CN106064998A - 一种淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥及其制备方法 - Google Patents

一种淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥及其制备方法 Download PDF

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刘宏生
乔冬玲
鲍先扬
肖小明
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    • C05G5/30—Layered or coated, e.g. dust-preventing coatings

Abstract

本发明公开了一种淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥及其制备方法。制备步骤：（1）将淀粉、沸水、丙烯酰胺、N,N‑亚甲基双丙烯酰胺加至双辊密炼机中，混合、密炼后降温，再加硝酸铈铵，再混合、密炼，最后加氢氧化钠，混合、密炼，得粗产物。再浸泡吸水、洗涤、干燥、研磨、过筛即得到淀粉基高吸水树脂粉末。（2）用高压喷枪将乙基纤维素与硬脂酸的乙醇混合溶液均匀喷在尿素颗粒表面，干燥。（3）用乙基纤维素与硬脂酸混合液润湿步骤（2）所得颗粒，将步骤（1）所得粉末包裹在颗粒外部，待干燥后形成淀粉基高吸水树脂薄膜。本发明马铃薯淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥在水分含量为30%的土壤中，96 h 释放60%的尿素。

Description

一种淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥及其制备方法
技术领域
本发明涉及缓释化肥领域与化肥工业领域，特别涉及一种淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥及其制备方法。
背景技术
化肥在农业生产中起着非常重要的作用，目前，由于流失、挥发、渗透、土坡结块等因素，国内化肥利用率不足50%，化肥利用率之低不仅造成了资源的巨大浪费，而且还使部分地区出现了地表水富营养化、地下水和蔬菜中硝态氮超标、氧化亚氮排放量增加等威胁人类健康的环境问题和食品安全问题。因此，通过制备缓释化肥来提高化肥利用率已成为肥料产业的研发重点。其中，包膜法是制备缓释化肥最常用的一种方法。
环境友好型缓释化肥符合环境保护和社会可持续发展的要求，是未来缓释化肥的发展趋势。但是现有包膜型缓释化肥的包膜材料大多为石油化工产品的衍生物，并不能被土壤中微生物降解，由此包膜材料会遗留在土壤中，造成环境污染等一系列问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种缓释性能优良、包膜可被降解的淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥。
本发明的目的至少通过下述技术方案之一来实现。
一种淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥的制备方法，制备步骤如下：
（1）将淀粉、沸水、丙烯酰胺、N, N-亚甲基双丙烯酰胺加入至双辊密炼机中，混合、密炼；降温后，加入硝酸铈铵，再混合、密炼；最后加入氢氧化钠，经混合、密炼，得粗产物；
（2）将粗产物浸泡吸水、洗涤、干燥、研磨、过筛得到淀粉基高吸水树脂粉末；
（3）用高压喷枪将乙基纤维素与硬脂酸的乙醇混合溶液均匀喷在尿素颗粒表面，干燥；
（4）用乙基纤维素与硬脂酸混合液润湿步骤（3）所得颗粒，将步骤（2）所得粉末包裹在颗粒外部，待干燥后形成淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥。
进一步优化实施地，步骤（1）所述的淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉和马铃薯淀粉中的一种；其中干基淀粉：丙烯酰胺：沸水的质量比为4:6:15。
优选的，所述淀粉为马铃薯淀粉。
进一步地，步骤（1）所述淀粉、沸水、丙烯酰胺、N, N-亚甲基双丙烯酰胺在双辊密炼机中的混合温度为75~85°C；混合结束后，降温至55~65 °C
进一步优化实施地，步骤（1）所述淀粉、沸水、丙烯酰胺、N, N-亚甲基双丙烯酰胺在双辊密炼机中的混合温度为80 °C，转速为80 rpm，混合、密炼时间为10 min；混合结束后，降温至60 °C，降温时间为10 min。
进一步优化实施地，步骤（1）所加入的N, N-亚甲基双丙烯酰胺、硝酸铈铵的质量分别为淀粉与丙烯酰胺质量之和的0.47%与2.5%。
进一步地，步骤（1）加入硝酸铈铵后，混合、密炼时间为7~13 min，温度为55~65 °C，转速为75~85 rpm。
进一步优化实施地，步骤（1）加入硝酸铈铵后，混合、密炼时间为10 min，温度为60°C，转速为80 rpm。
进一步地，步骤（1）的氢氧化钠：丙烯酰胺的摩尔比为1:1；加入氢氧化钠后，混合、密炼时间为7~13min，温度为55~65 °C，转速为75~85 rpm。
进一步优化实施地，步骤（1）的氢氧化钠：丙烯酰胺的摩尔比为1:1；加入氢氧化钠后，混合、密炼时间为10 min，温度为60 °C，转速为80 rpm。
进一步地，步骤（2）所述粗产物浸泡于自来水中20~28 h后，用自来水洗涤至pH =7；然后将产物置于75~80 °C鼓风干燥箱中，至恒重；再研磨，过200 目筛
进一步优化实施地，步骤（2）所述粗产物浸泡于自来水中24 h后，用自来水洗涤至pH =7；然后将产物置于80 °C鼓风干燥箱中，至恒重；再将样品研磨，过200 目筛。
进一步地，步骤（3）所述高压喷枪压力为 0.2 MPa。
进一步地，步骤（3）为9重量份乙基纤维素和1重量份硬脂酸溶于150体积份乙醇中。
由上述制备方法得到的淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥，最终得到的淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥是双层包膜型，其中尿素颗粒含量为55%，乙基纤维素与硬脂酸包膜含量为10%，淀粉基高吸水树脂包膜含量为35%。
本发明所述的淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥与现有的技术相比，具有如下显著优点：
1、现有包膜型缓释化肥所选用的包膜材料大多来自石油化工单体衍生物，缓释化肥使用完毕后，包膜并不能被降解，从而遗留在土壤中，降低土壤产率，引起环境污染。本发明中所使用的双层包膜包衣材料均可被环境微生物所降解利用，因此本发明淀粉基高吸水树脂缓释化肥为环境友好型。
2、本发明中所使用的淀粉基高吸水树脂用双辊密炼机合成，整个反应过程中不产生任何废水、废有机溶剂，有效地减少了对环境的污染。且整个反应过程仅持续40 min，将现有合成方法的反应时长大大缩短，提高了反应效率，降低了能量损耗。
附图说明
图1为实施例一至实施例三中淀粉基高吸水树脂红外光谱图；
图2a、图2b、图2c分别为实施例一至实施例三中淀粉基高吸水树脂三维多孔结构图；
图3为实施例一至实施例三中玉米、木薯、马铃薯淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥在土壤中的释放效果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明实施方式并不仅限于此。
实施例一
（1）将玉米淀粉（水分含量为13.29%）、沸水、丙烯酰胺、N, N-亚甲基双丙烯酰胺（干基玉米淀粉：丙烯酰胺：沸水的质量比为4:6:15，N, N-亚甲基双丙烯酰胺的质量为干基玉米淀粉与丙烯酰胺质量之和的0.47%）加入至80 °C双辊密炼机中，混合、密炼10 min后 （转速80 rpm），降温至60°C，继而加入硝酸铈铵（硝酸铈铵的质量为干基玉米淀粉与丙烯酰胺质量之和的2.5%），再混合、密炼10 min （转速80 rpm），最后加入氢氧化钠（氢氧化钠：丙烯酰胺摩尔比为1:1），经混合、密炼10 min（转速80 rpm），得粗产物。将粗产物浸泡于自来水中24 h后，用自来水洗涤至pH = 7；然后将产物置于80 °C鼓风干燥箱中，至恒重；再研磨，过200 目筛得到玉米淀粉基高吸水树脂粉末。
（2）用高压喷枪（压力为 0.2 MPa）将乙基纤维素与硬脂酸（1.0g）的乙醇混合溶液（9重量份乙基纤维素和1重量份硬脂酸溶于150体积份乙醇中）均匀喷在尿素颗粒（颗粒粒径2-3mm）表面，干燥。
（3）用乙基纤维素与硬脂酸混合液（混合液中乙基纤维素与硬脂酸的质量比为9:1，下同）润湿步骤（2）所得颗粒，将步骤（1）所得粉末包裹在颗粒外部，待干燥后形成玉米淀粉基高吸水树脂薄膜。最终得到的双层包膜型玉米淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥中，尿素颗粒质量含量为55%，乙基纤维素与硬脂酸包膜质量含量为10%，淀粉基高吸水树脂包膜质量含量为35%。其中，淀粉基高吸水树脂的吸水倍数为110.1 ml/g。本发明玉米淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥在土壤中的释放效果如图3所示，在水分含量30%的土壤中96 h 释放尿素76%。
实施例二
（1）将木薯淀粉（水分含量为15.37%）、沸水、丙烯酰胺、N, N-亚甲基双丙烯酰胺（干基木薯淀粉：丙烯酰胺：沸水的质量比为4:6:15，N, N-亚甲基双丙烯酰胺的质量为淀粉与丙烯酰胺质量之和的0.47%）加入至80 °C双辊密炼机中，混合、密炼10 min后 （转速 80rpm），降温至60°C，继而加入硝酸铈铵（硝酸铈铵的质量为干基木薯淀粉与丙烯酰胺质量之和的2.5%），再混合、密炼10 min （转速80 rpm），最后加入氢氧化钠（氢氧化钠：丙烯酰胺摩尔比为1:1），经混合、密炼10 min（转速80 rpm），得粗产物。将粗产物浸泡于自来水中24 h后，用自来水洗涤至pH = 7；然后将产物置于80 °C鼓风干燥箱中，至恒重；再研磨，过200目筛得到木薯淀粉基高吸水树脂粉末。
（2）用高压喷枪（压力为 0.2 MPa）将乙基纤维素与硬脂酸（1.0g）的乙醇混合溶液（9重量份乙基纤维素和1重量份硬脂酸溶于150体积份乙醇中）均匀喷在尿素颗粒（粒径为2-3mm）表面，干燥。
（3）用乙基纤维素与硬脂酸混合液润湿步骤（2）所得颗粒，将步骤（1）所得粉末包裹在颗粒外部，待干燥后形成木薯淀粉基高吸水树脂薄膜。最终得到的双层包膜型木薯淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥中，尿素颗粒质量含量为55%，乙基纤维素与硬脂酸包膜质量含量为10%，淀粉基高吸水树脂包膜质量含量为35%。其中，淀粉基高吸水树脂的吸水倍数为89.5 ml/g。本发明木薯淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥在土壤中的释放效果如图3所示，在水分含量30%的土壤中96 h 释放尿素79%。
实施例三
（1）将马铃薯淀粉（水分含量为15.84%）、沸水、丙烯酰胺、N, N-亚甲基双丙烯酰胺（干基马铃薯淀粉：丙烯酰胺：沸水的质量比为4:6:15，N, N-亚甲基双丙烯酰胺的质量为淀粉与丙烯酰胺质量之和的0.47%）加入至80 °C双辊密炼机中，混合、密炼10 min后 （转速 80rpm），降温至60°C，继而加入硝酸铈铵（硝酸铈铵的质量为淀粉与丙烯酰胺质量之和的2.5%），再混合、密炼10 min （转速80 rpm），最后加入氢氧化钠（氢氧化钠：丙烯酰胺摩尔比为1:1），经混合、密炼10 min（转速80 rpm），得粗产物。将粗产物浸泡于自来水中24 h后，用自来水洗涤至pH = 7；然后将产物置于80 °C鼓风干燥箱中，至恒重；再研磨，过200 目筛得到马铃薯淀粉基高吸水树脂粉末。
（2）用高压喷枪（压力为 0.2 MPa）将乙基纤维素与硬脂酸（1.0g）的乙醇混合溶液（9重量份乙基纤维素和1重量份硬脂酸溶于体积份乙醇中）均匀喷在尿素颗粒（粒径为2-3mm）表面，干燥。
（3）用乙基纤维素与硬脂酸混合液润湿步骤（2）所得颗粒，将步骤（1）所得粉末包裹在颗粒外部，待干燥后形成马铃薯淀粉基高吸水树脂薄膜即马铃薯淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥，最终得到的双层包膜型马铃薯淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥中，尿素颗粒质量含量为55%，乙基纤维素与硬脂酸包膜质量含量为10%，淀粉基高吸水树脂包膜质量含量为35%。其中，淀粉基高吸水树脂的吸水倍数为126.4 ml/g。本发明马铃薯淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥在土壤中的释放效果如图3所示，在水分含量30%的土壤中96 h 释放尿素60%。实施例一至实施例三中淀粉基高吸水树脂红外光谱图如图1所示；实施例一至实施例三中淀粉基高吸水树脂三维多孔结构如图2a、图2b、图2c所示。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，在发明内容中所限定的参数范围内均可实现，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
（1）将淀粉、沸水、丙烯酰胺、N, N-亚甲基双丙烯酰胺加入至双辊密炼机中，混合、密炼；降温后，加入硝酸铈铵，再混合、密炼；最后加入氢氧化钠，经混合、密炼，得粗产物；
（2）将粗产物浸泡吸水、洗涤、干燥、研磨、过筛得到淀粉基高吸水树脂粉末；
（3）用高压喷枪将乙基纤维素与硬脂酸的乙醇混合溶液均匀喷在尿素颗粒表面，干燥；
（4）用乙基纤维素与硬脂酸混合液润湿步骤（3）所得颗粒，将步骤（2）所得粉末包裹在颗粒外部，待干燥后形成淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥。
2.根据权利要求1所述的一种淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉和马铃薯淀粉中的一种；其中干基淀粉：丙烯酰胺：沸水的质量比为4:6:15。
3.根据权利要求1所述的一种淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述淀粉、沸水、丙烯酰胺、N, N-亚甲基双丙烯酰胺在双辊密炼机中的混合温度为75~85°C；混合结束后，降温至55~65 °C。
4.根据权利要求1所述的一种淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥的制备方法，其特征在于，步骤（1）所加入的N, N-亚甲基双丙烯酰胺、硝酸铈铵的质量分别为淀粉与丙烯酰胺质量之和的0.47%与2.5%。
5.根据权利要求1所述的一种淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥的制备方法，其特征在于，步骤（1）加入硝酸铈铵后，混合、密炼时间为7~13 min，温度为55~65 °C，转速为75~85 rpm。
6.根据权利要求1所述的一种淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥的制备方法，其特征在于，步骤（1）的氢氧化钠：丙烯酰胺的摩尔比为1:1；加入氢氧化钠后，混合、密炼时间为7~13min，温度为55~65 °C，转速为75~85 rpm。
7.根据权利要求1所述的一种淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述粗产物浸泡于自来水中20~28 h后，用自来水洗涤至pH = 7；然后将产物置于75~80 °C鼓风干燥箱中，至恒重；再研磨，过200 目筛。
8.根据权利要求1所述的一种淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述高压喷枪压力为 0.2 MPa。
9.根据权利要求1所述的一种淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥的制备方法，其特征在于，步骤（3）为9重量份乙基纤维素和1重量份硬脂酸溶于150体积份乙醇中。
10.由权利要求1-9任一项所述的制备方法得到的淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥，其特征是：最终得到的淀粉基高吸水树脂环境友好型缓释化肥是双层包膜型，其中尿素颗粒含量为55%，乙基纤维素与硬脂酸包膜含量为10%，淀粉基高吸水树脂包膜含量为35%。
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