高小麦盆栽产量14.9％，当包膜液中缺少γ-聚谷氨酸和硝化抑制剂中的一种成分时只能提高小麦盆栽产量2.3％，含γ-聚谷氨酸和硝化抑制剂的高效包膜尿素能提高氮肥利用率16.5％，而γ-聚谷氨酸或硝化抑制剂中的单一成分存在时只能提高氮肥利用率5.1～5.2％，说明γ-聚谷氨酸与硝化抑制剂具有明显的协同作用，推测可能原因是γ-聚谷氨酸包裹、螯合硝化抑制剂，减少了硝化抑制剂与NH4 +的分离，延长了硝化抑制剂的作用时间，硝化抑制剂改变了土壤中微生物菌群的活动，从而减少了微生物对γ-聚谷氨酸的降解利用作用，从而提高了氮肥利用率。
实施例4：适用于玉米的高效缓释尿素。
由γ-聚谷氨酸3.5％，双氰胺3.5％，聚乙烯醇1.5％、羧甲基纤维素1.0％，十二烷基苯磺酸钠0.3％，其余为水，pH 5.5组成的包膜缓释液经流化床包膜制成了适于玉米的高效缓释尿素，其中包膜缓释液喷出重量占尿素重量的0.5％。
为了研究本产品对小区玉米土壤中硝态氮、铵态氮含量变化的影响，我们还加工了下面两种肥料作为对照，(1)由γ-聚谷氨酸3.5％，聚乙烯醇1.5％、羧甲基纤维素1.0％，十二烷基苯磺酸钠0.3％，其余为水，pH 5.5组成的包膜缓释液经流化床包膜制成了制成γ-聚谷氨酸包膜尿素；(2)双氰胺3.5％，聚乙烯醇1.5％、羧甲基纤维素1.0％，十二烷基苯磺酸钠0.3％，其余为水，pH 5.5组成的包膜缓释液经流化床包膜制成双氰胺包膜尿素，其中包膜缓释液喷出量占尿素质量的0.5％。
试验于2011年6月至2011年10月在江苏省农业科学院六合基地进行。试验设4个处理，4次重复，共20个小区，小区长5m，宽4m，小区面积20m2，四周设保护行，随即区组排列。所有处理用N量为15kg/亩，磷肥用过磷酸钙(含P2O5，12％)，亩用量50kg；钾肥用硫酸钾(含K2O，50％)，亩用量20kg。试验设计：(1)不施尿素，只施磷钾肥；(2)普通尿素(N 46％)基施，即为试验对照CK；(3)γ-聚谷氨酸包膜尿素基施；(4)双氰胺包膜尿素基施；(5)γ-聚谷氨酸和双氰胺包膜尿素基施；
表3100d后土壤中硝态氮和铵态氮含量的变化
由上表可知，使用γ-聚谷氨酸包膜尿素处理，玉米收获后10～20cm土壤中的硝态氮含量由8.9提高到14.5mg/kg，使用双氰胺包膜尿素处理，玉米收获后10～20cm土壤中的硝态氮含量由8.9提高到15.1mg/kg，而使用γ-聚谷氨酸和双氰胺包膜尿素处理的土壤中硝态氮的含量由8.9提高到9.7mg/kg，铵态氮含量为26.3mg/kg，在所有处理中含量最高，说明γ-聚谷氨酸和双氰胺包膜尿素可以明显降低土壤中铵态氮向硝态氮的转化，由上表数据还可以看出10～20cm土壤中硝态氮含量的升高会提高20～40cm中硝态氮的含量，从而导致硝态氮的淋溶损失。因此γ-聚谷氨酸和双氰胺包膜尿素中γ-聚谷氨酸和双氰胺具有协同促进作用，比单独使用一种成分效果好，可以明显降低土壤中铵态氮向硝态氮的转化，减少了硝态氮的淋溶损失。
实施例5：适用于水稻的高效缓释尿素。
1.包膜缓释液由以下重量百分含量的物质组成：
γ-聚谷氨酸溶液，其中γ-聚谷氨酸含量占总包膜缓释液重量的1％，双氰胺5％，阿拉伯树胶5％，十二烷基苯磺酸钠1％，聚氧乙烯烷基醚0.5％，其余为水，pH 6.2。
2.包膜缓释液的制备：在反应器中加入配方量的水，开动搅拌，加热至水温达到60℃，加入配方量的双氰胺，搅拌10min，再加入配方量的阿拉伯树胶、十二烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯烷基醚，搅拌10min，最后加入配方量的γ-聚谷氨酸搅拌至全部溶解，调节pH 6.2，冷却后转至储存罐备用。
3.高效尿素的制备：在0.55MPa空气压力下，将包膜缓释液由存储罐经流量计吸入喷射器，使其与压缩空气混合雾化后通过流化床均匀喷涂在流化状态下的成型尿素颗粒表面，控制流化床进风温度65℃，干燥后即可得到高效缓释尿素肥料成品，其中包膜缓释液喷出量占尿素质量的1％。
Claims (7)
1.一种高效缓释尿素，其特征在于，它利用包膜缓释液对尿素进行包膜，经干燥固化后制得；
其中，所述的包膜缓释液由如下质量百分数的组分组成：
γ-聚谷氨酸 1～5％，
硝化抑制剂 1～5％，
粘合剂 0.5～5％，
表面活性剂 0.05～2％，
其余为水；
pH 5.5-6.5。
2.根据权利要求1所述的高效缓释尿素，其特征在于，包膜缓释液的质量占尿素质量的0.1～1％。
3.根据权利要求1所述的高效缓释尿素，其特征在于，所述的γ-聚谷氨酸为γ-聚谷氨酸纯品、或γ-聚谷氨酸盐纯品、或包含γ-聚谷氨酸的发酵培养物、γ-聚谷氨酸溶液、或含有γ-聚谷氨酸的可湿性粉剂；γ-聚谷氨酸盐纯品、包含γ-聚谷氨酸的发酵培养物、含有γ-聚谷氨酸的可湿性粉剂的用量以其中所含的γ-聚谷氨酸计；γ-聚谷氨酸的平均分子量为10～2000KDa。
4.根据权利要求1所述的高效缓释尿素，其特征在于，所述的硝化抑制剂为双氰胺或硫脲。
5.根据权利要求1所述的高效缓释尿素，其特征在于，所述的粘合剂为聚乙烯醇、羧甲基纤维素和阿拉伯树胶中的任意一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的高效缓释尿素，其特征在于，所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和聚氧乙烯烷基醚中的任意一种或两种的混合物。
7.权利要求1所述的高效缓释尿素的制备方法，其特征在于，在反应器中加入配方量的水，加热至50～60℃，加入配方量的硝化抑制剂，搅拌5～15min，再加入配方量的粘合剂、表面活性剂，搅拌5～10min，最后加入配方量的γ-聚谷氨酸搅拌至全部溶解，调节pH 5.5～6.5，冷却后经流化床喷涂包膜技术对尿素进行包膜，经干燥固化后形成高效缓释尿素。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20120718 Assignee: Inner Mongolia Boda Chemical Co., Ltd. Assignor: Nanjing University of Technology Contract record no.: 2015990000388 Denomination of invention: Efficient slow-release urea and preparation method thereof Granted publication date: 20130807 License type: Exclusive License Record date: 20150528 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model |