CN103880550B - 利用空心陶瓷微珠包覆法制备的缓释化肥及其制备方法 - Google Patents

利用空心陶瓷微珠包覆法制备的缓释化肥及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于低成本包膜化肥领域，特别涉及一种利用空心陶瓷微珠包覆法制备的缓释化肥及其制备方法。本发明方法使用一定比例的煤矸石空心陶瓷微珠或粉煤灰空心陶瓷微珠、化肥和粘结剂为原料。化肥在调制好的粘结剂中浸渍后，沥去多余粘接剂，然后在煤矸石空心陶瓷微珠或粉煤灰空心陶瓷微珠中均匀滚动进行粘结，固化后获得煤矸石空心球包膜化肥；重复以上步骤可进行多层包覆。本发明方法所制备的缓释化肥为多层包覆结构，其具有双重缓释效应及社会环保效应，且成本低，适用广，制备方法简单有效，缓释性能达到标准。

Description

利用空心陶瓷微珠包覆法制备的缓释化肥及其制备方法
技术领域
本发明属于低成本包膜化肥领域，特别涉及一种利用空心陶瓷微珠包覆法制备的缓释化肥及其制备方法。
背景技术
调查表明，目前我国耕地面积占全球的7%，化肥使用量却占全球的35%。化肥的过量施用带来农田系统中的损失还会引起水体富营养化、大气温室效应(N2O、CH4、CO2)。这种施用化肥产生的面源污染在不少地区已经相当严重,如太湖地区、珠江水系等水体富营养化问题已引起国家和当地政府的高度重视,农田排放的N2O、CH4温室气体也引起国际舆论的强烈关注,如不采取有效的措施,后果将更为严重。
此外，化肥的利用率太低,会造成超量施肥,使土壤的物理性质不断恶化,这样将会影响农作物的产量和质量的提高。同时，超量施肥也造成肥料的大量浪费。
缓控释肥具有一次施入、长期释放的特点，可以做到一季作物只需一次施肥，节约了农民的施肥与管理成本，再加上肥料投入量的降低，缓控释肥施用成本也获得较大幅度地降低。
目前，关于包膜化肥的品种从文献看来也比较多，比如包覆松香、硫、硅、硅藻土及膨润土等。我国现阶段所使用缓释化肥多为包膜类化肥，虽然符合了缓释化肥的基本特点，但由于工艺较普通肥料复杂、所使用的包膜材料较为昂贵，致使其销售价格为普通化肥的3-8倍，推广受到一定的阻碍。而且由于相对成本居高不下，所以其只应用于一些特殊环境，比如高尔夫球场等。
煤矸石、粉煤灰等作为煤炭工业的固体废弃物，是与煤炭伴生的多矿物混合体，是采煤和洗煤过程中被分离出来的固体废渣。从煤炭开采来看，中国每年生产1亿吨煤炭，排放矸石1400万吨左右；从煤炭洗选加工来看，每洗选1亿吨炼焦煤排放矸石2000万吨，每洗1亿吨动力煤，排放矸石量1500吨。但是，煤矸石中含有炭质页岩和含炭粉砂岩，有机质含量在15％左右，并含有植物生长所需的B、Cu、Co、Mo、Mn等微量元素，所以可以用煤矸石改良土壤。
发明内容
清华大学和河北勇龙邦大新材料有限公司自主研发的煤矸石空心陶瓷微珠和粉煤灰空心陶瓷微珠（中国发明专利：200910131051.7）其尺寸为微米级别，同时空心球表面密布微米级别孔隙，因而具有一定的吸附和缓释能力。以此类空心球为包膜化肥的包覆材料，可以承担对所包覆化肥溶解的调控输出和输入作用，另外加上化肥和空心陶瓷微珠中间加入的树脂粘接层它具有破裂机制，使得该包覆化肥同时具有双重的缓释效果。
本发明的目的在于提供一种双重缓释的、双重环保的、低成本的、适用广的、可工业化规模的包膜缓释肥生产工艺。使用工业废弃物煤矸石或粉煤灰而制备的空心陶瓷微珠（图2a、图2b）为原料，利用其在粒状化肥外层，单层或多层包膜或反复包覆，从而形成缓释性能可控的包膜化肥（图1）。该方法成本低，可大量推广，并适用于工业规模。
针对现有技术不足，本发明提供了一种利用空心陶瓷微珠包覆法制备的缓释化肥及其制备方法。
一种利用空心陶瓷微珠包覆法制备缓释化肥的方法，其具体步骤如下：
（1）将空心陶瓷微珠、化肥和粘接剂按比例称量备料；
（2）将化肥在粘接剂中浸渍一段时间，并定向搅拌，后在筛网上沥去多余粘接剂，从而控制粘接剂的厚度；
（3）将沾有粘接剂的化肥在空心陶瓷微珠中均匀滚动，发生粘接，得到包覆物；由于粘接剂厚度的控制决定了所粘接的空心陶瓷微珠的厚度，可保证使所粘接的空心陶瓷微珠的厚度精确到一层；
（4）将步骤（3）所得包覆物在空气中晾干，获得空心陶瓷微珠包覆的缓释化肥。
根据需要多次重复步骤（1）～步骤（4），获得多层空心陶瓷微珠包覆的缓释化肥。根据需要可在步骤（1）中的化肥表面或步骤（4）所得缓释化肥表面均匀喷一层有机硅溶液。
所述空心陶瓷微珠为煤矸石空心陶瓷微珠或粉煤灰空心陶瓷微珠。
所述化肥为氮肥、速效氮肥、含氮复混肥和含氮复合肥中的一种或多种。
所述粘接剂为环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂和植物油树脂中的一种或多种或混合物。
步骤（1）中所述空心陶瓷微珠和化肥的质量比为1：（1～5）。
步骤（1）中所述粘接剂和化肥的质量比为1：（1～3）。
步骤（2）中所述化肥在粘接剂中浸渍的浸渍时间为0.5～10分钟。
一种空心陶瓷微珠包覆的缓释化肥，所述缓释化肥为多层包覆结构，其最内层为化肥层，所述化肥层外包覆多层粘接剂层和多层空心陶瓷微珠层；单层粘接剂层和单层空心陶瓷微珠层交替排列，其最内层为粘接剂层，最内层的粘接剂层包覆在所述化肥层外，所述缓释化肥的最外层为空心陶瓷微珠层。
所述粘接剂层通过逐级破裂的方式释放化肥，所述空心陶瓷微珠层通过调控输入和输出的方式释放化肥。
所述空心陶瓷微珠为煤矸石空心陶瓷微珠或粉煤灰空心陶瓷微珠。
所述化肥为氮肥、速效氮肥、含氮复混肥和含氮复合肥中的一种或多种。
所述粘接剂为环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂和植物油树脂中的一种或多种或混合物。
本发明的有益效果为：
本发明方法不仅利用了煤矸石和粉煤灰等工业固体废弃物为原料，而且由其制备而得到缓释化肥提高了化肥的利用率，同时可以改良土壤结构，具有二重环保效应，所以本发明在取得环保的社会效应的同时，也可以创造良好的经济效益。
本发明以清华大学和河北勇龙邦大新材料有限公司自主研发的煤矸石空心陶瓷微珠和粉煤灰空心陶瓷微珠为包覆材料（中国发明专利：200910131051.7），对尿素及复合肥、复混肥等进行了包覆，获得的包膜肥成本低；该包膜化肥具有双重缓释效应；双重社会环保效应。且该方法利用固体废弃物，成本低廉，且工艺简单，可规模化生产。
本发明中采用清华大学和河北勇龙邦大新材料有限公司自主研发的煤矸石空心陶瓷微珠或粉煤灰空心陶瓷微珠为包覆层原料（中国发明专利：200910131051.7），该空心球的主要成分为氧化硅、氧化铝、氧化铁等；同时，以环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂或植物油树脂的一种或混合物为粘接剂，在化肥外层单层或多层包覆空心球，获得由煤矸石空心陶瓷微珠或粉煤灰空心陶瓷微珠为包裹层的包膜化肥结构。该包膜化肥100℃下1小时快速浸提养分累积释放率为15%-25%，24小时快速浸提养分累积释放率25%-45%，25℃下28天养分累积释放率为25%-50%。由于空心陶瓷微珠有着较高的比表面积和丰富的微孔，对土壤中的水分和化肥溶液有着调控输入和输出的作用，因而缓释性能良好。
附图说明
图1为本发明方法所制备的缓释化肥结构示意图；
图2a和图2b分别为不同比例尺下本发明所使用的空心陶瓷微珠的形貌图；
图中标号：1-化肥层、2-粘接层、3-空心陶瓷微珠层。
具体实施方式
本发明提供了一种利用空心陶瓷微珠包覆法制备的缓释化肥及其制备方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
称取5g的煤矸石空心陶瓷微珠和10g的安徽无为县花卉肥料厂生产的HF18速效氮肥颗粒，调和5g的环氧树脂粘接剂。将速效氮肥置于环氧树脂粘接剂中浸渍2分钟，搅拌3分钟，然后置于筛网上沥去多余的环氧树脂粘接剂。将沾有环氧树脂粘接剂的速效氮肥在煤矸石空心陶瓷微珠粉末中均匀滚动，表面与煤矸石空心陶瓷微珠发生粘接。5小时后，形成煤矸石空心陶瓷微珠包覆化肥。所得煤矸石空心陶瓷微珠包覆化肥进行100℃快速浸提试验，24小时养分累计释放率为33%。
实施例2
称取3g的煤矸石空心陶瓷微珠和10g的安徽无为县花卉肥料厂生产的HF18速效氮肥颗粒，调和4g的环氧树脂粘接剂。将速效氮肥置于环氧树脂粘接剂中浸渍1分钟，搅拌3分钟，然后置于筛网上沥去多余的环氧树脂粘接剂。将沾有环氧树脂粘接剂的速效氮肥在煤矸石空心陶瓷微珠粉末中均匀滚动，表面与煤矸石空心陶瓷微珠发生粘接。3小时后，形成煤矸石空心陶瓷微珠包覆化肥。所得煤矸石空心陶瓷微珠包覆化肥进行100℃快速浸提试验，24小时养分累计释放率为35%。
实施例3
称取5g的粉煤灰空心陶瓷微珠和10g的安徽无为县花卉肥料厂生产的HF18速效氮肥颗粒，调和5g的环氧树脂粘接剂。将速效氮肥置于环氧树脂粘接剂中浸渍2分钟，搅拌3分钟，然后置于筛网上沥去多余环氧树脂粘接剂。将沾有环氧树脂粘接剂的速效氮肥在粉煤灰空心陶瓷微珠粉末中均匀滚动，表面与粉煤灰空心球发生粘接。5小时后，形成粉煤灰空心球包覆化肥。将所得粉煤灰空心陶瓷微珠包覆化肥再浸渍于5g环氧树脂中2分钟，搅拌2分钟，在筛网上沥去多余环氧树脂粘接剂，然后在5g空心陶瓷微珠中滚动，5小时后，形成第二层空心球包覆物，晾干固化后即得多层空心陶瓷微珠粉煤灰包覆的缓释化肥。最后在所得多层空心陶瓷微珠粉煤灰包覆的缓释化肥表面喷洒2g邦乐澳BLA101有机硅防水剂。所得多层空心陶瓷微珠粉煤灰包覆的缓释化肥进行100℃快速浸提试验，24小时养分累计释放率小于30%。

Claims (12)

1.一种利用空心陶瓷微珠包覆法制备缓释化肥的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将空心陶瓷微珠、化肥和粘接剂按比例称量备料；
(2)将化肥在粘接剂中浸渍一段时间，并定向搅拌，后在筛网上沥去多余粘接剂，从而控制粘接剂的厚度；
(3)将沾有粘接剂的化肥在空心陶瓷微珠中均匀滚动，发生粘接，得到包覆物；
(4)将步骤(3)所得包覆物在空气中晾干，获得空心陶瓷微珠包覆的缓释化肥。
2.根据权利要求1所述的一种利用空心陶瓷微珠包覆法制备缓释化肥的方法，其特征在于：根据需要多次重复步骤(1)～步骤(4)，获得多层空心陶瓷微珠包覆的缓释化肥；根据需要可在步骤(1)中的化肥表面或步骤(4)所得缓释化肥表面均匀喷一层有机硅溶液。
3.根据权利要求1所述的一种利用空心陶瓷微珠包覆法制备缓释化肥的方法，其特征在于：所述空心陶瓷微珠为煤矸石空心陶瓷微珠或粉煤灰空心陶瓷微珠。
4.根据权利要求1所述的一种利用空心陶瓷微珠包覆法制备缓释化肥的方法，其特征在于：所述化肥为氮肥。
5.根据权利要求1所述的一种利用空心陶瓷微珠包覆法制备缓释化肥的方法，其特征在于：所述粘接剂为环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂和植物油树脂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种利用空心陶瓷微珠包覆法制备缓释化肥的方法，其特征在于：步骤(1)中所述空心陶瓷微珠和化肥的质量比为1：(1～5)。
7.根据权利要求1所述的一种利用空心陶瓷微珠包覆法制备缓释化肥的方法，其特征在于：步骤(1)中所述粘接剂和化肥的质量比为1：(1～3)。
8.根据权利要求1所述的一种利用空心陶瓷微珠包覆法制备缓释化肥的方法，其特征在于：步骤(2)中所述化肥在粘接剂中浸渍的浸渍时间为0.5～10分钟。
9.一种空心陶瓷微珠包覆的缓释化肥，其特征在于：所述缓释化肥为多层包覆结构，其最内层为化肥层，所述化肥层外包覆多层粘接剂层和多层空心陶瓷微珠层；单层粘接剂层和单层空心陶瓷微珠层交替排列，其最内层为粘接剂层，最内层的粘接剂层包覆在所述化肥层外，所述缓释化肥的最外层为空心陶瓷微珠层。
10.根据权利要求9所述的一种空心陶瓷微珠包覆的缓释化肥，其特征在于：所述空心陶瓷微珠为煤矸石空心陶瓷微珠或粉煤灰空心陶瓷微珠。
11.根据权利要求9所述的一种空心陶瓷微珠包覆的缓释化肥，其特征在于：所述化肥为氮肥。
12.根据权利要求9所述的一种空心陶瓷微珠包覆的缓释化肥，其特征在于：所述粘接剂为环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂和植物油树脂中的一种或多种。
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