CN105503394B - 一种通过无机二级吸附制备缓释肥料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过无机二级吸附制备缓释肥料的方法，该生态肥以硝酸钾、磷酸钙、磷酸氢钙、尿素、凹凸棒、膨润土、白炭黑、硅藻土、膨胀珍珠岩为主要原料，通过多孔无机粉体材料的二级吸附及网状多孔材料的再吸附过程，形成具有良好缓释效果的复合生态肥；其中，所述各主要组分的重量配比为：硝酸钾35~45份，磷酸钙5~8份，磷酸氢钙5~8份，尿素12~20份，凹凸棒5~10份，膨润土5~10份，白炭黑5~10份，硅藻土5~10份，膨胀珍珠岩5~10份，其中凹凸棒与膨润土共12~16份，白炭黑，硅藻土，膨胀珍珠岩共20~25份。本发明制得的无机吸附缓释肥料具有成本低，肥效持久、可控，制备过程简单等优点。

Description

一种通过无机二级吸附制备缓释肥料的方法

技术领域

本发明涉及一种复合生态肥的制备方法，尤其是涉及一种通过无机二级吸附制备缓释肥料的方法。

背景技术

化肥在农业生产中占有重要地位，是农业生产中最大的物质投资，约占其全部生产性支出的50%。据联合国粮农组织估计，发展中国家粮食的增产中，其55%来自化肥的作用。我国化肥的投入和粮食的关系也基本符合这一规律，随着高产、高效、优质农业的发展，化肥在我国农业中的地位将更为重要，我国农业已成为世界上最大的化肥生产国和消费国。

农业生产实践表明，由于肥料性质与土壤环境条件的综合影响，肥料利用率低是化肥使用上普遍存在的问题。目前我国化肥的当季利用率较低：氮为30%～35%，磷为10%～20%，钾为30%～35%。其中氮的损失特别严重，不仅造成了直接的经济损失，而且部分地区因施肥不当已引起环境污染，出现地表富营养化、地下水和素菜中硝态氮含量超标、氧化亚氮排放量增加等问题。传统的肥料利用率低，肥效期短，养分容易淋失、挥发和固定，而速效性肥料不仅利用率低，而且成本高，污染严重，也不适应农业现代化的要求。采用针对性施肥技术是从根本解决我国目前施肥落后现状的重要途径，也是农业生产发展的必要选择，发展可持续高效农业已成为世界共同关注的问题。因此，研究应用缓释性肥料，提高肥料利用率，减少因施肥而造成的污染，对我国农业可持续发展意义重大而深远。

缓释肥料种类较多，按其含义可分为两类：一类有机氮化合物，包括脲甲醛缩合物、其它脲醛和合成氮化合物，例如尿素与甲醛、乙醛、正丁烯醛、异丁烯醛等缩合而成的肥料。此类肥料被植物吸收后，在植物体内的代谢时间长，不易排出体外，属于缓慢代谢类缓释肥料；另一类是包膜肥料，包括非有机物包膜肥料、有机聚合物包膜肥料、热塑性树脂包膜肥料、聚合物包膜硫包衣尿素和基质复合肥料等。此类缓释肥中营养元素与特定物质连接，在供给营养和肥力缓释方面效果明显。

缓释肥料按其加工过程的不同，主要分为整体法和微囊法，分别对应上述两类缓释肥料。其中，以整体法制备的有机氮化合物缓释肥，需要将肥料溶解后重新造粒，此外还需借助于难溶于水的高分子聚合物，另外在很多情况下，低分子量脲醛部分提供的氮素比例在作物生长前期超过了作物所需要的量，然而高分子量部分提供氮素又太慢，养分释放后残留的聚合物可能带来二次污染；微囊法是通过包涂惰性物质的半透膜，以控制肥料向外的渗透速率，但此法往往制备成本较高，同时包膜材料易对土壤造成污染。

综上考虑到，通过无机吸附方法制备缓释基质复合肥料，利用价格低廉的强吸附性的无机材料作为载体，利用整体法原理，在一定条件下能够快速将无机材料与营养元素有机结合，是制备缓释肥的极佳选择。因此，本发明具有很大的理论及实践意义落。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过无机二级吸附制备缓释肥料的方法, 以无机物为吸附剂,通过二级吸附使复合肥能在土壤环境中保持较稳定状态，减缓释放速度，从而制得综合性价比较高的缓释复合生态肥。解决目前缓释化肥成本高，制备难度大等问题，从而得到肥效持久，综合经济效益良好的缓释肥料。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种通过无机二级吸附制备缓释肥料的方法,其特征在于通过微孔无机物的一级吸附和大孔网状无机物的二级吸附获得缓释肥料，制备缓释肥的主要原料按重量份计为：硝酸钾35~45份，磷酸钙5~8份，磷酸氢钙5~8份，尿素12~20份，凹凸棒土5~10份，膨润土5~10份，白炭黑5~10份，硅藻土5~10份，膨胀珍珠岩5~10份。

一种通过无机二级吸附制备缓释肥料的方法，分为以下六个阶段：硝酸钾的二级吸附，磷酸钙及磷酸氢钙的二级吸附，尿素的二级吸附，再造粒过程，表面处理过程、再吸附过程。

所述硝酸钾的二级吸附阶段的具体操作方法为：取凹凸棒土及膨润土，置于低速搅拌器中，加入无水乙醇作分散剂，搅拌2~2.5h。然后加入硝酸钾粉末，搅拌20~30min。最后加入正硅酸乙酯，继续搅拌2~4h。

优选的，每克硝酸钾对应的无水乙醇的加入量为5~10mL，对应正硅酸乙酯的加入量为1~2mL。

优选的，低速搅拌机的搅拌速度为30~50r/min。

所述磷酸钙及磷酸氢钙的二级吸附阶段的操作方法为：取凹凸棒土及膨润土，置于低速搅拌器中，加入去离子水作分散剂，搅拌1~2h。然后加入磷酸钙及磷酸氢钙粉末，搅拌20~30min。最后加入正硅酸乙酯，继续搅拌4~6h。

优选的，去离子水的加入量为凹凸棒土及膨润土重量的30~50倍，每克磷酸钙及磷酸氢钙对应正硅酸乙酯的加入量为1~2mL。

优选的，低速搅拌机的搅拌速度为50~70r/min。

所述尿素的二级吸附阶段的操作方法为：取凹凸棒土及膨润土，置于低速搅拌器中，加入液体四氯化碳作分散剂，搅拌2~2.5h。然后加入尿素粉末，搅拌20~30min。最后加入正硅酸乙酯，继续搅拌1~2h。

优选的，每克尿素对应的四氯化碳加入量为5~10mL，对应正硅酸乙酯的加入量为1~2mL。

优选的，低速搅拌机的搅拌速度为30~50r/min。

所述再造粒过程阶段的具体操作方法为：将上述三个步骤所得的多孔材料吸附肥料的混合液分别抽滤，所得固体置于真空烘箱中干燥，并混合，粉碎，使其粒径为60~100目。

优选的，所述干燥温度不宜过高，60~80℃为宜。

所述表面处理过程阶段的具体操作方法为：首先取一定量的白炭黑及硅藻土粉末，加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，于高速混合机中搅拌混合。然后取一定质量的膨胀珍珠岩，加热使其膨胀后，进行冷却，并加入氨水进行预处理，再与3-氨基丙基三乙氧基硅烷的无水乙醇混合，置于高速混合机中，加热搅拌。

优选的，所述3-氨基丙基三乙氧基硅烷的加入量为无机物质量的1~3%，无水乙醇的质量为3-氨基丙基三乙氧基硅烷的1~2倍。

优选的，所述高速混合的温度为100~110℃，转速为100~120r/min，时间为20~30min。

所述再吸附过程阶段的具体操作方法为：将上述经二级吸附作用得到的肥料，与上述经表面处理后的白炭黑，硅藻粉及膨胀珍珠岩，以一定比例混合，置于低速搅拌器中，搅拌至均匀分散并有效吸附。

优选的，所述搅拌速度为30~50r/min，时间为1~3h。

所述凹凸棒土，为链层状镁硅酸盐粘土矿物，层间有通道，比表面积大，氨氮吸附能力强；所述膨润土为 钠基膨润土，层间阳离子为Na+，是以蒙脱石为主的含水粘土矿，具有物理、化学及离子交换吸附功能；所述白炭黑为无定型粉末，多孔性物质，有着良好的亲和性和化学稳定性，具有极强的吸附能力。所述硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩制得的粉体，矿物成分为蛋白石及其变种，具有特殊多孔网状构造；所述膨胀珍珠岩为加热后可膨胀形成多孔结构的矿物岩石，吸附水分和无机物的能力强。

本发明中，先以不同的分散剂，对凹凸棒土及膨润土进行搅拌分散，再对硝酸钾，磷酸钙，磷酸氢钙及尿素分别进行吸附，其吸附原理符合二级吸附原理。由于凹凸棒土独特的层链状结构，使其内表面积及比表面积很大，吸附能力强。而膨润土具有很强的物理，化学及离子交换吸附能力。因此，二级吸附的吸附率较高。为使吸附平衡处于较高点，二级吸附需在较低的温度下进行。为使二级吸附后的复合肥能在土壤环境中保持较稳定状态，减缓释放速度，采用多孔网状的白炭黑，硅藻土及膨胀珍珠岩对以吸附好的材料进行再吸附，以进一步提高其性能。白炭黑和硅藻土具有多孔结构，而膨胀珍珠岩在加热条件下膨胀，体积增大数十倍，形成很多孔洞，他们经表面改性后，表面形成超细粉粒子，具有更好的吸附效果，从而制得综合性价比较高的缓释复合生态肥。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明所使用的强吸附性能的无机材料可与肥料营养元素有机结合，肥效持久，缓释性能佳。

（2）本发明所选无机材料价格低廉，制备过程相对简化，整体造价低。无机材料作为肥料粘结剂，造粒成型率高，时间短，生产能力强。

（3）本发明所选无机材料除吸附营养元素外，本身具有悬浮剂、乳液分散剂、颗粒剂等作用，在发挥缓释肥料基本功能的同时，对于发挥农药药效、改良土壤等都具有突出作用。

（4）本发明所用的部分吸附材料具有离子交换吸附能力，进入土壤后可与其他离子作用，有利于土壤保持适宜的PH值。

（5）本发明中使用的无机材料内部孔洞多，在制备过程中不可能达到吸附饱和，其进入土壤后，能吸附部分水分子，达到一定的保水作用，在干旱地区能改善土壤缺水状态。

（6）本发明使用的白炭黑和硅藻土的主要成分为二氧化硅，其能有效提高粉末的流动性，防止肥料在贮存过程中结块，提高贮存稳定性。

具体实施方式

以下所述具体实施方式，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如下，然而并非用以限定本发明，任何在不脱离本发明技术方案范围内，利用下述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以下实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

实例1

先将3kg凹凸棒土与2kg膨润土加入低速搅拌器中，加入245mL无水乙醇作分散剂，以40r/min的速度搅拌2h。然后加入35kg硝酸钾粉末，继续搅拌20min，再加入70mL正硅酸乙酯，继续搅拌2h。以上述类似的方法及配比，将2kg凹凸棒土与2kg膨润土，以去离子水为分散剂，将6kg磷酸钙及6kg磷酸氢钙吸附；并将3kg凹凸棒土与2kg膨润土，以四氯化碳为分散剂，将15kg尿素吸附。然后将所得肥料分别抽滤，在真空烘箱中干燥，并粉碎至60~100目。然后取8kg白炭黑及8kg硅藻粉，加0.4kg 3-氨基丙基三乙氧基硅烷，高速混合处理。再取8kg膨胀珍珠岩，先加热膨胀，冷却后氨水预处理，再与0.3kg 3-氨基丙基三乙氧基硅烷及0.6kg 无水乙醇加入高速混合机，以110r/min的速度搅拌30min。最后，将上述经吸附的肥料与经表面处理的吸附材料混合，于低速搅拌机中，以40r/min的速度搅拌2h，即得到有效吸附的缓释复合生态肥。

实例2

先将3kg凹凸棒土与3kg膨润土加入低速搅拌器中，加入280mL无水乙醇作分散剂，以40r/min的速度搅拌2h。然后加入40kg硝酸钾粉末，继续搅拌20min，再加入40mL正硅酸乙酯，继续搅拌3h。以上述类似的方法及配比，将3kg凹凸棒土与2kg膨润土，以去离子水为分散剂，将6kg磷酸钙及5kg磷酸氢钙吸附；并将2kg凹凸棒土与2kg膨润土，以四氯化碳为分散剂，将14kg尿素吸附。然后将所得肥料分别抽滤，在真空烘箱中干燥，并粉碎至60~100目。然后取7kg白炭黑及6kg硅藻粉，加入0.3kg 3-氨基丙基三乙氧基硅烷，高速混合处理。再取7kg膨胀珍珠岩，先加热膨胀，冷却后氨水预处理，再与0.2kg 3-氨基丙基三乙氧基硅烷及0.4kg 无水乙醇加入高速混合机，以110r/min的速度搅拌30min。最后，将上述经吸附的肥料与经表面处理的吸附材料混合，于低速搅拌机中，以40r/min的速度搅拌1h，即得到有效吸附的缓释复合生态肥。

实例3

先将3kg凹凸棒土与2kg膨润土加入低速搅拌器中，加入301mL无水乙醇作分散剂，以40r/min的速度搅拌2h。然后加入43kg硝酸钾粉末，继续搅拌20min，再加入45mL正硅酸乙酯，继续搅拌4h。以上述类似的方法及配比，将3kg凹凸棒土与2kg膨润土，以去离子水为分散剂，将5kg磷酸钙及5kg磷酸氢钙吸附；并将3kg凹凸棒土与2kg膨润土，以四氯化碳为分散剂，将12kg尿素吸附。然后将所得肥料分别抽滤，在真空烘箱中干燥，并粉碎至60~100目。然后取7kg白炭黑及8kg硅藻粉，加入0.3kg 3-氨基丙基三乙氧基硅烷，高速混合处理。再取6kg膨胀珍珠岩，先加热膨胀，冷却后氨水预处理，再与0.2kg 3-氨基丙基三乙氧基硅烷及0.4kg 无水乙醇加入高速混合机，以110r/min的速度搅拌30min。最后，将上述经吸附的肥料与经表面处理的吸附材料混合，于低速搅拌机中，以40r/min的速度搅拌3h，即得到有效吸附的缓释复合生态肥。

实例4

先将3kg凹凸棒土与3kg膨润土加入低速搅拌器中，加入266mL无水乙醇作分散剂，以40r/min的速度搅拌2.5h。然后加入38kg硝酸钾粉末，继续搅拌20min，再加入76mL正硅酸乙酯，继续搅拌3h。以上述类似的方法及配比，将3kg凹凸棒土与2kg膨润土，以去离子水为分散剂，将6kg磷酸钙及7kg磷酸氢钙吸附；并将3kg凹凸棒土与2kg膨润土，以四氯化碳为分散剂，将12kg尿素吸附。然后将所得肥料分别抽滤，在真空烘箱中干燥，并粉碎至60~100目。然后取7kg白炭黑及7kg硅藻粉，加入0.3kg 3-氨基丙基三乙氧基硅烷，高速混合处理。再取7kg膨胀珍珠岩，先加热膨胀，冷却后氨水预处理，再与0.3kg 3-氨基丙基三乙氧基硅烷及0.6kg 无水乙醇加入高速混合机，以110r/min的速度搅拌30min。最后，将上述经吸附的肥料与经表面处理的吸附材料混合，于低速搅拌机中，以40r/min的速度搅拌2h，即得到有效吸附的缓释复合生态肥。

实例5

先将3kg凹凸棒土与2kg膨润土加入低速搅拌器中，加入273mL无水乙醇作分散剂，以40r/min的速度搅拌2h。然后加入39kg硝酸钾粉末，继续搅拌20min，再加入39mL正硅酸乙酯，继续搅拌3h。以上述类似的方法及配比，将2kg凹凸棒土与2kg膨润土，以去离子水为分散剂，将7kg磷酸钙及6kg磷酸氢钙吸附；并将2kg凹凸棒土与2kg膨润土，以四氯化碳为分散剂，将14kg尿素吸附。然后将所得肥料分别抽滤，在真空烘箱中干燥，并粉碎至60~100目。然后取8kg白炭黑及6kg硅藻粉，加入0.3kg 3-氨基丙基三乙氧基硅烷，高速混合处理。再取7kg膨胀珍珠岩，先加热膨胀，冷却后氨水预处理，再与0.2kg 3-氨基丙基三乙氧基硅烷及0.3kg 无水乙醇加入高速混合机，以110r/min的速度搅拌30min。最后，将上述经吸附的肥料与经表面处理的吸附材料混合，于低速搅拌机中，以40r/min的速度搅拌2h，即得到有效吸附的缓释复合生态肥。

实例6

先将3kg凹凸棒土与2kg膨润土加入低速搅拌器中，加入287mL无水乙醇作分散剂，以40r/min的速度搅拌2h。然后加入41kg硝酸钾粉末，继续搅拌20min，再加入41mL正硅酸乙酯，继续搅拌3h。以上述类似的方法及配比，将3kg凹凸棒土与2kg膨润土，以去离子水为分散剂，将5kg磷酸钙及6kg磷酸氢钙吸附；并将2kg凹凸棒土与2kg膨润土，以四氯化碳为分散剂，将13kg尿素吸附。然后将所得肥料分别抽滤，在真空烘箱中干燥，并粉碎至60~100目。然后取6kg白炭黑及8kg硅藻粉，加入0.3kg 3-氨基丙基三乙氧基硅烷，高速混合处理。再取7kg膨胀珍珠岩，先加热膨胀，冷却后氨水预处理，再与0.3kg 3-氨基丙基三乙氧基硅烷及0.5kg 无水乙醇加入高速混合机，以110r/min的速度搅拌30min。最后，将上述经吸附的肥料与经表面处理的吸附材料混合，于低速搅拌机中，以40r/min的速度搅拌2h，即得到有效吸附的缓释复合生态肥。

结合具体实施例，得到的实验数据如下表所示。

Claims (7)

1.一种通过无机二级吸附制备缓释肥料的方法,其特征在于通过微孔无机物的一级吸附和大孔网状无机物的二级吸附获得缓释肥料，制备缓释肥的主要原料按重量份计为：硝酸钾35~45份，磷酸钙5~8份，磷酸氢钙5~8份，尿素12~20份，凹凸棒土5~10份，膨润土5~10份，白炭黑5~10份，硅藻土5~10份，膨胀珍珠岩5~10份;

所述通过无机二级吸附制备缓释肥料的方法，分为以下六个阶段：硝酸钾的二级吸附，磷酸钙及磷酸氢钙的二级吸附，尿素的二级吸附，再造粒过程，表面处理过程、再吸附过程；

所述硝酸钾的二级吸附阶段的具体操作方法为：取凹凸棒土及膨润土，置于低速搅拌器中，加入无水乙醇作分散剂，搅拌2~2.5h，然后加入硝酸钾粉末，搅拌20~30min，最后加入正硅酸乙酯，继续搅拌2~4h；

所述磷酸钙及磷酸氢钙的二级吸附阶段的操作方法为：取凹凸棒土及膨润土，置于低速搅拌器中，加入去离子水作分散剂，搅拌1~2h，然后加入磷酸钙及磷酸氢钙粉末，搅拌20~30min，最后加入正硅酸乙酯，继续搅拌4~6h；

所述尿素的二级吸附阶段的操作方法为：取凹凸棒土及膨润土，置于低速搅拌器中，加入液体四氯化碳作分散剂，搅拌2~2.5h，然后加入尿素粉末，搅拌20~30min，最后加入正硅酸乙酯，继续搅拌1~2h；

所述再造粒过程阶段的具体操作方法为：将上述三个步骤所得的多孔材料吸附肥料的混合液分别抽滤，所得固体置于真空烘箱中干燥，并混合，粉碎，使其粒径为60~100目；

所述表面处理过程阶段的具体操作方法为：首先取白炭黑及硅藻土粉末，加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，于高速混合机中搅拌混合，然后取一定质量的膨胀珍珠岩，加热使其膨胀后，进行冷却，并加入氨水进行预处理，再与3-氨基丙基三乙氧基硅烷的无水乙醇混合，置于高速混合机中，加热搅拌；

所述再吸附过程阶段的具体操作方法为：将上述经二级吸附作用得到的肥料，与上述经表面处理后的白炭黑，硅藻粉及膨胀珍珠岩，以一定比例混合，置于低速搅拌器中，搅拌至均匀分散并有效吸附。

2.根据权利要求1所述一种通过无机二级吸附制备缓释肥料的方法,其特征在于：每克硝酸钾对应的无水乙醇的加入量为5~10mL，对应正硅酸乙酯的加入量为1~2mL，低速搅拌机的搅拌速度为30~50r/min。

3.根据权利要求1所述一种通过无机二级吸附制备缓释肥料的方法,其特征在于：去离子水的加入量为凹凸棒土及膨润土重量的30~50倍，每克磷酸钙及磷酸氢钙对应正硅酸乙酯的加入量为1~2mL，低速搅拌机的搅拌速度为50~70r/min。

4.根据权利要求1所述一种通过无机二级吸附制备缓释肥料的方法,其特征在于：每克尿素对应的四氯化碳加入量为5~10mL，对应正硅酸乙酯的加入量为1~2mL，低速搅拌机的搅拌速度为30~50r/min。

5.根据权利要求1所述一种通过无机二级吸附制备缓释肥料的方法,其特征在于：再造粒段干燥温度60~80℃为宜。

6.根据权利要求1所述一种通过无机二级吸附制备缓释肥料的方法,其特征在于：表面处理过程阶段，所述3-氨基丙基三乙氧基硅烷的加入量为无机物质量的1~3%，无水乙醇的质量为3-氨基丙基三乙氧基硅烷的1~2倍，所述高速混合的温度为100~110℃，转速为100~120r/min，时间为20~30min。

7.根据权利要求1所述一种通过无机二级吸附制备缓释肥料的方法,其特征在于：在吸附过程阶段，所述搅拌速度为30~50r/min，时间为1~3h。