CN107011047B - 一种有机水溶性碳肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水溶性有机肥技术领域，具体涉及一种有机水溶性碳肥及其制备方法。该碳肥以腐殖酸、氧化钠、硝酸、五氧化二磷、尿素、硼酸、硫酸锌、氧化钾、降滤失剂和悬浮剂为原料制成。制备过程中，腐殖酸与氧化钠反应后，再与硝酸进行硝化反应，得到硝基腐殖酸钠盐，在硝基腐殖酸钠盐浆液中加入降滤失剂，使得能够在浆液环境下加入五氧化二磷进行后续多种营养元素的螯合反应，克服传统采用固态捏合的方式与五氧化二磷接枝反应需要对中间物料进行晾晒的缺陷。整个反应过程为全浆液反应，实现连续投料和全自动化生产，工艺过程简单，生产效率高。并且硝化反应和螯合反应分别在两个反应容器中进行，整个工艺过程能够实现连续循环生产，降低生产成本。

Description

一种有机水溶性碳肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及水溶性有机肥技术领域，具体涉及一种有机水溶性碳肥及其制备方法。

背景技术

腐殖酸主要是动植物的遗骸，经过微生物的分解和转化以及一些列地球化学反应过程和积累起来的一类成分复杂的天然有机质，它广泛存在于土壤、泥炭、褐煤、风化煤中。腐殖酸含有酚羟基、烯醇基、磺酸基、胺基、醌基、甲氧基和羧基等多种官能团，以及少量的氨基酸、维生素、酶类，其主要组成元素时C、H、O、N和S。由于分子中具有多种活性官能团，它具有酸性、亲水性、界面活性、阳离子交换能力、络合（螯合）作用及吸附分散能力等。腐殖酸能够刺激作物生理代谢、改善作物品质、改良土壤结构、增进肥效、提高作物抗逆性能等具有显著的作用，具体表现为，腐殖酸可以提高土壤交换容量，调节土壤pH值，使土壤疏松，调节土壤水、肥、气、热状况。另外，腐殖酸含有多种类的活性基团，施入土壤中可与水溶态、吸附态的生物有效性重金属离子发生吸附、离子交换、氧化还原、络合螯合等各种化学反应，使重金属离子被络合和螯合固定或吸附固定，降低重金属离子生物有效性，减少植物吸附量；腐殖酸可以增强作物对土壤和肥料中氮、磷、钾、微量元素等成分的有效吸收利用，可以延长氮素在土壤中的保留时间，抑制磷在土壤中的固定，减少黏土壤对钾的固定，增加可交换性钾的数量。也正因为腐殖酸能够促进作物吸收利用土壤中的钾、磷等元素，能够避免钾和磷等元素在土壤中固结导致的土壤板结，提高土壤的疏松度，由于提高了对土壤自身氮磷钾等元素的吸收利用，可以减少氮磷钾肥的施用量。

正是由于腐殖酸的上述作用，目前市面上越来越多的出现了基于腐殖酸的有机肥料，但是大多基于腐殖酸的有机肥的水溶性比较差，此类肥料在施用后不能很好的发挥出腐殖酸的作用，也因此人们针对腐殖酸水溶肥进行研究开发，例如中国专利CN102276300A公开了一种用于滴灌的全价有机肥及制备方法，该方法中是采用将有机质（主要成分为腐殖酸）与钠盐和硝酸反应提升腐殖酸的水溶性，再加入五氧化二磷进一步的改善腐殖酸的水溶性，并接枝磷元素，再加入液氨补充氮素，然而由于五氧化二磷具有强的脱水作用，如果直接将与硝酸反应后的腐殖酸直接与五氧化二磷接触会导致其分子内脱水，导致腐殖酸盐产生络合沉淀等现象，降低腐殖酸的水溶性，并且还会伴随大量的放热，在实际生产过程中会存在浆液或颗粒崩解等安全隐患，导致无法直接将五氧化二磷加入腐殖酸硝化反应的浆液中，需要对硝化反应结束后的物料晒干后，在捏合机中与五氧化二磷捏合反应，工业过程繁琐，并且半固态的捏合反应条件下五氧化二磷的接枝率很低，大部分的五氧化二磷仍然单独存在在肥料中，无法与腐殖酸结合，使得制备的肥料中的磷元素不能很好的得到利用，并且肥料的水溶性也比较差，在滴灌使用的过程中存在絮凝结块堵塞管道的现象，使用性能差。

因此，如何提高腐殖酸水溶肥的水溶性和抗絮凝性能，简化腐殖酸水溶肥的生产工艺，降低生产成本，提高生产效率，成为了目前亟待解决的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的之一是提供一种有机水溶性碳肥，以腐殖酸为主要原料，具有好的水溶性、抗絮凝性，用于滴灌施肥不堵塞管道。

同时， 本发明还在于提供一种有机水溶性碳肥的制备方法，该方法实现连续投料纯浆液生产，工艺流程简单，实现全自动化生产，提升生产效率，改善生产环境，实现大规模连续生产。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种有机水溶性碳肥，由以下重量份数的原料制备而成：腐殖酸55~65份、氧化钠3~5份、氧化钾8~10份、硝酸5~6份、五氧化二磷5~7份、尿素15~20份、硼酸1.5~2.5份、硫酸锌1.5~2.5份、降滤失剂5~10份、悬浮剂1~2份。

可选的，所述降滤失剂为磺甲基腐殖酸盐。

可选的，所述悬浮剂由聚谷氨酸、钠基膨润土和聚丙烯酰胺组成；其中聚谷氨酸：钠基膨润土：聚丙稀铣胺=1：2：1。

优选的，上述有机水溶性碳肥，由以下重量份数的原料制备而成：腐殖酸60份、氧化钠4份、氧化钾9份、硝酸5.5份、五氧化二磷6份、尿素17份、硼酸2份、硫酸锌2份、降滤失剂8份、悬浮剂1.5份。

上述有机水溶性碳肥的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

1）取腐殖酸与水投入反应器中，搅拌同时加入氧化钠，75~85℃温度下搅拌反应110~130分钟后，加入硝酸，在75~85℃温度下持续搅拌反应9~11小时，得浆料1；其中腐殖酸与水的质量比为1：1~1.2；

2）将步骤1）中的浆料1泵入另外一个反应器中，加入水和降滤失剂，搅拌均匀后，加入五氧化二磷进行接枝反应1~2小时，然后加入尿素进行螯合反应1~2小时，然后再加硼酸和硫酸锌螯合反应30~35分钟，然后再加入氧化钾螯合反应30~35分钟，得浆料2；其中水与腐殖酸的质量比为0.5~0.6：1；

方法一：3）在步骤2）制成的浆料2中加入水制成稀浆液，将稀浆液进行离心排杂后，加入pH调节剂调整pH为6.0~7.5，然后再加入悬浮剂，混合均匀，即完成；其中水的加入量为120~150份；

方法二：3）在步骤2）制成的浆料2中加入水制成稠浆液，将稠浆液进行离心排杂后，加入pH调节剂调整pH为6.0~7.5，然后再加入悬浮剂，混合均匀后泵入喷浆干燥设备中，在80~100℃温度下进行喷浆干燥，得颗粒状水溶碳肥，即完成；其中水的加入量为25~35份。

本发明有机水溶性碳肥，以腐殖酸、氧化钠、硝酸、五氧化二磷、尿素、硼酸、硫酸锌、氧化钾、降滤失剂和悬浮剂为原料制备而成。本发明水溶性碳肥在制备过程中，腐殖酸首先与氧化钠反应后，再与硝酸进行硝化反应，得到硝基腐殖酸钠盐，使得腐殖酸完全溶解在浆料中，为了防止五氧化二磷加入后造成硝基腐殖酸钠盐失水絮凝沉淀，或者造成浆液崩解的缺陷，本发明在硝基腐殖酸钠盐的浆液中首先加入降滤失剂后，再加入五氧化二磷，降滤失剂的作用能够防止硝基腐殖酸钠盐失水絮凝沉淀，使得后续再加入五氧化二磷之后能够更好的与硝基腐殖酸钠盐结合发生接枝反应，使硝基腐殖酸钠盐分子上接枝磷元素，接枝磷元素后的腐殖酸分子能够更好的与尿素、硼酸、硫酸锌和氧化钾进行螯合反应，将尿素、硼、锌、钾等营养元素螯合在腐殖酸分子上，并确保螯合后的物质具有很好的水溶性；本发明通过在硝基腐殖酸钠盐浆液中加入降滤失剂的方式，使得能够在浆液环境下加入五氧化二磷进行后续多种营养元素的螯合反应，克服现有技术中采用固态捏合的方式与五氧化二磷接枝反应需要对中间物料进行晾晒的缺陷，同时浆液环境下也提升了中间物质与五氧化二磷的接枝效率，进而后续加入的硼酸、硫酸锌、氧化钾等物质与腐殖酸分子的螯合率，避免产品出现含有过多的未螯合的硼、锌、钾等元素，进而避免这些元素在后续滴灌使用过程中与腐殖酸发生络合现象，产生絮凝沉淀，堵塞管道的缺陷。

本发明制备方法，整个反应过程为全浆液反应，实现连续投料和全自动化生产，工艺过程简单，生产效率高，改善生产环境，并且将腐殖酸与氧化钠和硝酸单独放在一个反应器中反应，得到中间物浆液1，然后将浆液1泵入另外一个反应器中进行后续的反应，使得在进行后续反应的同时，可以再进行下批的浆液1 的制备，使得整个工艺过程能够实现连续循环生产，实现大规模生产，降低生产成本，提升经济效益。

本发明有机水溶性碳肥，相比传统的水溶性腐殖酸肥料，水溶性高，可达到95%以上，可用于滴灌冲施、沟施、种肥同播。并且本发明有机水溶性碳肥中还含有磷、钾、硼、锌、氮等营养元素，满足作物多种营养物质的需求，为低碳农业减少化肥用量改良土壤，提高农业品质，起到重要的示范作用。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

一种有机水溶性碳肥，由以下重量份数的原料制备而成：腐殖酸60份、氧化钠4份、氧化钾9份、硝酸5.5份、五氧化二磷6份、尿素17份、硼酸2份、硫酸锌2份、磺甲基腐殖酸钠8份、悬浮剂1.5份；悬浮剂由聚谷氨酸、钠基膨润土和聚丙烯酰胺组成；其中聚谷氨酸：钠基膨润土：聚丙稀铣胺=1：2：1。

上述有机水溶性碳肥的制备方法，包括以下操作步骤：

1）取腐殖酸与60份水投入反应器中，搅拌同时加入氧化钠，80℃温度下搅拌反应120分钟后，加入硝酸，在80℃温度下持续搅拌反应10小时，得浆料1；

2）将步骤1）中的浆料1泵入另外一个反应器中，加入30份水和磺甲基腐殖酸钠，搅拌均匀后，加入五氧化二磷进行接枝反应1.5小时，然后加入尿素进行螯合反应1.5小时，然后再加硼酸和硫酸锌螯合反应32分钟，然后再加入氧化钾螯合反应32分钟，得浆料2；

3）在步骤2）制成的浆料2中加入30份水制成稠浆液，将稠浆液进行离心排杂后，加入pH调节剂调整pH为6.0~7.5，然后再加入悬浮剂，混合均匀后泵入喷浆干燥设备中，在80~100℃温度下进行喷浆干燥，得颗粒状水溶碳肥，即完成。

实施例2

一种有机水溶性碳肥，由以下重量份数的原料制备而成：腐殖酸55份、氧化钠3份、氧化钾8份、硝酸5份、五氧化二磷5份、尿素15份、硼酸1.5份、硫酸锌1.5份、磺甲基腐殖酸钠5份、悬浮剂1份；悬浮剂由聚谷氨酸、钠基膨润土和聚丙烯酰胺组成；其中聚谷氨酸：钠基膨润土：聚丙稀铣胺=1：2：1。

上述有机水溶性碳肥的制备方法，包括以下操作步骤：

1）取腐殖酸与66份水投入反应器中，搅拌同时加入氧化钠，75℃温度下搅拌反应130分钟后，加入硝酸，在75℃温度下持续搅拌反应11小时，得浆料1；

2）将步骤1）中的浆料1泵入另外一个反应器中，加入33份水和磺甲基腐殖酸钠，搅拌均匀后，加入五氧化二磷进行接枝反应1小时，然后加入尿素进行螯合反应1小时，然后再加硼酸和硫酸锌螯合反应30分钟，然后再加入氧化钾螯合反应30分钟，得浆料2；

3）在步骤2）制成的浆料2中加入120份水制成稠浆液，将稠浆液进行离心排杂后，加入pH调节剂调整pH为6.0~7.5，然后再加入悬浮剂，混合均匀，得液体肥料，即完成。

实施例3

一种有机水溶性碳肥，由以下重量份数的原料制备而成：腐殖酸65份、氧化钠5份、氧化钾10份、硝酸6份、五氧化二磷7份、尿素20份、硼酸2.5份、硫酸锌2.5份、磺甲基腐殖酸钠10份、悬浮剂2份；悬浮剂由聚谷氨酸、钠基膨润土和聚丙烯酰胺组成；其中聚谷氨酸：钠基膨润土：聚丙稀铣胺=1：2：1。

上述有机水溶性碳肥的制备方法，包括以下操作步骤：

1）取腐殖酸与72份水投入反应器中，搅拌同时加入氧化钠，85℃温度下搅拌反应110分钟后，加入硝酸，在85℃温度下持续搅拌反应9小时，得浆料1；

2）将步骤1）中的浆料1泵入另外一个反应器中，加入33份水和磺甲基腐殖酸钠，搅拌均匀后，加入五氧化二磷进行接枝反应2小时，然后加入尿素进行螯合反应2小时，然后再加硼酸和硫酸锌螯合反应35分钟，然后再加入氧化钾螯合反应35分钟，得浆料2；

3）在步骤2）制成的浆料2中加入150份水制成稠浆液，将稠浆液进行离心排杂后，加入pH调节剂调整pH为6.0~7.5，然后再加入悬浮剂，混合均匀，得液体肥料，即完成。

对比例

本对比例有机水溶性碳肥，与实施例1不同的是，本对比例水溶性碳肥的制备方法为，将浆料1出料晾晒干燥后置于捏合机中加入30份的水，加入五氧化二磷进行捏合接枝反应后，再依次加入尿素、硼酸、硫酸锌和氧化钾进行螯合，加入pH调节剂调节pH为6.0~7.5得膏状固体，将干燥后粉碎、造粒，即完成；其他同实施例1。

试验例

选取新疆新和县的棉花田为试验田，将该试验田分为两个区域，其中一个区域采用滴灌的方式施用本发明实施例1制备的碳肥，另外一个区域采用滴灌的方式施用本发明对比例制备的碳肥，观察滴灌状况并且统计棉花产量，结果显示，采用本发明实施例1制备的碳肥在滴灌过程中水溶性达到95%以上，整个滴灌过程没有几乎没有出现絮凝沉淀，未造成滴灌管道的堵塞；而对比例制备的碳肥在滴灌过程中水溶性仅达到40%左右，在滴灌过程中出现絮凝沉淀的现象，并且随着滴灌时间的延长和滴灌次数的增多，会造成管道的堵塞。另外，施用本发明实施例1制备的碳肥的棉花产量相比对比例1碳肥的棉花产量增产10%左右。

由上述结果可知，本发明通过加入降滤失剂实现在全浆液的环境下完成整个反应过程，在提升生产效率，降低生产成本的同时，使得腐殖酸能够更好的与磷、硼、钾、锌的螯合，尤其是提升腐殖酸与尿素的螯合，使得尿素、磷、硼、钾、锌等成分在腐殖酸的作用下能够更好的被作物吸收利用，提高作物产量。

Claims (4)

1.一种有机水溶性碳肥，其特征在于，由以下重量份数的原料制备而成：腐殖酸55~65份、氧化钠3~5份、氧化钾8~10份、硝酸5~6份、五氧化二磷5~7份、尿素15~20份、硼酸1.5~2.5份、硫酸锌1.5~2.5份、降滤失剂5~10份、悬浮剂1~2份；

其制备方法包括以下操作步骤：

1）取腐殖酸与水投入反应器中，搅拌同时加入氧化钠，75~85℃温度下搅拌反应110~130分钟后，加入硝酸，在75~85℃温度下持续搅拌反应9~11小时，得浆料1；其中腐殖酸与水的质量比为1：1~1.2；

2）将步骤1）中的浆料1泵入另外一个反应器中，加入水和降滤失剂，搅拌均匀后，加入五氧化二磷进行接枝反应1~2小时，然后加入尿素进行螯合反应1~2小时，然后再加硼酸和硫酸锌螯合反应30~35分钟，然后再加入氧化钾螯合反应30~35分钟，得浆料2；其中水与腐殖酸的质量比为0.5~0.6：1；

方法一：3）在步骤2）制成的浆料2中加入水制成稀浆液，将稀浆液进行离心排杂后，加入pH调节剂调整pH为6.0~7.5，然后再加入悬浮剂，混合均匀，即完成；其中水的加入量为120~150份；

方法二：3）在步骤2）制成的浆料2中加入水制成稠浆液，将稠浆液进行离心排杂后，加入pH调节剂调整pH为6.0~7.5，然后再加入悬浮剂，混合均匀后泵入喷浆干燥设备中，在80~100℃温度下进行喷浆干燥，得颗粒状水溶碳肥，即完成；其中水的加入量为25~35份。

2.如权利要求1所述的有机水溶性碳肥，其特征在于，所述降滤失剂为磺甲基腐殖酸盐。

3.如权利要求1或2所述的有机水溶性碳肥，其特征在于，所述悬浮剂由聚谷氨酸、钠基膨润土和聚丙烯酰胺组成；其中聚谷氨酸：钠基膨润土：聚丙烯酰 胺=1：2：1。

4.如权利要求3所述的有机水溶性碳肥，其特征在于，由以下重量份数的原料制备而成：腐殖酸60份、氧化钠4份、氧化钾9份、硝酸5.5份、五氧化二磷6份、尿素17份、硼酸2份、硫酸锌2份、降滤失剂8份、悬浮剂1.5份。