CN105820822A - 一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂及制备方法。它由60%过氧化钙、粘结剂、凹凸棒土比例配制，步骤是：A．60%过氧化钙与粘结剂和凹凸棒土混合均匀造粒，颗粒大小为3~5 mm；B．以步骤A中造粒后质量为基准，配足包膜用凹凸棒土用量；以B中的原料对A中的颗粒进行包膜，干燥后为缓释氧化剂。配方合理，方法易行，操作简单，可有效解决过氧化钙在潜育化稻田中释氧时间问题，改善潜育化稻田水稻生长环境，该缓释氧化剂在南方酸性潜育化水稻土的改良方面具有普通氧化剂无可比拟的优越性。经过凹凸棒土包膜后，氧气释放时间长达91天，比单独施用过氧化钙粉末氧气释放时间长49天，提高1倍。推广应用前景广阔。

Description

一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂及制备方法
技术领域
本发明属于农业生态、土壤改良与植物营养调控领域，更具体涉及的是一种以过氧化钙为基质、凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂，该缓释氧化剂可有效削减潜育化稻田有毒还原性物质，并能为水稻供氧，还能提高酸性潜育化稻田土壤pH，改善潜育化稻田水稻生长环境，同时还涉及一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂的制备方法，本方法制备的缓释氧化剂适用于广大潜育化稻区的水稻种植时潜育化稻田的改良。
背景技术
潜育性稻田是我国南方最常见的低产田，广泛分布于平原湖区及丘陵冲垅，约占南方稻田面积的1/3，而且近年受潜育化威胁的稻田面积有明显扩大的趋势。潜育性稻田由于处于低洼的地形部位，土壤长期渍水(或滞水)，水冷泥温低，有毒、有害还原性物质积累，养分转化缓慢，抑制了水稻根系的生长及其对土壤养分的吸收，从而严重制约水稻高产。如何高效利用潜育化稻田，不仅关系到我国粮食生产，也关系到“两型社会”建设，同时对区域农业及社会经济的可持续发展具有重要意义。
潜育化水稻土的形成原因，首先是通透性不良，其次是大量可分解耗氧物质存在，再次是排水不良，耕作制度不当。潜育化水稻土最大特点也是土壤缺氧。潜育性水稻土的有机质虽然累积较多，但分解缓慢，矿化作用较弱。由于缺氧，致使稻田土壤中的还原性物质积累，如硫化氢、小分子有机酸、过量的二价铁、锰离子等，对稻根生长及养分吸收均有极大的不利影响，其对水稻根系毒害反映在形态上是根数减少，根系变短，分布范围缩小，黑根数增加。在生理上主要是阻碍细胞色素氧化酶系统的正常有氧呼吸，从而影响根系正常功能发挥。潜育作用结果使还原物质及亚铁离子累积，部分阳离子被置换出来，加速铁、钙、磷、钾、硅的淋失，致使潜育性土壤养分流失与退化。
水稻正常生长需要充足的氧气。上世纪80年代，日本学者Shigeru率先对水稻氧的需求量进行定量研究，并确定了水培条件下水稻不同生育期需氧量：分蘖期为0.27～0.79mg/(g·h)，拔节期为0.95～0.88mg/(g·h)，孕穗期为0.98～1.07mg/(g·h)，抽穗期为0.93mg/(g·h)，齐穗期为0.85mg/(g·h)，成熟期为0.68mg/(g·h)。王丹英等研究认为抽穗期是水稻生长需氧量最大的时期。Pezeshki等在田间条件下对土壤氧浓度进行了监测，结果表明，稻田土壤中氧浓度相对空气含氧量至少保持在3～5％时才能保证水稻根系对氧的正常吸收。因此，现有的栽培措施下，潜育化稻田水稻易发生缺氧胁迫。这是因为潜育化稻田严重缺氧，致使稻田土壤中的还原性物质如硫化氢、小分子有机酸以及过量的二价铁、锰离子等的累积，造成水稻根系生长受阻，根系活力差，根系早衰，限制了根系对N、P、K等养分的吸收；造成缺氧条件下，水稻有效分蘖少，剑叶叶绿素含量和SOD活性下降速度快，光合作用受阻，干物质积累减少，最终致使灌浆不充分，结实率较低，从而降低水稻产量。
目前，消除或减轻稻田潜育化的措施主要有兴修水利，及时排涝，消除渍害；其次是改变稻田的耕作利用方式(如采用稻田养鸭、养鱼等，种植荸荠等经济作物，或实施水旱轮作)；再是合理施肥。但上述人为改良措施的效果均是暂时的，因为导致稻田潜育化的气候及地理环境并未改变，因此，现有的技术措施无法满足潜育化稻田改良的长期需求。大量研究结果表明，施用过氧化钙氧化剂，可有效削减土壤还原物质、提高土壤pH，而且还能为作物供给氧气，活化土壤有机碳。但过氧化钙在潜育化稻田中释氧时间较短，无法满足水稻生育中后期对氧的需求。本发明申请者针对制约潜育性稻田作物产量的关键因子——还原物质，创制有效削减潜育性稻田土壤还原物质的缓释过氧化钙。该技术以过氧化钙为核心，选择适当的粘结剂和包膜剂，采用凹凸棒土包膜缓释过氧化钙和适当的生产工艺，获得的缓释氧化剂产品的释氧时间可达91天，能满足潜育化稻田水稻全生育期对氧气的需求，并提高酸性潜育化稻田土壤pH。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂，可有效解决过氧化钙在潜育化稻田中释氧时间问题，改善潜育化稻田水稻生长环境，该缓释氧化剂在南方酸性潜育化水稻土的改良方面具有普通氧化剂无可比拟的优越性。原料来源广泛，加工工艺简便，操作方法易行，推广应用前景广阔。
本发明的另一个目的是在于提供了一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂的制备方法，操作简单，方法易行。
为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：
一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂，它由以下重量份的原料制成：
所述过氧化钙原料，为一种工业产品，通过氢氧化钙法生产得到，其过氧化钙(CaO2)约60％，氢氧化钙(Ca(OH)2)约38％，碳酸钙(CaCO3)含量约2％，氢氧化钙溶于水呈碱性，施用于土壤能提高土壤pH，其化学式为Ca(OH)2，它占本发明配方中总质量的24～38％；碳酸钙施用于土壤亦能提高土壤pH，其化学式为CaCO3，它占本发明配方中总质量的1～2％；过氧化钙是一种常用的氧化剂，溶于水呈碱性并缓慢释放出氧气，施用于潜育化稻田，能消除潜育化稻田的有毒还原物质，能为潜育化稻田水稻生长供氧，并提高酸性潜育化稻田土壤pH，其化学式为CaO2，它占本发明配方中总质量的39～60％；
所述的粘结剂原料(明光市兴欣矿业有限公司)，为一种工业产品，是淀粉的一种衍生物，溶于水后具有较强粘性，能将过氧化钙原料中各组分粘结起来，使造粒紧实，它占本发明配方中总质量的0.1～10％。在过氧化钙造粒过程中，可以不添加粘结剂原料，造粒效果和添加基本相当；
所述的凹凸棒土原料，是以凹凸棒石为主要组分的一种粘土矿物，过200～300目筛，其理想的化学分子式为：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O，晶体中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3 +、Al3+等离子，具有一定的可塑性及粘结力，常用作肥料粘结剂。其中，作粘结用的凹凸棒土占本发明配方中总质量的0～10％，作包膜用的凹凸棒土占本发明配方中总质量的1～30％；在过氧化钙造粒过程中，可以不添加凹凸棒土原料，造粒效果和添加基本相当。
一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂，它由以下重量份的原料制成(较好范围)：
一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂，它由以下重量份的原料制成(好范围)：
一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂，它由以下重量份的原料制成(最佳值)：
一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂的制备方法，步骤：
A.60％过氧化钙原粉料造粒：
①起粒：将圆盘造粒机(型号：ZL10)圆盘倾斜角调整至58～62°，转速调至30r/min，加温装置(2KW万用电炉、欧姆龙工业温控器E5CZ-R2MT和PT100热电阻组装体)调至40～50℃；取1kg过氧化钙原粉料，分成9～11等份，取一份放至圆盘内，快速使用水雾将其润湿并起小粒，小粒粒径约0.4～0.6mm，取出待用，重复前述步骤9～18次，至9～11份粉料全部起粒完毕。
②造粒：将圆盘造粒机圆盘倾斜角调整至58～62°，转速调至30r/min，加温装置调至40～50℃，开启排湿引风装置(型号：Y5-47-4C-3KW)；将步骤①中已起粒完毕的粉料全部投入圆盘造粒机，取4kg过氧化钙原粉料放入振动给料机(型号：GZV1)中，以100g/min匀速投入粉料，调整水雾喷枪(型号：W-77S)距圆盘内粉料最高下落处28～32cm处，对下落回流料进行喷洒，喷洒水量调整为16mL/min；不断取出过氧化钙颗粒，过筛，回放，要求粒径大小在3～5mm左右，直至粉料全部造粒完毕。
B.过氧化钙颗粒包膜：
将圆盘造粒机圆盘倾斜角调整至58～62°，转速调至30r/min，加温装置调至40～50℃，开启排湿引风装置；将步骤A～②中造好粒的过氧化钙全部放入造粒圆盘，称取凹凸棒土222.20g，放入振动给料机中，以10g/min向圆盘匀速投入粉料，调整水雾喷枪距圆盘内颗粒最高下落处28～32cm处，对下落回流颗粒进行喷洒，喷洒水量调整为10mL/min，直至粉料全部造粒完毕。
C.干燥：取出包好膜的过氧化钙颗粒，放至烘箱中104～106℃温度下至外观黑灰色(约3h)，取出冷却至50～60℃，密封，黑暗中储存，获得了缓释氧化剂。
利用本发明提供的配方和制备方法制得的缓释氧化剂，其释氧时间可达91天。
本发明与现有技术相比，具有以下优点与效果：
A.通过查阅文献和专利的分析评价及使用情况，明确了过氧化钙作为缓释氧化剂在潜育化稻田的使用中，存在释氧时间过短和释氧速率无法控制的缺陷，故采用了包膜技术，并确定了选定以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂的技术流程和各项技术参数，为开发以过氧化钙为基质的多功能新型氧化剂奠定了基础。
B.本发明产品通过合理配置60％过氧化钙、粘结剂、凹凸棒土等三种原料的数量与比例，根据对照实验设计进行的水培实验，经检测，缓释过氧化钙氧化剂在水培中的释氧浓度较为适中，不仅保证了活性氧能够并缓慢释放，比过氧化钙粉末释氧时间延长了1倍，而且还能够提高水体pH，可有效解决过氧化钙在潜育化稻田中释氧时间问题，从而改善潜育化稻田水稻生长环境，该缓释氧化剂在南方酸性潜育化水稻土的改良方面具有普通氧化剂无可比拟的优越性。
C.本发明的原料来源广泛，加工工艺简便，操作方法易行，推广应用前景广阔。
附图说明
图1为一种水、过氧化钙粉末、未包膜过氧化钙颗粒、凹凸棒土包膜过氧化钙浸出液活性氧含量变化示意图。
采用水中溶出量法对包膜缓释氧化剂的缓释性能进行评价，即称取氧化剂颗粒约2g，放于自制的300目滤布袋内，将滤布袋置于250mL磨口锥形瓶中，加入250mL蒸馏水，再把锥形瓶放入25℃恒温培养箱中进行培养，分别在培养的第1d、2d、3d、4d、7d、10d、14d、21d，以及以后每隔7d，直至100d，提取全部浸提液，提取浸提液后往锥形瓶中补加250mL的蒸馏水，继续培养、浸提。浸提液经充分混匀、静置后，测定滤液中溶解活性氧的含量，绘制活性氧气溶出量与水浸时间的关系曲线。每组实验重复3次进行平行测定。严格按照哈希HQ30d便携式溶氧测量仪和pH测定仪操作规范测量，需要注意的是水中活性氧的含量与温度呈负相关，温度对水中活性氧的含量影响很大，因此，培养和测定均需在25℃的条件下进行。
图1表明，与过氧化钙粉末相比较，凹凸棒土包膜过氧化钙活性氧释放时间延长了49天，且释氧曲线比过氧化钙粉末和未包膜过氧化钙颗粒更为平缓。
图2为一种水、过氧化钙粉末、未包膜过氧化钙颗粒、凹凸棒土包膜过氧化钙浸出液pH变化示意图。从图2可以看出，凹凸棒土包膜过氧化钙浸出液pH变化曲线比过氧化钙粉末和未包膜过氧化钙颗粒浸出液pH变化曲线更为平缓。
具体实施方式
实施例1：
一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂，它由以下重量份的原料制成：
一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂的制备方法，包括以下步骤：
A.造粒：将1kg60％过氧化钙原粉料，造成粒径0.4或0.5或0.6mm的小粒；将小粒全部投入圆盘造粒机，取4kg过氧化钙原粉料放入振动给料机中，以100g/min匀速投入粉料，造成粒径约4mm的颗粒。
B.包膜：保持圆盘造粒机参数不变，将步骤A中过氧化钙颗粒全部放入造粒圆盘，称取凹凸棒土222.2g放入振动给料机中，以10g/min向圆盘匀速投入粉料进行包膜。
C.干燥：取出包好膜的过氧化钙颗粒，放至烘箱中104或105或106℃温度下至外观黑灰色(约3h)，取出冷却至50或52或54或56或58或60℃，密封，黑暗中储存。获得了缓释氧化剂。
利用本发明提供的配方和制备方法制得的缓释氧化剂，其释氧时间可达91天。
一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂，它由以下重量份的原料制成:
其制备方法与实施例1相同。
一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂造粒和包膜过程中过氧化钙损失评价：
本研究中，60％的过氧化钙粉末的造粒是在加热状态下进行的，并喷洒了一定量的水，对原料中的过氧化钙会造成一定的损失，这是过氧化钙的主要损失途径，同时，包膜也在喷水和加热状态下进行，也可能会造成过氧化钙的损失。本研究在造粒过程中过氧化钙只损失了7.9％，包膜后过氧化钙总损失量为12.6％(表1)。
本专利中过氧化钙的损失量，是在实验室中研制缓释过氧化钙时测得的，如果工业化大批量生产条件下，过氧化钙的损失还可以进一步降低。
表1造粒和包膜后过氧化钙含量变化

Claims (8)

1.一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂，它由以下重量份的原料制成：
原料重量份／%
60%过氧化钙54.00~99.00
粘结剂0.10~8.00
粘接用凹凸棒土0.10~8.00
包膜用凹凸棒土1.00~30.00；
所述过氧化钙含量为60%，氢氧化钙含量8%，碳酸钙含量2%，氢氧化钙溶于水呈碱性，施用于土壤能提高土壤pH，占总质量的24~38%；碳酸钙施用于土壤亦能提高土壤pH，占总质量的1~2%；过氧化钙是一种氧化剂，溶于水呈碱性并缓慢释放出氧气，施用于潜育化稻田，消除潜育化稻田的有毒还原物质，为潜育化稻田水稻生长供氧，提高酸性潜育化稻田土壤pH，占总质量的39~60%；
所述的粘结剂是淀粉的一种衍生物，将过氧化钙原料中各组分粘结起来，占总质量的0.1~10%；
所述的凹凸棒土是一种粘土矿物，过200~300目筛，其中，粘结用的凹凸棒土占总质量的0.1~10%，作包膜用的凹凸棒土占总质量的1~30%。
2.根据权利要求1所述的一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂，其特征在于：
原料重量份
60%过氧化钙67.00~96.00
粘结剂1.00~4.00
粘接用凹凸棒土1.00~4.00
包膜用凹凸棒土2.00~25.00。
3.根据权利要求1所述的一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂，其特征在于：
原料重量份
60%过氧化钙76.00~94.00
粘结剂1.50~2.00
粘接用凹凸棒土1.50~2.00
包膜用凹凸棒土3.00~20.00。
4.根据权利要求1所述的一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂，其特征在于：
原料重量份
60%过氧化钙88.00
粘粘剂1.00
粘接用凹凸棒土1.00
包膜用凹凸棒土10.00。
5.根据权利要求1所述的一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂，其特征在于：
原料重量份
60%过氧化钙88.80
粘粘剂0.10
粘接用凹凸棒土0.10
包膜用凹凸棒土11.00。
6.根据权利要求1所述的一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂，其特征在于：
原料重量份
60%过氧化钙84.00
粘粘剂3.00
粘接用凹凸棒土3.00
包膜用凹凸棒土10.00。
7.根据权利要求1所述的一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂，其特征在于：
原料重量份
60%过氧化钙78.00
粘粘剂1.50
粘接用凹凸棒土0.50
包膜用凹凸棒土20.00。
8.权利要求1所述的一种以过氧化钙为基质凹凸棒土为包膜的缓释氧化剂的制备方法，其步骤是：
A．60%过氧化钙原粉料造粒：
①起粒：将圆盘造粒机圆盘倾斜角调整至58~62°，转速调至30r/min，加温装置调至40~50℃；取1kg过氧化钙原粉料，分成9~11等份，取一份放至圆盘内，使用水雾将其润湿并起小粒，小粒粒径0.4~0.6mm，取出待用，重复前述步骤至9~11份粉料全部起粒完毕；
②造粒：将圆盘造粒机圆盘倾斜角调整至58~62°，转速调至30r/min，加温装置调至40~50℃，开启排湿引风装置；将步骤①中已起粒完毕的粉料全部投入圆盘造粒机，取4kg过氧化钙原粉料放入振动给料机中，以100g/min匀速投入粉料，调整水雾喷枪距圆盘内粉料最高下落处28~32cm处，对下落回流料进行喷洒，喷洒水量调整为16mL/min；不断取出过氧化钙颗粒，过筛，回放，粒径大小在3~5mm，直至粉料全部造粒完毕；
B．过氧化钙颗粒包膜：
将圆盘造粒机圆盘倾斜角调整至58~62°，转速调至30r/min，加温装置调至40~50℃，开启排湿引风装置；将步骤A②中造好粒的过氧化钙全部放入造粒圆盘，称取凹凸棒土222.20g，放入振动给料机中，以10g/min向圆盘匀速投入粉料，调整水雾喷枪距圆盘内颗粒最高下落处28~32cm处，对下落回流颗粒进行喷洒，喷洒水量调整为10mL/min，直至粉料全部造粒完毕；
C．干燥：取出包好膜的过氧化钙颗粒，放至烘箱中104~106℃温度下至外观黑灰色，取出冷却至50~60℃，密封，黑暗中储存，获得了缓释氧化剂。
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