CN106242726B - 一种保水缓控释肥料微胶囊的制备方法 - Google Patents

一种保水缓控释肥料微胶囊的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种保水缓控释肥料的制备方法，包括1）将酸法明胶粉末溶解于水中，腐植酸钠与酸法明胶的质量比为0.01~0.1:1，酸溶液调节pH值到6.5~7.8；2）将质量比为0.004~0.01:1的乳化剂分散在密封剂中，并将肥料加入上述溶液中，超声分散10~30分钟；3）将步骤2）所述的溶液加入到步骤1）所述的水溶液中，搅拌分散30~120分钟，获得O/W型乳液；4）降温至0~15℃，继续反应2~4小时；5）室温下，用有机溶剂洗涤产物中过量的密封剂，经真空干燥得到粉末状明胶‑腐植酸钠肥料微胶囊。本发明所制备的保水缓控释肥料微胶囊可生物降解，具有优异的保水吸水性，可改善土壤养分，保持土壤水分，提高肥料利用率。制备方法操作简单、成本低，易于工业化生产。

Description

一种保水缓控释肥料微胶囊的制备方法
技术领域
本发明涉及一种保水缓控释肥料微胶囊的制备方法，属缓控释肥料技术领域。
背景技术
我国传统肥料利用率较低（氮肥的利用率仅为30%-50%），应用时易引起土壤退化或养分流失，导致河流污染。缓/控释肥料是使肥料的活性养分以与植物所需养料需求同步的方式释放，且能延长肥料有效期，提高肥料的有效利用率，从而减少施肥量及施肥次数、减少生态环境污染，被称为“绿色环保型”肥料，是21世纪的理想肥料。微胶囊型包膜类缓/控释肥料是肥料成分被相互作用的高分子物质间形成的囊壁层所包覆，肥料成分通过囊壁层的微孔或裂缝缓慢释放出来。囊壁层材料大都是广来源的天然高分子，如海藻酸盐（Y.He, et al., Appl. Clay Sci., 2015, Vol. 109-110, p68-75）、改性淀粉（S.Lu, etal., RSCAdvances, 2014, Vol.93, P51208-51214）、聚乳酸（US20130305795A1）、纤维素（A.K. Jahangir, et al., J. Plant Nutr., 2012, Vol. 35, p1130-1138）、动植物胶（M. A. Melaj, et al., J. Appl. Polym. Sci., 2013, Vol.130, p2422-2428）等，这些囊壁材料可生物降解，降解产物可作为土壤碳和氮的来源。明胶是一种无毒、价廉、生物降解、成膜性好的两性高分子化合物，其分子结构中含有大量的氨基和羧基等亲水性功能基团，也可作保水材料。明胶是制备微胶囊的重要囊壁材料之一，所制备的微胶囊囊壁层富有韧性，可生物降解。
为提高缓控释肥料微胶囊的保水性能，徐浩龙采用水溶液自由基聚合法制备壳聚糖接枝丙烯酰胺-聚丙烯酰胺的接枝共聚物包膜材料，应用于包衣尿素缓释肥，在50℃下保水时间可达8h（徐浩龙，西南农业学报，2012,Vol.4,p1528-1530），虽然该包膜材料具有良好的吸水保水性能，但包膜材料是合成的聚合物，不易降解；而且在接枝聚合过程中，成本相对增加。因此，寻找一种低成本、可生物降解，具有保水性能的保水剂显得尤为重要。
腐植酸钠分子结构中含有大量的亲水性功能基团(如羧基、磺酸基、酚羟基等)，具有良好的吸水保水性、化学活性和生物活性，有很大的内表面积和较强的吸附能力。公开号CN105060369A公开了一种以腐植酸钠为增效剂的污水处理剂，经处理后的活性污泥可用于制备有机肥料或生物质燃料；公开号CN105272515A公开了一种新型缓控释肥料，腐植酸的加入对磷钾素起到增效的作用；公开号CN105294261A公开了一种环保缓释复合肥，复合肥中加入腐植酸，用以改良土壤，保持土壤水分。将腐植酸钠加入明胶中，以明胶-腐植酸钠作为缓控释肥料微胶囊的囊壁材料，具有吸水保水性，既可以提高肥料利用率，又可以改善土壤结构，保持土壤水分。因此，开发一种价格相对低廉、易于降解的保水缓控释肥料微胶囊是人们研究的重点。
发明内容
本发明的目的是，克服现有技术的不足，提供一种保水缓控释肥料微胶囊的制备方法。
一种保水缓控释肥料微胶囊的制备方法，包括如下步骤：
（1）将明胶粉末溶解于30~45℃的水中，将质量比为0.01~0.1:1的腐植酸钠与明胶于30~60℃下混合形成水溶液，加入酸溶液调节pH值到6.5~7.8；
（2）将质量比为0.004~0.01:1的乳化剂分散在密封剂中，并将肥料加入上述溶液中，超声分散10~30分钟；其中肥料质量是明胶质量的2~50%；
（3）将步骤（2）所述的溶液加入到步骤（1）所述的水溶液中，搅拌分散30~120分钟，获得O/W型乳液；
（4）降温至0~15℃，继续反应2~4小时；
（5）室温下，用有机溶剂洗涤产物中过量的密封剂，40~70℃真空干燥，可得粉末明胶-腐植酸钠状肥料微胶囊。
本发明步骤（1）中的明胶水溶液的质量百分比浓度为5~20%。
本发明步骤（2）中乳化剂是失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯、乙二醇脂肪酸酯、丙二醇单硬脂酸酯、失水山梨醇倍半油酸酯、单硬脂酸甘油酯、失水山梨醇单油酸酯、丙二醇单月桂酸酯中的一种，乳化剂用量是肥料质量的1~5倍。
密封剂是液体石蜡、棕榈油、棕榈蜡、蜂蜡、川蜡、白油中的一种，密封剂用量是肥料质量的100~800倍。
本发明步骤（3）中的搅拌速率是100~500rpm。
本发明步骤（5）中的有机溶剂是异丙醇、石油醚、辛醇中的一种或几种。
本发明采用的肥料是氮素肥、磷素肥、钾素肥、复合肥料中的一种或几种。
本发明与现有技术比较的有益效果是，本发明通过引入具有吸水保水性能的腐植酸钠与酸法明胶在低于其等电点的环境下发生静电吸引作用形成囊壁层，不须另外加入交联剂，囊壁材料中未涉及有机溶剂，绿色环保，而且囊壁材料来源广、价格低廉，，所制备的缓控释肥料微胶囊可生物降解，具有优异的保水吸水性，可改善土壤养分，保持土壤水分，提高肥料利用率。该制备方法操作简单，成本低，易于工业化生产。
本发明适用于保水缓控释肥料微胶囊的制备和生产。
附图说明
图1为本发明保水缓控释肥料微胶囊的制备流程；
图2为实施例1中获得的明胶-腐植酸钠氮素肥料微胶囊在浸泡不同时间的累积吸水率和未添加腐植酸钠的明胶氮素肥料微胶囊在相同时间的累积吸水率比较图。
具体实施方式
通过如下实施例对本发明作进一步的详述：
实施例1
40℃下将酸法明胶粉末配成40克质量比浓度为10%的明胶水溶液，与0.04克腐植酸钠在40℃下混合形成水溶液，加入醋酸溶液调节体系pH值到7.0；将0.8克失水山梨醇三油酸酯分散在200克的液体石蜡中，并将0.4克氮素肥料加入上述溶液中，超声乳化30分钟，获得的溶液在常温下加入明胶-腐植酸钠的水溶液中，以100 rpm的搅拌速率分散90分钟，得到O/W型乳液；然后降温至5℃，继续反应3小时；再在室温下，用1:1的异丙醇：石油醚混合液洗涤过量的液体石蜡，最后产物于60℃下真空干燥，可得粉末状明胶-腐植酸钠氮素肥料微胶囊。
实施例2
30℃下将酸法明胶粉末配成40克质量比浓度为5%的明胶水溶液，与0.2克腐植酸钠在30℃下混合形成水溶液，加入醋酸溶液调节体系pH值到6.5；将1.0克失水山梨醇倍半油酸酯分散在100克的棕榈油中，并将1.0克磷钾肥料加入上述溶液中，超声乳化30分钟，获得的溶液在常温下加入明胶-腐植酸钠的水溶液中，以300 rpm的搅拌速率分散120分钟，得到O/W型乳液；然后降温到0℃，继续反应2小时；再在室温下，用辛醇洗涤过量的棕榈油，最后产物于70℃下真空干燥，可得粉末状明胶-腐植酸钠磷钾肥料微胶囊。
实施例3
45℃下将酸法明胶粉末配成40克质量比浓度为20%的明胶水溶液，与0.4克腐植酸钠在60℃下混合形成水溶液，加入醋酸溶液调节体系pH值到7.8；将0.8克失水山梨醇三硬脂酸酯分散在128克的白油中，并将0.16克氮素肥料加入上述溶液中，超声乳化10分钟，获得的溶液在常温下加入明胶-腐植酸钠的水溶液中，以100 rpm的搅拌速率分散90分钟，得到O/W型乳液；然后降温到15℃，继续反应4小时；再在室温下，用石油醚洗涤过量的白油，最后产物于40℃下真空干燥，可得粉末状明胶-腐植酸钠氮素肥料微胶囊。
实施例4
45℃下将酸法明胶粉末配成20克质量比浓度为10%的明胶水溶液，与0.1克腐植酸钠在50℃下混合形成水溶液，加入醋酸溶液调节体系pH值到7.0；将0.4克失水山梨醇单油酸酯分散在80克的棕榈蜡中，并将0.4克复合肥料加入上述溶液中，超声乳化20分钟，获得的溶液在常温下加入明胶-腐植酸钠的水溶液中，以500 rpm的搅拌速率分散30分钟，得到O/W型乳液；然后降温到5℃，继续反应3小时；再在室温下，用1:1的辛醇：石油醚混合液洗涤过量的棕榈蜡，最后产物于50℃下真空干燥，可得粉末状明胶-腐植酸钠复合肥料微胶囊。
实施例5
30℃下将酸法明胶粉末配成80克质量比浓度为5%的明胶水溶液，与0.2克腐植酸钠在60℃下混合形成水溶液，加入醋酸溶液调节体系pH值到7.5；将0.8克单硬脂酸甘油酸酯分散在160克的蜂蜡中，并将0.8克磷素肥料加入上述溶液中，超声乳化30分钟，获得的溶液在常温下加入明胶-腐植酸钠的水溶液中，以200 rpm的搅拌速率分散120分钟，得到O/W型乳液；然后降温到0℃，继续反应1小时；再在室温下，用石油醚洗涤过量的蜂蜡，最后产物于40℃下真空干燥，可得粉末状明胶-腐植酸钠磷素肥料微胶囊。
实施例6
40℃下将酸法明胶粉末配成40克质量比浓度为10%的明胶水溶液，与0.1克腐植酸钠在40℃下混合形成水溶液，加入醋酸溶液调节体系pH值到7.0；将0.4克乙二醇脂肪酸酯分散在64克的川蜡中，并将0.08克氮素肥料加入上述溶液中，超声乳化10分钟，获得的溶液在常温下加入明胶-腐植酸钠的水溶液中，以300 rpm的搅拌速率分散60分钟，得到O/W型乳液；然后降温到10℃，继续反应3小时；再在室温下，用1:1的异丙醇：石油醚混合液洗涤过量的川蜡，最后产物于60℃下真空干燥，可得粉末状明胶-腐植酸钠氮素肥料微胶囊。
实施例7
45℃下将酸法明胶粉末配成20克质量比浓度为20%的明胶水溶液，与0.04克腐植酸钠在50℃下混合形成水溶液，加入醋酸溶液调节体系pH值到7.8；将0.8克丙二醇单硬脂酸酯分散在200克的液体石蜡中，并将0.8克钾素肥料加入上述溶液中，超声乳化30分钟，获得的溶液在常温下加入明胶-腐植酸钠的水溶液中，以500 rpm的搅拌速率分散30分钟，得到O/W型乳液；然后降温到5℃，继续反应4小时；再在室温下，用1:1的辛醇：石油醚混合液洗涤过量的液体石蜡，最后产物于60℃下真空干燥，可得粉末状明胶-腐植酸钠钾素肥料微胶囊。
实施例8
30℃下将酸法明胶粉末配成40克质量比浓度为5%的明胶水溶液，与0.2克腐植酸钠在30℃下混合形成水溶液，加入醋酸溶液调节体系pH值到6.5；将0.5克丙二醇单月桂酸酯分散在100克的白油中，并将0.5克复合肥料加入上述溶液中，超声乳化20分钟，获得的溶液在常温下加入明胶-腐植酸钠的水溶液中，以300 rpm的搅拌速率分散60分钟，得到O/W型乳液；然后降温到15℃，继续反应2小时；再在室温下，用1:1的异丙醇：石油醚混合液洗涤过量的白油，最后产物于40℃下真空干燥，可得粉末状明胶-腐植酸钠复合肥料微胶囊。

Claims (6)

1.一种保水缓控释肥料微胶囊的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将酸法明胶粉末溶解于30～45℃的水中，将质量比为0.01～0.1:1的腐植酸钠与酸法明胶于30～60℃下混合形成水溶液，加入酸溶液调节pH值到6.5～7.8；
(2)将质量比为0.004～0.01:1的乳化剂分散在密封剂中，并将肥料加入上述溶液中，超声分散10～30分钟；其中肥料质量是明胶质量的2～50％；
(3)将步骤(2)所述的溶液加入到步骤(1)所述的水溶液中，搅拌分散30～120分钟，获得O/W型乳液；
(4)降温至0～15℃，继续反应2～4小时；
(5)室温下，用有机溶剂洗涤产物中过量的密封剂，40～70℃真空干燥，可得粉末状明胶-腐植酸钠肥料微胶囊。
2.根据权利要求1所述的一种保水缓控释肥料微胶囊的制备方法，其特征在于，所述酸法明胶粉末溶解于水的水溶液的质量百分比浓度为5～20％。
3.根据权利要求1所述的一种保水缓控释肥料微胶囊的制备方法，其特征在于，所述乳化剂是失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯、乙二醇脂肪酸酯、丙二醇单硬脂酸酯、失水山梨醇倍半油酸酯、单硬脂酸甘油酯、失水山梨醇单油酸酯、丙二醇单月桂酸酯中的一种，乳化剂用量是肥料质量的1～5倍。
4.根据权利要求1所述的一种保水缓控释肥料微胶囊的制备方法，其特征在于，所述密封剂是液体石蜡、棕榈油、棕榈蜡、蜂蜡、川蜡、白油中的一种，密封剂用量是肥料质量的100～800倍。
5.根据权利要求1所述的一种保水缓控释肥料微胶囊的制备方法，其特征在于，所述搅拌速率是100～500rpm。
6.根据权利要求1所述的一种保水缓控释肥料微胶囊的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂是异丙醇、石油醚、辛醇中的一种或几种。
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