CN103145138A - 一种新型高效控制化肥养分在环境中迁移的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型控制化肥养分在环境中迁移的方法，具体是将辐照和化学改性的凹凸棒土制成高性能化肥助剂，添加到化肥中，即可控制养分迁移和流失。具体改性原理为，辐照的溅射、库伦和热效应将团聚的棒晶解离，再通过化学改性增加其表面的羟基数量并修饰阴离子，以提高其表面负电性，从而大幅度提高凹凸棒土对化肥养分的固定能力。本技术可以有效减少化肥养分流失，对提高化肥利用率和保护环境具有潜在意义。

Description

一种新型高效控制化肥养分在环境中迁移的方法
技术领域
本方法涉及一种新型高效控制化肥养分在环境中迁移的方法，属于化肥技术领域。
背景技术
我国是化肥生产和消费大国。目前，我国的化肥利用率很低，氮、磷、钾肥分别为25％至30％、10％至25％、35％至50％。目前我国每公顷化肥使用量达240公斤，单位面积施肥量是世界平均量的1.6倍。我国化肥利用率大大低于发达国家水平，且化肥的使用效率呈下降的趋势。全国每年因施肥造成氮流失达1650万吨，经济损失近千亿元，重要的是带来从空中到地下的严重的环境立体污染。对大气，化肥对大气的污染主要表现在施用化肥、化肥生产或贮运时排放的氨气、温室气体等造成的直接污染。对土壤，土壤中的化肥在水的沥滤作用下发生迁移从而流入江河、湖泊或进入地下水，构成水体富营养化的主要面污染源。对农产品，化肥最令人担忧的是硝酸盐的积累问题。生长在施用化肥土壤上的植物，可以通过根系吸收土壤中的硝酸盐。若过度施肥，会导致大量的硝酸盐积累于叶、茎和根中，危害取食的人类和牲畜。对土壤，化肥对土壤的污染，一方面大量施肥易引起土壤板结；另一方面大量施肥可能造成土壤中敏感生物种的减少和消灭，破坏农田生态平衡，影响生物多样性。
缓释、控释、复合高效和环境友好是肥料发展的总趋势，研制并应用全营养控释肥料是肥料科学的最终目标之一。自从1942年脲醛肥料取得专利以来，缓释肥料已有长足进步，近几年又发展到控释肥而且有一部分已经在农业生产中实际应用。特别是70年代以后，国外进行了大量研究，现在市场上以商业产品销售的缓释/控释肥料已达数十种。美国、日本及西欧各国，正致力于应用现代技术发展缓释、控释肥料。自20世纪60年代末，中国开始缓控释肥料的研发，并取得了阶段性成果，陆续推出新型缓控释肥料，从原理上大体可分为包膜型和尿酶抑制型。包膜型肥料的主要研发单位有，中国科学院南京土壤研究所、上海化工研究院、湖南、福建、山东、浙江等省农科院、郑州工业大学等。尿酶抑制型研发单位主要为沈阳应用生态研究所。
近期，中科院合肥物质科学研究院研发出一种新型缓控释肥料—控失肥料，其原理不同于包膜和尿酶抑制，而是利用天然纳米黏土材料自组装形成的微纳网络结构，将化肥养分固定，控制养分的流失。由于其成本较低，目前已经大面积推广，占领国内缓控释肥料行业10%左右市场。但是其主要原材料凹凸棒土存在天然团聚性，棒晶之间易抱团，且表面羟基数量有限，不利于性能发挥，导致添加量较高。针对这个问题，本专利提供一种棒晶解离和增加表面羟基数量的方法，以提高凹凸棒土分散性和对肥料的结合能力，研发一种新型的化肥助剂，实现更好控制化肥养分迁移的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型高效控制化肥养分在环境中迁移的方法，通过对凹凸棒土进行物理改性和化学修饰，增加其分散性能和表面羟基数量，从而将化肥养分更好地结合在凹凸棒土“柴堆状”微纳结构中，同时通过弱相互作用将氮素与该网络结合，从而放大氮素离子或分子的空间尺寸，使它在土壤滤层中迁移速率降低，达到氮肥固定在耕作层的目的。具体原理为：首先利用水溶液沉降法将凹凸棒土提纯，然后通过酸洗去除凹凸棒土内部无机杂质并将表面活化，接着利用高能电子束和钴60辐照可以通过溅射效应、库伦效应和热效应将聚集在一起的棒晶解离，再通过彭氢化纳处理，增加棒晶表面的羟基数量，最后利用六偏磷酸钠和海藻酸钠将阴离子基团（六偏磷酸根以及草酸根离子）修饰在棒晶表面上，以提高其表面负电位（绝对值），增强分散性能。改性后的凹凸棒土可以作为助剂添加到化肥中，即具有高效控制化肥养分迁移和流失的目的。
本发明技术方案如下：
    一种新型高效控制化肥养分在环境中迁移的方法，包括以下步骤：
    （1）将100-800目胶体级凹凸棒土加入到自来水中配成浓度为20-100g/L的悬浊液，5000-10000rpm搅拌5-10分钟，静置10-30分钟，弃下层1/5-1/4体积的泥浆，保留其余悬浊液；
    （2）往余下悬浊液中加入盐酸，保持盐酸浓度为0.5-3 M，1000-3000 rpm搅拌反应20-40分钟，静置10-30分钟，弃上清，然后加自来水，使其达到原来的浓度，然后静置去上清，将余下泥浆于60-100℃烘干，粉碎成200-400目；
    （3）利用能量为1-5 MeV和剂量为5-50 kGy的伽马射线辐照5-30 分钟；
    （4）再利用能量为5-10 MeV和剂量为10-50 kGy的高能电子束辐照5-10分钟；
    （5）将辐照过的凹凸棒土与硼氢化钠按照质量比90-95:5-10混合均匀，加入到自来水中配置成浓度为20-100g/L的悬浊液，40-50℃下1000-5000 rpm搅拌5-10分钟，静置10-30分钟，弃上清，然后加自来水，使其达到原来的浓度，然后静置去上清，将余下泥浆于60-100℃烘干，粉碎成200-400目；
    （6）将步骤（5）中得到的凹凸棒土与200-400目六偏磷酸钠和200-400目海藻酸钠按照85-90:5-8:2-10的质量比混合均匀，即得化肥助剂。
    （7）将上述化肥助剂按照2-10%质量分数添加到化肥中，造粒即可。
本发明有益效果：
    （1）本发明可以有效实现棒晶解离，提高凹凸棒土分散性和比表面积；
    （2）本发明可以有效增加凹凸棒土表面羟基数量，提高其与化肥养分的结合能力；
    （3）本发明可以有效将氮肥固定在耕作层，减少其在土壤中向下迁移速率和量，提高氮素利用率，减少施肥量和次数。
具体实施方式
实施例1
（1）将50 kg 400目胶体级凹凸棒土加入到自来水中配成浓度为30 g/L的悬浊液，5000rpm搅拌10分钟，静置20分钟，弃下层1/5体积的泥浆，保留其余悬浊液；
（2）往余下悬浊液中加入盐酸，保持盐酸浓度为1 M，3000rpm搅拌反应20分钟，静置30分钟，弃上清，然后加自来水，使其达到原来的浓度，然后静置去上清，将余下泥浆于90℃烘干，粉碎成400目；
（3）利用能量为5 MeV和剂量为40 kGy伽马射线辐照10 分钟；
（4）再利用能量为10 MeV和剂量为45kGy高能电子束辐照5分钟；
（5）将辐照过的凹凸棒土与硼氢化钠按照质量比90:10混合均匀，加入到自来水中配置成浓度为40g/L的悬浊液，50℃下3000 rpm搅拌10分钟，静置30分钟，弃上清，然后加自来水，使其达到原来的浓度，然后静置去上清，将余下泥浆于80℃烘干，粉碎成300目；
（6）将步骤（5）中得到的凹凸棒土与300目六偏磷酸钠和300目）海藻酸钠按照85:8:7的质量比混合均匀，即得化肥助剂。
（7）将上述化肥助剂按照5%质量分数添加到氯化铵中，造粒即可。
实施例2
（1）将100kg 300目胶体级凹凸棒土加入到自来水中配成浓度为40 g/L的悬浊液，6000 rpm搅拌20分钟，静置30分钟，弃下层1/4体积的泥浆，保留其余悬浊液；
（2）往余下悬浊液中加入盐酸，保持盐酸浓度为1.5 M，3000 rpm搅拌反应30分钟，静置30分钟，弃上清，然后加自来水，使其达到原来的浓度，然后静置去上清，将余下泥浆于100℃烘干，粉碎成300目；
（3）利用能量为5 MeV和剂量为40 kGy的伽马射线辐照10 分钟；
（4）再利用能量为10 MeV和剂量为400 kGy的高能电子束辐照5分钟；
（5）将辐照过的凹凸棒土与硼氢化钠按照质量比85:15混合均匀，加入到自来水中配置成浓度为30g/L的悬浊液， 40℃下4000 rpm搅拌20分钟，静置30分钟，弃上清，然后加自来水，使其达到原来的浓度，然后静置去上清，将余下泥浆于80℃烘干，粉碎成300目；
（6）将步骤（5）中得到的凹凸棒土与300目六偏磷酸钠和300目海藻酸钠按照80:15:5的质量比混合均匀，即得化肥助剂。
（7）将上述化肥助剂按照5%质量分数添加到尿素中，造粒即可。

Claims (1)

1.一种新型高效控制化肥养分在环境中迁移的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将100-800目胶体级凹凸棒土加入到自来水中配成浓度为20-100g/L的悬浊液，5000-10000rpm搅拌5-10分钟，静置10-30分钟，弃下层1/5-1/4体积的泥浆，保留其余悬浊液；
（2）往余下悬浊液中加入盐酸，保持盐酸浓度为0.5-3 M，1000-3000 rpm搅拌反应20-40分钟，静置10-30分钟，弃上清，然后加自来水，使其达到原来的浓度，然后静置去上清，将余下泥浆于60-100℃烘干，粉碎成200-400目；
（3）利用能量为1-5 MeV和剂量为5-50 kGy的伽马射线辐照5-30 分钟；
（4）再利用能量为5-10 MeV和剂量为10-50 kGy的高能电子束辐照5-10分钟；
（5）将辐照过的凹凸棒土与硼氢化钠按照质量比90-95:5-10混合均匀，加入到自来水中配置成浓度为20-100g/L的悬浊液，40-50℃下1000-5000 rpm搅拌5-10分钟，静置10-30分钟，弃上清，然后加自来水，使其达到原来的浓度，然后静置去上清，将余下泥浆于60-100℃烘干，粉碎成200-400目；
（6）将步骤（5）中得到的凹凸棒土与200-400目六偏磷酸钠和200-400目海藻酸钠按照85-90:5-8:2-10的质量比混合均匀，即得化肥助剂；
（7）将上述化肥助剂按照2-10%质量分数添加到化肥中，造粒即可。
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