CN107266209B - 农作物秸秆基保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥 - Google Patents

农作物秸秆基保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥 Download PDF

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Abstract

本发明涉及吸水保水型缓控释化肥领域，具体为一种农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥及其制备方法。首先对农作物秸秆进行预处理，再使甲醛和尿素在一定温度下反应得到羟甲基脲溶液；之后向另一反应器中加入丙烯酸、丙烯酰胺单体和预处理后的农作物秸秆，并加入KOH溶液调节丙烯酸的中和度；依次加入引发剂、磷酸二氢钾和制备的羟甲基脲溶液；混合均匀后反应得到粘稠产物。最后将粘稠产物造粒烘干，即得到农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥。本发明制备的农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的吸水保水能力强，并且所含的氮、磷、钾元素具有优异的缓控释性能。

Description

农作物秸秆基保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥
技术领域
本发明涉及吸水保水型缓控释化肥领域，具体为一种农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥及其制备方法。
背景技术
目前的保水控释肥基本都是包膜型肥料，结构大多是以复合肥料为核心、吸水树脂为外壳的核壳结构，存在包膜工艺复杂、膜材料成本较高等缺点，限制了肥料的推广和应用。尤其是随着环境保护意识的日益增强，人们逐渐意识到这些包膜材料难降解，残留于土壤中会造成环境污染。
秸秆是作物光合作用的副产物，其成分主要是纤维素、半纤维素和木质素类天然高分子，此外还含有氮、磷、钾、钙、镁等营养元素，是一类可再生生物质资源。传统农业对农作物秸秆的处理方式主要是焚烧掩埋处理，不仅造成大气环境污染，同时也造成了巨大的环境资源浪费。
将农作物秸秆引入到高吸水性树脂中以合成新型的农作物秸秆基吸水保水材料，一方面可以提高农作物秸秆的附加值，另一方面也可以提高吸水树脂的性能。同时，利用该高吸水树脂与肥料养分复合制备多功能缓控释肥料，不仅环境友好，而且可以有效降低缓控释肥料的成本。
发明内容
本发明旨在提供一种农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥，其包括半互穿网络结构的高聚物，所述高聚物的半互穿网络结构为高分子缓控释肥分子链PRF穿插在农作物秸秆基吸水树脂网络中；
其中，所述农作物秸秆基吸水树脂为在引发剂和交联剂的作用下使丙烯酸、丙烯酰胺与秸秆中的纤维素骨架接枝共聚形成的三维空间网络结构。
所述缓控释肥还包括脱离农作物秸秆基吸水树脂三维空间网络结构且聚集成单相结构的高分子缓控释肥PRF分子链。
此外，所述缓控释肥还包括脱离农作物秸秆基吸水树脂三维空间网络结构的秸秆中的纤维素晶体。其结构示意图见图8。
为了更清楚的说明本发明所述缓控释肥，本发明提供了吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的制备方法，包括如下步骤：
(1)农作物秸秆的预处理：称取农作物秸秆粉末，浸没于蒸馏水中，60℃下浸泡12h后过滤，将滤物置于由24％KOH和1％NaBH4组成的溶液中搅拌3h后过滤，再将滤物用蒸馏水反复冲洗至滤液呈中性，烘干备用；
(2)在第一反应器中分别加入甲醛和尿素，利用5％KOH溶液调节体系pH＝8，40℃下反应2h，得到羟甲基脲溶液；
(3)在第二反应器中加入丙烯酸、丙烯酰胺和步骤(1)中预处理后的农作物秸秆粉末，并加入质量分数为20％的KOH溶液调节丙烯酸单体的中和度为20％～100％；之后依次加入磷酸二氢钾、引发剂和步骤(2)中制备的羟甲基脲溶液，在冰浴下混合30min，升温到55℃后在氮气氛围下反应4h，得到粘稠状产物；
(4)将得到的粘稠状产物造粒后烘干，即得到农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥。
本发明进一步提供了上述吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的制备方法的反应机理：
Figure BDA0001365614910000011
Figure BDA0001365614910000021
上述反应机理中，AM指的是丙烯酰胺，MBA指的是N,N-亚甲基双丙烯酰胺，APS指的是引发剂，straw指的是秸秆中的纤维素晶体，AA指的是丙烯酸；其中纤维素晶体在引发剂的作用下形成带有氧自由基的纤维素晶体，然后在AA、AM以及MBA的作用下形成农作物秸秆基吸水树脂。在农作物秸秆基吸水树脂的结构中，纤维素晶体起到使共聚物接枝交联的作用。
优选的，所述甲醛和尿素的摩尔比为1:1.2～2。
优选的，步骤(3)中丙烯酸、丙烯酰胺和农作物秸秆粉末的质量比为(2～10):1:(0.2～1)。
进一步优选的，步骤(3)中所述磷酸二氢钾、引发剂和羟甲基脲溶液的加入量分别占丙烯酸和丙烯酰胺总质量的0～10％、0.1％～1％、0～100％，且磷酸二氢钾和羟甲基脲溶液的加入量均不为0。当然，本领域技术人员也可以根据不同的需求，通过控制反应原料尿素、甲醛、磷酸二氢钾和农作物秸秆的加入量(包括本发明所记载的加入量范围，以及本发明未记载的加入量范围)，制备出各种不同氮、磷、钾含量的吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥。但是按照本发明所提供的加入量以及质量比，发明人根据理论推倒和实际测定相结合测算出吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥中氮、磷、钾元素的含量以质量百分含量记为：氮15wt％～36wt％，以P2O5计的磷0wt％～8wt％、以K2O计的钾0wt％～22wt％；在自来水中的吸水倍率为26～118g/g。
具体的，所述农作物秸秆为小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、高粱秸秆中的任意一种。
具体应用时，所述引发剂为过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、硝酸高铈盐、过氧化氢与硫酸亚铁的混合物、过硫酸盐与亚硫酸氢钠的混合物、过硫酸盐与亚硫酸钠的混合物、L-抗坏血酸中的任意一种。
与现有肥料相比，本发明具有如下所述的优越性：
(1)利用常规水溶液自由基聚合方法即可制得具有半互穿网络结构的高保水型高分子缓控释肥，避免了包膜肥料制备后期的包膜工艺，制备工艺简单有效，节省了大量的人力和物力。
(2)本发明制备的农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥中的农作物秸秆来源广泛，将其与高吸水性树脂复合制备的农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥具有性能优良、成本低廉的优点。
(3)本发明以农作物秸秆为原料制备吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥，为农作物秸秆的资源化利用提供了新的途径；同时，农作物秸秆中含有的大量有机质可以有效改善土壤理化性质。
(4)所述农作物秸秆基多营养元素生物降解高分子缓控释肥施入土壤后，在水和土壤微生物的作用下，逐步水解、降解为小分子营养物质，减少了土壤对营养元素的固定，且降解产物无有害物质，绿色环保。
(5)本发明制备的农作物秸秆基多营养元素生物降解高分子缓控释肥中含有农作物生长发育所需要的氮、磷、钾等营养元素，可提高作物产量，改善作物品质。
(6)本发明制备的农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥施入土壤中后，可以有效提高土壤的吸水保水能力。
附图说明
图1为小麦秸秆预处理前后的XRD图。图中两条谱线在衍射角为22°处都有一个主峰，这代表小麦秸秆结构中高度有序的纤维素晶体，说明预处理后的小麦秸秆的纤维素结构没有遭到破坏，并且预处理过程去除了小麦秸秆纤维表面附着的半纤维素和其他杂质，纤维素晶体结构有序度增加，主峰明显增强。
图2为实施例3所制备的农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的红外光谱图。图中3335cm-1处为高分子缓控释肥PRF分子中仲酰胺的伸缩振动吸收峰，3441cm-1和3203cm-1处为聚丙烯酰胺侧基中伯酰胺的伸缩振动吸收峰，1652cm-1处为聚丙烯酰胺侧基中羰基的伸缩振动吸收峰，1545cm-1处为聚丙烯酸侧基中羧酸根离子的不对称伸缩振动吸收峰。红外光谱图说明产物具有所述结构。
图3为农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的差示扫描量热图。图中A为秸秆基吸水树脂(采用的是实施例3不含步骤(2)的制备方法，即未加高分子缓控释肥PRF)、B为实施例 3所制备的农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥、C为高分子缓控释肥PRF(采用的是实施例3制备PRF的方法，即未加吸水树脂)对应的差式扫描量热曲线。由图可知，单一秸秆基吸水树脂(曲线A)的玻璃化转变温度Tg为85.6℃；秸秆基吸水树脂加入高分子缓控释肥PRF后(曲线B)，由于高分子缓控释肥PRF分子链穿插在吸水树脂网络中，对吸水树脂网络有一定的增塑作用，因此使吸水树脂的玻璃化转变温度降低为78.0℃；除一部分高分子缓控释肥PRF分子链穿插在吸水树脂网络中，还有一部分高分子缓控释肥PRF分子链脱离吸水树脂网络聚集为单相结构，在190.5℃出现了明显的高分子缓控释肥PRF的分解吸热峰。以上分析说明产物具有所述结构。
图4为实施例3所制备的农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的保水能力曲线。在16天和26天时，空白土样的保水率分别为18.1％和0％。而添加2％的农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的土样，保水率分别提升到34.7％和8.8％。说明农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的施入，可以有效提高土壤的保水能力。
图5为实施例3所制备的农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥营养元素氮的释放曲线。
图6为实施例3所制备的农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥营养元素磷的释放曲线。
图7为实施例3所制备的农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥营养元素钾的释放曲线。
由图5至图7可知，营养元素氮和磷的释放曲线呈现出前期快速上升后期逐渐平缓的趋势，营养元素钾的释放曲线呈现出前期平稳上升后期趋于平缓的趋势。在第30天时，氮、磷、钾的累积释放率分别达到30.9％、70.2％、89.6％。由此可知，该农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥具有很好的缓控释氮、磷、钾营养元素的作用。
图8为本发明所述吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的其中一种结构示意图。图中P(AA-co-AM)指的是共聚物，PRF指的是高分子缓控释肥分子链，straw指的是纤维素晶体。由图可以看出：部分纤维素晶体充当共聚物的接枝交联点，部分纤维素晶体脱离农作物秸秆基吸水树脂。
具体实施方式
在本文全文中未特别说明的百分比浓度(％)均指的是质量分数w/w(质量百分比浓度)。
一种吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥，其包括半互穿网络结构的高聚物，所述高聚物的半互穿网络结构为高分子缓控释肥分子链PRF穿插在农作物秸秆基吸水树脂网络中；
其中，所述农作物秸秆基吸水树脂为在引发剂和交联剂的作用下使丙烯酸、丙烯酰胺与秸秆中的纤维素骨架接枝共聚形成的三维空间网络结构。
进一步的，所述缓控释肥还包括脱离农作物秸秆基吸水树脂三维空间网络结构且聚集成单相结构的高分子缓控释肥PRF分子链。当高分子缓控释肥PRF分子链与农作物秸秆基吸水树脂的比例在平衡点以下时，高分子缓控释肥PRF分子链就会完全穿插在农作物秸秆基吸水树脂网络中；当高分子缓控释肥PRF分子链与农作物秸秆基吸水树脂的比例超过该平衡点后，部分高分子缓控释肥PRF分子链就会脱离农作物秸秆基吸水树脂三维空间网络结构且聚集成单相结构。
进一步的，所述缓控释肥还包括脱离农作物秸秆基吸水树脂的三维空间网络结构的秸秆中的纤维素晶体。即未参与接枝交联的纤维素晶体就会脱离农作物秸秆基吸水树脂的三维空间网络结构。
一种吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的制备方法，包括如下步骤：
(1)农作物秸秆的预处理：称取农作物秸秆粉末，浸没于蒸馏水中，60℃下浸泡12h后过滤，将滤物置于由24％KOH和1％NaBH4组成的溶液中搅拌3h后过滤，再将滤物用蒸馏水反复冲洗至滤液呈中性，烘干备用；
(2)在第一反应器中分别加入甲醛和尿素，利用5％KOH溶液调节体系pH＝8，40℃下反应2h，得到羟甲基脲溶液；
(3)在第二反应器中加入丙烯酸、丙烯酰胺和步骤(1)中预处理后的农作物秸秆粉末，并加入质量分数为20％的KOH溶液调节丙烯酸单体的中和度为20％～100％；之后依次加入磷酸二氢钾、引发剂和步骤(2)中制备的羟甲基脲溶液，在冰浴下混合30min，升温到55℃后在氮气氛围下反应4h，得到粘稠状产物；
(4)将得到的粘稠状产物造粒后烘干，即得到农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥。
上述丙烯酸单体的中和度可选择20％、40％、60％、80％或100％。但是基于共聚物吸水性方面的考虑，优选的中和度为80％。
优选的，所述甲醛和尿素的摩尔比为1:1.2～2，例如可选择1:1.2、1:1.5、1:2。
优选的，步骤(3)中丙烯酸、丙烯酰胺和农作物秸秆粉末的质量比为(2～10):1:(0.2～1)，例如可选择2:1:0.2、2:1:1、10:1:1、10:1:0.2。
具体的，步骤(3)中所述磷酸二氢钾、引发剂和羟甲基脲溶液的加入量分别占丙烯酸和丙烯酰胺总质量的0～10％、0.1％～1％、0～100％，且磷酸二氢钾和羟甲基脲溶液的加入量均不为0。例如磷酸二氢钾占丙烯酸和丙烯酰胺总质量的0.1％、1％、5％或10％；引发剂占丙烯酸和丙烯酰胺总质量的0.1％、0.55％或1％；羟甲基脲溶液占丙烯酸和丙烯酰胺总质量的0.1％、10％、20％、50％或100％。
具体实施时，所述农作物秸秆为小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、高粱秸秆中的任意一种。
具体应用时，所述引发剂为过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、硝酸高铈盐、过氧化氢与硫酸亚铁的混合物、过硫酸盐与亚硫酸氢钠的混合物、过硫酸盐与亚硫酸钠的混合物、L-抗坏血酸中的任意一种。
下面为了更清楚的说明本发明的技术内容，提供了如下具体实施例。
实施例1
一种制备农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的方法，包括以下步骤：
(1)农作物秸秆的预处理：称取农作物秸秆粉末，浸没于蒸馏水中，60℃下浸泡12h后过滤，将滤物置于由24％KOH和1％NaBH4组成的溶液中搅拌3h后过滤，再将滤物用蒸馏水反复冲洗至滤液呈中性，烘干备用。
(2)往第一反应容器中分别加入6.70g甲醛和6g尿素，利用5％KOH溶液调节体系pH＝8，40℃下反应2h，得到羟甲基脲溶液。
(3)往第二反应容器中加入5g丙烯酸、2g丙烯酰胺和0.7g步骤(1)中处理后的农作物秸秆粉末，并加入质量分数为20％的KOH溶液调节丙烯酸的中和度为80％。之后加入0.5g磷酸二氢钾、0.021g过硫酸铵和步骤(2)中制备的12g羟甲基脲溶液，在冰浴下混合30min，升温到55℃后在氮气氛围下反应4h，得到粘稠产物。
(4)将得到的粘稠状产物造粒后烘干，即得到农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥。
所得农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的氮含量为29.30％，以P2O5计的磷含量为0.92％，以K2O计的钾含量为11.76％，在自来水中的吸水倍率为26g/g。
实施例2
一种制备农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的方法，包括以下步骤：
(1)农作物秸秆的预处理：称取农作物秸秆粉末，浸没于蒸馏水中，60℃下浸泡12h后过滤，将滤物置于由24％KOH和1％NaBH4组成的溶液中搅拌3h后过滤，再将滤物用蒸馏水反复冲洗至滤液呈中性，烘干备用。
(2)往第一反应容器中分别加入4.06g甲醛和6g尿素，利用5％KOH溶液调节体系pH＝8，40℃下反应2h，得到羟甲基脲溶液。
(3)往第二反应容器中加入5.6g丙烯酸、1.4g丙烯酰胺和0.7g步骤(1)中处理后的农作物秸秆粉末，并加入质量分数为20％的KOH溶液调节丙烯酸的中和度为80％。之后加入0.5g磷酸二氢钾、0.021g过硫酸铵和步骤(2)中制备的12g羟甲基脲溶液，在冰浴下混合30min，升温到55℃后在氮气氛围下反应4h，得到粘稠产物。
(4)将得到的粘稠状产物造粒后烘干，即得到农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥。
所得农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的氮含量为32.80％，以P2O5计的磷含量为0.98％，以K2O计的钾含量为12.60％，在自来水中的吸水倍率为42g/g。
实施例3
一种制备农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的方法，包括以下步骤：
(1)农作物秸秆的预处理：称取农作物秸秆粉末，浸没于蒸馏水中，60℃下浸泡12h后过滤，将滤物置于由24％KOH和1％NaBH4组成的溶液中搅拌3h后过滤，再将滤物用蒸馏水反复冲洗至滤液呈中性，烘干备用。
(2)往第一反应容器中分别加入4.06g甲醛和6g尿素，利用5％KOH溶液调节体系pH＝8，40℃下反应2h，得到羟甲基脲溶液。
(3)往第二反应容器中加入5g丙烯酸、2g丙烯酰胺和0.7g步骤(1)中处理后的农作物秸秆粉末，并加入质量分数为20％的KOH溶液调节丙烯酸的中和度为80％。之后加入0.5g磷酸二氢钾、0.021g过硫酸铵和步骤(2)中制备的12g羟甲基脲溶液，在冰浴下混合30min，升温到55℃后在氮气氛围下反应4h，得到粘稠产物。
(4)将得到的粘稠状产物造粒后烘干，即得到农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥。
所得农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的氮含量为33.20％，以P2O5计的磷含量为0.94％，以K2O计的钾含量为13.62％，在自来水中的吸水倍率为46g/g。
实施例4
一种制备农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的方法，包括以下步骤：
(1)农作物秸秆的预处理：称取农作物秸秆粉末，浸没于蒸馏水中，60℃下浸泡12h后过滤，将滤物置于由24％KOH和1％NaBH4组成的溶液中搅拌3h后过滤，再将滤物用蒸馏水反复冲洗至滤液呈中性，烘干备用。
(2)往第一反应容器中分别加入4.06g甲醛和6g尿素，利用5％KOH溶液调节体系pH＝8，40℃下反应2h，得到羟甲基脲溶液。
(3)往第二反应容器中加入5g丙烯酸、2g丙烯酰胺和1.4g步骤(1)中处理后的农作物秸秆粉末，并加入质量分数为20％的KOH溶液调节丙烯酸的中和度为80％。之后加入0.5g磷酸二氢钾、0.021g过硫酸铵和步骤(2)中制备的12g羟甲基脲溶液，在冰浴下混合30min，升温到55℃后在氮气氛围下反应4h，得到粘稠产物。
(4)将得到的粘稠状产物造粒后烘干，即得到农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥。
所得农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的氮含量为26.43％，以P2O5计的磷含量为0.82％，以K2O计的钾含量为9.64％，在自来水中的吸水倍率为38g/g。
实施例5
一种制备农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的方法，包括以下步骤：
(1)农作物秸秆的预处理：称取农作物秸秆粉末，浸没于蒸馏水中，60℃下浸泡12h后过滤，将滤物置于由24％KOH和1％NaBH4组成的溶液中搅拌3h后过滤，再将滤物用蒸馏水反复冲洗至滤液呈中性，烘干备用。
(2)往第一反应容器中分别加入4.06g甲醛和6g尿素，利用5％KOH溶液调节体系pH＝8，40℃下反应2h，得到羟甲基脲溶液。
(3)往第二反应容器中加入5g丙烯酸、2g丙烯酰胺和0.7g步骤(1)中处理后的农作物秸秆粉末，并加入质量分数为20％的KOH溶液调节丙烯酸的中和度为80％。之后加入0.8g磷酸二氢钾、0.021g过硫酸铵和步骤(2)中制备的12g羟甲基脲溶液，在冰浴下混合30min，升温到55℃后在氮气氛围下反应4h，得到粘稠产物。
(4)将得到的粘稠状产物造粒后烘干，即得到农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥。
所得农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的氮含量为30.65％，以P2O5计的磷含量为1.48％，以K2O计的钾含量为16.32％，在自来水中的吸水倍率为34g/g。
实施例6
一种制备农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的方法，包括以下步骤：
(1)农作物秸秆的预处理：称取农作物秸秆粉末，浸没于蒸馏水中，60℃下浸泡12h后过滤，将滤物置于由24％KOH和1％NaBH4组成的溶液中搅拌3h后过滤，再将滤物用蒸馏水反复冲洗至滤液呈中性，烘干备用。
(2)往第一反应容器中分别加入4.06g甲醛和6g尿素，利用5％KOH溶液调节体系pH＝8，40℃下反应2h，得到羟甲基脲溶液。
(3)往第二反应容器中加入5g丙烯酸、2g丙烯酰胺和0.7g步骤(1)中处理后的农作物秸秆粉末，并加入质量分数为20％的KOH溶液调节丙烯酸的中和度为80％。之后加入1g磷酸二氢钾、0.021g过硫酸铵和步骤(2)中制备的12g羟甲基脲溶液，在冰浴下混合30min，升温到55℃后在氮气氛围下反应4h，得到粘稠产物。
(4)将得到的粘稠状产物造粒后烘干，即得到农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥。
所得农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的氮含量为30.19％，以P2O5计的磷含量为1.97％，以K2O计的钾含量为19.83％，在自来水中的吸水倍率为27g/g。
实施例7
一种制备农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的方法，包括以下步骤：
(1)农作物秸秆的预处理：称取农作物秸秆粉末，浸没于蒸馏水中，60℃下浸泡12h后过滤，将滤物置于由24％KOH和1％NaBH4组成的溶液中搅拌3h后过滤，再将滤物用蒸馏水反复冲洗至滤液呈中性，烘干备用。
(2)往第一反应容器中分别加入1.35g甲醛和2g尿素，利用5％KOH溶液调节体系pH＝8，40℃下反应2h，得到羟甲基脲溶液。
(3)往第二反应容器中加入5g丙烯酸、2g丙烯酰胺和0.7g步骤(1)中处理后的农作物秸秆粉末，并加入质量分数为20％的KOH溶液调节丙烯酸的中和度为80％。之后加入0.5g磷酸二氢钾、0.021g过硫酸铵和步骤(2)中制备的4g羟甲基脲溶液，在冰浴下混合30min，升温到55℃后在氮气氛围下反应4h，得到粘稠产物。
(4)将得到的粘稠状产物造粒后烘干，即得到农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥。
所得农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的氮含量为16.83％，以P2O5计的磷含量为1.50％，以K2O计的钾含量为19.49％，在自来水中的吸水倍率为118g/g。

Claims (9)

1.一种吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥，其特征在于，其包括半互穿网络结构的高聚物，所述高聚物的半互穿网络结构为高分子缓控释肥PRF分子链穿插在农作物秸秆基吸水树脂网络中；
其中，所述农作物秸秆基吸水树脂为在引发剂和交联剂的作用下使丙烯酸、丙烯酰胺与秸秆中的纤维素骨架接枝共聚形成的三维空间网络结构。
2.根据权利要求1所述的一种吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥，其特征在于，所述缓控释肥还包括脱离农作物秸秆基吸水树脂三维空间网络结构且聚集成单相结构的高分子缓控释肥PRF分子链。
3.根据权利要求1所述的一种吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥，其特征在于，所述缓控释肥还包括脱离农作物秸秆基吸水树脂的三维空间网络结构的秸秆中的纤维素晶体。
4.一种吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）农作物秸秆的预处理：称取农作物秸秆粉末，浸没于蒸馏水中，60℃下浸泡12h后过滤，将滤物置于由24%KOH和1%NaBH4组成的溶液中搅拌3h后过滤，再将滤物用蒸馏水反复冲洗至滤液呈中性，烘干备用；
（2）在第一反应器中分别加入甲醛和尿素，利用5%KOH溶液调节体系pH=8，40℃下反应2h，得到羟甲基脲溶液；
（3）在第二反应器中加入丙烯酸、丙烯酰胺和步骤（1）中预处理后的农作物秸秆粉末，并加入质量分数为20%的KOH溶液调节丙烯酸单体的中和度为20%~100%；之后依次加入磷酸二氢钾、引发剂和步骤（2）中制备的羟甲基脲溶液，在冰浴下混合30min，升温到55℃后在氮气氛围下反应4h，得到粘稠状产物；
（4）将得到的粘稠状产物造粒后烘干，即得到农作物秸秆基吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥。
5.根据权利要求4所述的一种吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的制备方法，其特征在于，所述甲醛和尿素的摩尔比为1:1.2~2。
6.根据权利要求4所述的一种吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的制备方法，其特征在于，步骤（3）中丙烯酸、丙烯酰胺和农作物秸秆粉末的质量比为（2~10）:1:（0.2~1）。
7.根据权利要求4所述的一种吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述磷酸二氢钾、引发剂和羟甲基脲溶液的加入量分别占丙烯酸和丙烯酰胺总质量的0~10%、0.1%~1%、0~100%，且磷酸二氢钾和羟甲基脲溶液的加入量均不为0。
8.根据权利要求4所述的一种吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的制备方法，其特征在于，所述农作物秸秆为小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、高粱秸秆中的任意一种。
9.根据权利要求4所述的一种吸水保水型多营养元素生物降解高分子缓控释肥的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、硝酸高铈盐、过氧化氢与硫酸亚铁的混合物、过硫酸盐与亚硫酸氢钠的混合物、过硫酸盐与亚硫酸钠的混合物、L-抗坏血酸中的任意一种。
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