CN107285860A - 一种多元素螯合肥及其制备方法 - Google Patents

一种多元素螯合肥及其制备方法 Download PDF

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CN107285860A CN201710495013.4A CN201710495013A CN107285860A CN 107285860 A CN107285860 A CN 107285860A CN 201710495013 A CN201710495013 A CN 201710495013A CN 107285860 A CN107285860 A CN 107285860A
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江莉龙
丁音琴
林性贻
詹瑛瑛
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CHEMICAL FERTILIZER CATALYST STATE ENGINEERING RESEARCH CENTER FUZHOU UNIV
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FUJIAN SANJU FUDA FERTILIZER CATALYST NATIONAL ENGINEERING RESEARCH CENTER Co Ltd
CHEMICAL FERTILIZER CATALYST STATE ENGINEERING RESEARCH CENTER FUZHOU UNIV
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Abstract

本发明公开了一种多元素螯合肥及其制备方法。该多元素螯合肥包括如下重量份数的原料：氨基酸40‑50份、可溶性镁盐5‑10份、可溶性铁盐3‑6份、可溶性锌盐5‑8份、可溶性钙盐10‑15份、可溶性锰盐3‑6份、羧甲基纤维素5‑8份、尿素5‑12份、果胶4‑7份。通过选择特定配比的羧甲基纤维素、果胶和尿素配合使用，提高了多元素螯合肥的稳定性和螯合率，同时也使其具有缓释性，提高其肥效持久性，增加作物产量。因此，其可广泛地应用于农作物生产中。

Description

一种多元素螯合肥及其制备方法
技术领域
本发明属于化肥生产技术领域，具体涉及一种多元素螯合肥及其制备方法。
背景技术
植物在生长过程中，除了需要大量的氮、磷、钾外，还需要一定量的微量元素，如果缺乏这些微量元素，植物则不能正常生长，解决该问题的办法就是施用中微肥。在正常施用氮、磷、钾的情况下，增施含一种或几种中微量元素的肥料，可平衡农作物所需的元素、防治因缺素所造成的生理性病害。我国使用的中微量元素多以二价的金属离子存在，一旦施入土壤和进入植物体内，因土壤和植物体中存在负二价的碳酸根，易与之反应生成不溶于水的碳酸盐，大部分将失去活性，能被植物吸收的很少，利用率受到一定限制，所以即使平衡施肥，也不等于被农作物平衡吸收，这就是为什么已经在土壤中平衡施肥，但农作物有时仍出现缺素症状的原因。为了解决这一矛盾，以往利用EDTA(乙二胺四乙酸)和腐殖酸等作为螯合剂，将微量元素生成螯合物，有效地提高了微量元素的稳定性，避免其生成不溶于水的碳酸盐和磷酸盐，提高了肥料的利用率，施肥效果得到提高。
上述螯合剂中，EDTA虽螯合能力强，但是其成本高，在土壤中易被降解为乙醛酸和甲醛等，危害植物生长；腐植酸分子量较大，结构复杂，影响其所形成的复合肥的吸收效率。因此，目前更多地是采用对植物不会产生不良影响、分子结构简单的氨基酸作为螯合剂，如中国专利文献CN102153418A公开了一种氨基酸螯合中微量元素高效叶面肥，其便是采用氨基酸去螯合各种中微量元素的。
虽然采用氨基酸作为螯合剂具有上述优点，但是，也存在其自身的局限性，也就是其螯合能力弱、在植物体内易发生水解或易与其它阴离子发生反应而失活，故导致其所形成的多元素螯合肥中金属螯合率低，稳定性差，肥效大大降低。
发明内容
为此，本发明所要解决的现有多元素螯合肥存在稳定性差、螯合率低的缺陷，进而提供一种稳定性好、螯合率高、吸收率和肥效高、营养均衡的多元素螯合肥及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
本发明所提供的多元素螯合肥，包括如下重量份数的原料：
进一步地，包括如下重量份数的原料：
另外，本发明还提供了上述多元素螯合肥的制备方法，包括如下步骤：
1)将可溶性镁盐、可溶性铁盐、可溶性锌盐、可溶性钙盐、可溶性锰盐、氨基酸、羧甲基纤维素、尿素和果胶溶于水中，
或将可溶性镁盐、可溶性铁盐、可溶性锌盐、可溶性钙盐、可溶性锰盐、氨基酸、羧甲基纤维素、尿素、果胶、膨润土、磷铵和氯化钾溶于水中，得到混合液；
2)对所述混合液进行螯合反应；
3)对所述步骤2)处理后的混合液依次进行陈化和干燥，得到多元素螯合肥。
进一步地，步骤1)中，所述混合液中氨基酸的质量分数为15-25％。
进一步地，步骤2)中，所述螯合反应的温度为75-85℃，时间为8-9h、pH为6-7。
进一步地，步骤3)中，所述陈化的温度为50-60℃、时间为15-20h；
所述干燥的温度为100-130℃。
进一步地，步骤3)中，所述干燥之前，还包括对所述陈化后所得混合物进行浓缩的步骤。
进一步地，步骤1)中，步骤1)中，所述可溶性锌盐为硫酸锌、碳酸锌、氯化锌、碱式硫酸锌和碱式碳酸锌中的至少一种；
所述可溶性镁盐为硫酸镁、氯化镁和硝酸镁中的至少一种；
所述可溶性铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁和硝酸亚铁中的至少一种；
所述可溶性钙盐为氯化钙和/硝酸钙；
所述可溶性锰盐为硫酸锰和/硝酸锰。
进一步地，步骤1)中，所述氨基酸为丙氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、色氨酸、半胱氨酸、胱氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和丝氨酸中的至少一种。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明实施例所提供的多元素螯合肥，利用螯合剂螯合了多种微量元素，均衡了营养，保证了肥效。同时采用羧甲基纤维素和果胶，一则是与氨基酸之间形成氢键，利用这些环绕在氨基酸螯合的金属中心周围的羧甲基纤维素和果胶，阻挡水分子和其它阴离子，防止氨基酸螯合的金属发生水解或与其它阴离子发生反应而失活，提高氨基酸螯合肥的稳定性，同时间接提高了氨基酸螯合肥的螯合率以及有机分子之间的化学相容性；二则是羧甲基纤维素和果胶使氨基酸螯合肥具有一定粘性，降低了金属与水分子、其它阴离子之间的相互作用和相互迁移的速率，提高了氨基酸螯合肥的稳定性；三则是羧甲基纤维素和果胶本身可以螯合金属，再次提高了氨基酸螯合肥的螯合率。另外，采用尿素一则是提供养分，二则是尿素本身含电负性大的氮，这些小分子的尿素穿插在上述有机高分子间，并通过电负性大的氮与之形成氢键，同样能阻挡水分子和其它阴离子。总之，选择特定配比的原料配合使用，提高了氨基酸螯合肥的稳定性和螯合率。
(2)本发明实施例所提供的多元素螯合肥，采用羧甲基纤维素、果胶和尿素还使氨基酸螯合肥具有缓释性，提高了其肥效持久性；再者，羧甲基纤维素和果胶之间也能相互作用，形成网状结构的共聚物，阻挡了水分子和其它阴离子，同时也提高了氨基酸螯合肥的缓释性效果；膨润土和磷铵提供了营养，同时膨润土也提供了待螯合点，将其与氨基酸混合，提高了膨润土的利用率；最后，通过各原料间的特定配比，能降低各微量元素间的拮抗作用，利于作物吸收各微量元素，提高作物产量，同时，羧甲基纤维素和果胶还起到分散作用，避免各元素间的团聚，提高其分散性。
(3)本发明实施例所提供的多元素螯合肥的制备方法，因采用上述特定配比的原料，故其具有上述优点。
(4)本发明实施例所提供的多元素螯合肥，通过限定pH、反应温度和时间、陈化温度和时间，适应了上述特定配比的原料，在制备过程中，提高了氨基酸螯合肥的稳定性和螯合率。
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明做进一步描述。本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。
实施例1
本实施例提供了一种多元素螯合肥，由45g半胱氨酸、8g硫酸镁、5g氯化亚铁、7g硫酸锌、12g硝酸钙、4g硝酸锰、6.5g羧甲基纤维素、8g尿素和5.5g果胶组成；
上述多元素螯合肥的制备方法，包括如下步骤：
1)将上述可溶性金属盐、氨基酸、羧甲基纤维素、尿素和果胶溶于水中，得到混合液，其中，保证混合液中氨基酸的质量分数为20％；
2)将所述混合液于80℃、pH为6.5下螯合反应6.5h；
3)将步骤2)处理后的混合液于55℃下陈化18h；
4)对步骤3)处理后的混合液进行浓缩，并将浓缩液于115℃下干燥，得到多元素螯合肥。
实施例2
本实施例提供了一种多元素螯合肥，由44g甘氨酸、8g硝酸镁、4g硝酸亚铁、7g氯化锌、12g硝酸钙、5g硫酸锰、6g羧甲基纤维素、10g尿素和5g果胶组成；
上述多元素螯合肥的制备方法，包括如下步骤：
1)将上述可溶性金属盐、氨基酸、羧甲基纤维素、尿素和果胶溶于水中，得到混合液，其中，保证混合液中氨基酸的质量分数为15％；
2)将所述混合液于75℃、pH为7下螯合反应8h；
3)将步骤2)处理后的混合液于50℃下陈化20h；
4)对步骤3)处理后的混合液进行浓缩，并将浓缩液于130℃下干燥，得到多元素螯合肥。
实施例3
本实施例提供了一种多元素螯合肥，由46g丙氨酸、7g硫酸镁、5g氯化亚铁、6g碱式硫酸锌、13g氯化钙、4g硝酸锰、7g羧甲基纤维素、8g尿素和6g果胶组成；
上述多元素螯合肥的制备方法，包括如下步骤：
1)将上述可溶性金属盐、氨基酸、羧甲基纤维素、尿素和果胶溶于水中，得到混合液，其中，保证混合液中氨基酸的质量分数为25％；
2)将所述混合液于85℃、pH为6下螯合反应9h；
3)将步骤2)处理后的混合液于60℃下陈化15h；
4)对步骤3)处理后的混合液进行浓缩，并将浓缩液于100℃下干燥，得到多元素螯合肥。
实施例4
本实施例提供了一种多元素螯合肥，由20g蛋氨酸、15g色氨酸、5g胱氨酸、10g硝酸镁、3g氯化亚铁、8g碱式碳酸锌、10g氯化钙、6g硫酸锰、5g羧甲基纤维素、12g尿素和4g果胶组成；
上述多元素螯合肥的制备方法，包括如下步骤：
1)将上述可溶性金属盐、氨基酸、羧甲基纤维素、尿素和果胶溶于水中，得到混合液，其中，保证混合液中氨基酸的质量分数为18％；
2)将所述混合液于85℃、pH为6下螯合反应9h；
3)将步骤2)处理后的混合液于60℃下陈化15h；
4)对步骤3)处理后的混合液进行浓缩，并将浓缩液于100℃下干燥，得到多元素螯合肥。
实施例5
本实施例提供了一种多元素螯合肥，由20g丝氨酸、20g异亮氨酸、10g丙氨酸、5g氯化镁、6g氯化亚铁、5g碱式碳酸锌、15g氯化钙、3g硫酸锰、8g羧甲基纤维素、5g尿素和7g果胶组成；
上述多元素螯合肥的制备方法，包括如下步骤：
1)将上述可溶性金属盐、氨基酸、羧甲基纤维素、尿素和果胶溶于水中，得到混合液，其中，保证混合液中氨基酸的质量分数为20％；
2)将所述混合液于75℃、pH为7下螯合反应8h；
3)将步骤2)处理后的混合液于50℃下陈化20h；
4)对步骤3)处理后的混合液进行浓缩，并将浓缩液于120℃下干燥，得到多元素螯合肥。
实施例6
本实施例提供了一种多元素螯合肥，由45g半胱氨酸、8g硫酸镁、5g氯化亚铁、7g硫酸锌、12g硝酸钙、4g硝酸锰、6.5g羧甲基纤维素、8g尿素、5.5g果胶、1g膨润土、12g磷铵和15g氯化钾组成；
上述多元素螯合肥的制备方法，包括如下步骤：
1)将上述可溶性金属盐、氨基酸、羧甲基纤维素、尿素、果胶、膨润土、磷铵和氯化钾溶于水中，得到混合液，其中，保证混合液中氨基酸的质量分数为20％；
2)将所述混合液于80℃、pH为6.5下螯合反应6.5h；
3)将步骤2)处理后的混合液于55℃下陈化18h；
4)对步骤3)处理后的混合液进行浓缩，并将浓缩液于115℃下干燥，得到多元素螯合肥。
实施例7
本实施例提供了一种多元素螯合肥，由44g甘氨酸、8g硝酸镁、4g硝酸亚铁、7g氯化锌、12g硝酸钙、5g硫酸锰、6g羧甲基纤维素、10g尿素、5g果胶、2g膨润土、10g磷铵和18g氯化钾组成；
上述多元素螯合肥的制备方法，包括如下步骤：
1)将上述可溶性金属盐、氨基酸、羧甲基纤维素、尿素、果胶、膨润土、磷铵和氯化钾溶于水中，得到混合液，其中，保证混合液中氨基酸的质量分数为15％；
2)将所述混合液于75℃、pH为7下螯合反应8h；
3)将步骤2)处理后的混合液于50℃下陈化20h；
4)对步骤3)处理后的混合液进行浓缩，并将浓缩液于130℃下干燥，得到多元素螯合肥。
对比例1
本对比例提供了一种多元素螯合肥，由45g半胱氨酸、8g硫酸镁、5g氯化亚铁、7g硫酸锌、12g硝酸钙、4g硝酸锰、8g尿素和5.5g果胶组成；
上述多元素螯合肥的制备方法，包括如下步骤：
1)将上述可溶性金属盐、氨基酸、尿素和果胶溶于水中，得到混合液，其中，保证混合液中氨基酸的质量分数为20％；
2)将所述混合液于80℃、pH为6.5下螯合反应6.5h；
3)将步骤2)处理后的混合液于55℃下陈化18h；
4)对步骤3)处理后的混合液进行浓缩，并将浓缩液于115℃下干燥，得到多元素螯合肥。
对比例2
本对比例提供了一种多元素螯合肥，由45g半胱氨酸、8g硫酸镁、5g氯化亚铁、7g硫酸锌、12g硝酸钙、4g硝酸锰、6.5g羧甲基纤维素和8g尿素组成；
上述多元素螯合肥的制备方法，包括如下步骤：
1)将上述可溶性金属盐、氨基酸、羧甲基纤维素和尿素溶于水中，得到混合液，其中，保证混合液中氨基酸的质量分数为20％；
2)将所述混合液于80℃、pH为6.5下螯合反应6.5h；
3)将步骤2)处理后的混合液于55℃下陈化18h；
4)对步骤3)处理后的混合液进行浓缩，并将浓缩液于115℃下干燥，得到多元素螯合肥。
对比例3
本对比例提供了一种多元素螯合肥，由20g蛋氨酸、15g色氨酸、5g胱氨酸、10g硝酸镁、3g氯化亚铁、8g碱式碳酸锌、10g氯化钙、6g硫酸锰、5g羧甲基纤维素和4g果胶组成；
上述多元素螯合肥的制备方法，包括如下步骤：
1)将上述可溶性金属盐、氨基酸、羧甲基纤维素和果胶溶于水中，得到混合液，其中，保证混合液中氨基酸的质量分数为18％；
2)将所述混合液于85℃、pH为6下螯合反应9h；
3)将步骤2)处理后的混合液于60℃下陈化15h；
4)对步骤3)处理后的混合液进行浓缩，并将浓缩液于100℃下干燥，得到多元素螯合肥。
试验例1
对上述各实施例和对比例所制得的多元素螯合肥中金属螯合率进行测定，相应的测定结果如下表1所示：
表1多元素螯合肥中金属螯合率
金属螯合率
实施例1 99.9％
实施例2 99.8％
实施例3 99.8％
实施例4 100％
实施例5 100％
实施例6 99.9％
实施例7 99.9％
对比例1 49％
对比例2 48％
对比例3 75％
从表1可得知：采用本发明特定配比的原料配合使用，特别是采用羧甲基纤维素、果胶和尿素三者配合使用，能显著提高多元素螯合肥中金属螯合率，最高可达到100％。
试验例2
对上述各实施例和对比例所制得的多元素螯合肥的稳定性进行测定，测定方法如下：将多元素螯合肥溶于水中形成浓度为100ppm的稀释液，取2ml该稀释液在室温下密封保存，分别保存0h、24h、48h和72h后，分别测定稀释液中游离态金属的量占稀释液中总金属量的比值，相应的测定结果如下表2所示：
表2多元素螯合肥的稳定性
0h 24h 48h 72h
实施例1 0.1％ 0.22％ 0.38％ 0.64％
实施例2 0.2％ 0.4％ 0.66％ 0.99％
实施例3 0.2％ 0.39％ 0.52％ 0.9％
实施例4 0 0.15％ 0.28％ 0.45％
实施例5 0 0.17％ 0.29％ 0.48％
实施例6 0.1％ 0.25％ 0.39％ 0.67％
实施例7 0.1％ 0.28％ 0.35％ 0.80％
对比例1 51％ 68％ 90％ 94％
对比例2 52％ 73％ 92％ 95％
对比例3 25％ 32％ 36％ 47％
从表2可得知：采用本发明特定配比的原料配合使用，能显著提高多元素螯合肥的稳定性，同时也能使金属离子缓慢释放，提高了多元素螯合肥的缓释性效果，避免大量释放的金属离子，来不及被作物吸收而失活。
试验例3
将上述各实施例和对比例所制得的多元素螯合肥分别稀释成含金属量(此处含金属量是指游离金属和螯合金属的总量)为220ppm的稀释液，进行大田试验，试验过程如下：
供试地：福建福州某地，土壤pH＝6。
供试品种：紫红荠菜。
试验设计：设2个同等肥力和生产环境的田区，分别命名为Ⅰ区和Ⅱ区，每区40平米，每区重复三次：
Ⅰ区：空白对照，喷施同等清水；
Ⅱ区：于幼苗移栽后10天开始喷施上述稀释液第一次，再隔10天喷施第二次，再隔10天喷施第三次，三次喷施量均为每亩100公斤；
相对于I区中紫红荠菜中微量元素，测试Ⅱ区中紫红荠菜中微量元素的平均增产量，如下表3所示：
表3紫红荠菜中微量元素的平均增产量
*均以新鲜蔬菜质量计，新鲜蔬菜指蔬菜经洗涤阴干后的质量。
从表3可得知：本发明的多元素螯合肥能显著提高紫红荠菜中微量元素的含量，并且对各微量元素有优异的吸收性。
与空白对照相比，紫红荠菜每亩增产量如下表4所示：
表4与空白对照相比，紫红荠菜每亩增产量
Ⅱ区
实施例1 47％
实施例2 46％
实施例3 46.2％
实施例4 48％
实施例5 48％
实施例6 49％
实施例7 48％
对比例1 24％
对比例2 25％
对比例3 32％
从表4可得知：本发明的多元素螯合肥能显著提高紫红荠菜的产量，最高可达到49％。
试验例4
对上述各实施例和对比例所制得的多元素螯合肥的分散性进行测定，测定方法如下：将多元素螯合肥溶于水中形成浓度为100ppm的稀释液，取2ml该稀释液在室温下密封保存，保存30天后，观察是否有沉淀或团聚物生成，相应的测定结果如下表5所示：
表5多元素螯合肥的稳定性
30天后
实施例1 无沉淀或团聚物
实施例2 无沉淀或团聚物
实施例3 无沉淀或团聚物
实施例4 无沉淀或团聚物
实施例5 无沉淀或团聚物
实施例6 无沉淀或团聚物
实施例7 无沉淀或团聚物
对比例1 有沉淀
对比例2 有沉淀
对比例3 有团聚物
从表5可得知：采用本发明特定配比的原料配合使用，特别是采用羧甲基纤维素和果胶，提高其分散性，避免各元素间相互间团聚。同时也相应地提高多元素螯合肥的稳定性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种多元素螯合肥，包括如下重量份数的原料：
2.根据权利要求1所述的多元素螯合肥，包括如下重量份数的原料：
3.根据权利要求1所述的多元素螯合肥，其特征在于，还包括，
膨润土 1-2份
磷铵 10-12份；
氯化钾 15-18份。
4.一种权利要求1-3中任一项所述的多元素螯合肥的制备方法，包括如下步骤：
1)将可溶性镁盐、可溶性铁盐、可溶性锌盐、可溶性钙盐、可溶性锰盐、氨基酸、羧甲基纤维素、尿素和果胶溶于水中，
或将可溶性镁盐、可溶性铁盐、可溶性锌盐、可溶性钙盐、可溶性锰盐、氨基酸、羧甲基纤维素、尿素、果胶、膨润土、磷铵和氯化钾溶于水中，得到混合液；
2)对所述混合液进行螯合反应；
3)对所述步骤2)处理后的混合液依次进行陈化和干燥，得到多元素螯合肥。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述混合液中氨基酸的质量分数为15-25％。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述螯合反应的温度为75-85℃，时间为8-9h、pH为6-7。
7.根据权利要求4-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述陈化的温度为50-60℃、时间为15-20h；
所述干燥的温度为100-130℃。
8.根据权利要求4-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述干燥之前，还包括对所述陈化后所得混合物进行浓缩的步骤。
9.根据权利要求4-8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述可溶性锌盐为硫酸锌、碳酸锌、氯化锌、碱式硫酸锌和碱式碳酸锌中的至少一种；
所述可溶性镁盐为硫酸镁、氯化镁和硝酸镁中的至少一种；
所述可溶性铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁和硝酸亚铁中的至少一种；
所述可溶性钙盐为氯化钙和/硝酸钙；
所述可溶性锰盐为硫酸锰和/硝酸锰。
10.根据权利要求4-9任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述氨基酸为丙氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、色氨酸、半胱氨酸、胱氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和丝氨酸中的至少一种。
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