CN107698345A - 含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料及其制备方法，以农业废弃物水稻秸秆为原料，经预处理后与丙烯酸通过接枝共聚反应合成高吸水树脂，以高吸水树脂作为外层包膜，γ‑聚谷氨酸、膨润土、氮磷钾肥料为核心，通过圆盘造粒法制备一种含聚谷氨酸的多功能包膜缓释肥料。该肥料将高吸水树脂的吸水保水、抗旱功能及对聚谷氨酸和氮、磷、钾等水溶性肥料的控制释放功能复合，不仅可使秸秆资源得以利用，还可降低高吸水性树脂的成本，增加树脂的可生物降解性。聚谷氨酸的加入还能促进作物根系对肥料中营养物质的吸收，达到明显的增产效果，降低肥料使用成本，对发展可持续高效农业具有重要的意义。
Description
所属领域
本发明涉及一种高吸水树脂包膜缓释肥料及其制备方法，具体涉及一种以水稻秸秆、聚丙烯酸为原料的高吸水树脂的合成及其对肥料、膨润土、聚谷氨酸三者混合形成的肥料内核的包膜工艺。
背景技术
高吸水性树脂是近30年发展起来的一种新型功能高分子材料，具有低交联度网状结构，带有大量羧基、羟基等亲水基团，能吸收并保持自身质量数百倍甚至上千倍的纯水或数十倍的生理盐水。高吸水树脂不但具有良好保水性能，而且还可利用自身的亲水性官能团吸收养分，抑制氮磷流失，作为土壤改良剂已被广泛用于农林领域。
农作物秸秆的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，通过接枝共聚反应，采用水溶液聚合法将丙烯酸等单体接枝共聚到秸秆纤维素骨架中，制备具有保水、保肥功效的高吸水性树脂，用于农田水分及养分的调控，不仅可减少秸秆焚烧造成的污染，克服秸秆还田利用效率低的缺点，还可大大降低树脂生产成本，提高树脂的环境兼容性。
“国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)”将研发新型环保肥料、缓释控释肥料列为优先发展主题，包膜肥料是缓控释肥料的主要类别，包膜材料通常使用无机（矿）物材料和有机高分子聚合物两类。常用的无机（矿）物主要有硫磺、石膏、沸石、硅藻土、膨润土、磷酸盐等。常用的有机高分子聚合物主要包括合成高分子、天然高分子和半合成高分子三大类。研制和开发新型聚合物包膜材料是目前研究的重要方向。
γ-聚谷氨酸是自然界中微生物发酵产生的细胞外阴离子型多聚氨基酸，通常由5000个左右的谷氨酸单体组成，相对分子质量在100KD-1000KD，呈直链纤维状，分子链上具有大量游离羧基。γ-聚谷氨酸可生物降解，可用作土壤调理剂、植物保水剂、肥料缓释剂及增效剂。根据多年在小麦、苹果、相橘等使用试验表明，肥料中添加聚谷氨酸可减少肥料使用量的20-40%，降低肥料使用成本30%。γ-聚谷氨酸还可提高种子的发芽率，促进作物生长发育，提高作物产量。
发明内容
为了克服秸秆直接还田利用效率低的缺点，充分利用来源广泛、成本低廉、可生物降解、纤维素含量高农作物秸秆，本发明提供了一种含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料的制备方法，采用化学肥料、膨润土、γ-聚谷氨酸为肥料核心，水稻秸秆基高吸水树脂作为外层包膜，制备一种缓释肥料。
为达到以上目的，本发明采用了以下技术方案，一种含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料，该肥料由肥料的外层包膜和肥料核心两部分组成，所述外层包膜由高吸水树脂组成，肥料核心由γ-聚谷氨酸、膨润土、化肥组成，其重量比为：
高吸水树脂 2-6
化肥 8-15
膨润土 3-8
γ-聚谷氨酸 0.2-1.0。
本发明一种含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料，合适的重量比为：
高吸水树脂 3
化肥 10
膨润土 4
γ-聚谷氨酸 0.5。
本发明所述化肥为氮肥、磷肥、钾肥，复合肥，微量元素肥中的一种或几种。
本发明一种含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料的制备方法，具有如下步骤：
1）、水稻秸秆预处理：水稻秸秆经洗净、剪段、粉碎过50目筛，取一定量秸秆粉末置于烧杯中，按重量比1:12加入10%NaOH溶液，95℃水浴搅拌2h，蒸馏水洗至中性，烘干；
2）、水稻秸秆基高吸水树脂合成：称取一定量预处理后的秸秆粉末置于烧杯中，加入100mL蒸馏水，80℃水浴恒温搅拌糊化30min，加入引发剂过硫酸钾、NaOH部分中和的丙烯酸溶液和交联剂N-羟甲基丙烯酰胺，搅拌至凝胶状，将凝胶样品80℃水浴恒温放置3h，用95%乙醇清洗数次后取出，100℃烘干，粉碎，过100-200目筛，得水稻秸秆基高吸水树脂；
3）、肥料内核制备：在圆盘中加入化肥颗粒，将膨润土和γ-聚谷氨酸混合均匀，分批加入到圆盘中，旋转圆盘，喷入雾化水，至混合物粉末均匀包裹在化肥颗粒表面，形成肥料内核；
4）、包膜缓释肥料颗粒制备：将水稻秸秆基高吸水树脂作为外层包膜材料，分批加入含有肥料内核的圆盘中，旋转圆盘，喷入雾化水，至高吸水树脂均匀包裹到肥料内核表面，取出产品，60℃烘干，过筛，得含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料颗粒。
本发明高吸水树脂的合成以N-羟甲基丙烯酰胺作为交联剂，加入量为丙烯酸质量的0.05%-0.15%。水稻秸秆与丙烯酸的质量比为1：6-8，丙烯酸的中和度为65%-75%，引发剂过硫酸钾的加入量为丙烯酸质量的0.2%-0.8%。γ-聚谷氨酸的分子量为300 KD -700KD，膨润土的细度为50-100目。
采用以上技术方案后，本发明具有如下优点：
水稻秸秆基高吸水树脂作为外层包膜制备缓释肥料，可发挥其吸水、保水功能，同时可实现对化学肥料和聚谷氨酸的控制释放。聚谷氨酸的加入有利于土壤改良和肥料增效，可减少化肥的使用量，提高种子的发芽率，促进作物的生长发育，提高作物产量。
以农业废弃物水稻秸秆为原料，N-羟甲基丙烯酰胺作为交联剂，通过醚键实现秸秆纤维素和丙烯酸的交联，合成的水稻秸秆基高吸水树脂具有较高的吸水速率、良好的控制释放能力和较强的可生物降解性，不仅可以防止秸秆焚烧造成的环境污染，克服秸秆直接还田利用效率低的缺点，还可大大降低树脂生产成本。
具体实施方式
本发明一种含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料，该肥料由肥料的外层包膜和肥料核心两部分组成，所述外层包膜由高吸水树脂组成，肥料核心由γ-聚谷氨酸、膨润土、化肥组成，其重量比为：
高吸水树脂 2-6
化肥 8-15
膨润土 3-8
γ-聚谷氨酸 0.2-1.0。
本发明一种含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料，合适的重量比为：
高吸水树脂 3
化肥 10
膨润土 4
γ-聚谷氨酸 0.5。
本发明所述化肥为氮肥、磷肥、钾肥，复合肥，微量元素肥中的一种或几种。
本发明一种含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料的制备方法，具有如下步骤：
1）、水稻秸秆预处理：水稻秸秆经洗净、剪段、粉碎过50目筛，取一定量秸秆粉末置于烧杯中，按重量比1:12加入10%NaOH溶液，95℃水浴搅拌2h，蒸馏水洗至中性，烘干；
2）、水稻秸秆基高吸水树脂合成：称取一定量预处理后的秸秆粉末置于烧杯中，加入100mL蒸馏水，80℃水浴恒温搅拌糊化30min，加入引发剂过硫酸钾、NaOH部分中和的丙烯酸溶液和交联剂N-羟甲基丙烯酰胺，搅拌至凝胶状，将凝胶样品80℃水浴恒温放置3h，用95%乙醇清洗数次后取出，100℃烘干，粉碎，过100-200目筛，得水稻秸秆基高吸水树脂；
3）、肥料内核制备：在圆盘中加入化肥颗粒，将膨润土和γ-聚谷氨酸混合均匀，分批加入到圆盘中，旋转圆盘，喷入雾化水，至混合物粉末均匀包裹在化肥颗粒表面，形成肥料内核；
4）、包膜缓释肥料颗粒制备：将水稻秸秆基高吸水树脂作为外层包膜材料，分批加入含有肥料内核的圆盘中，旋转圆盘，喷入雾化水，至高吸水树脂均匀包裹到肥料内核表面，取出产品，60℃烘干，过筛，得含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料颗粒。
本发明高吸水树脂的合成以N-羟甲基丙烯酰胺作为交联剂，加入量为丙烯酸质量的0.05%-0.15%。水稻秸秆与丙烯酸的质量比为1：6-8，丙烯酸的中和度为65%-75%，引发剂过硫酸钾的加入量为丙烯酸质量的0.2%-0.8%。γ-聚谷氨酸的分子量为300 KD -700KD，膨润土的细度为50-100目。
实施例1
称取预处理后的秸秆粉末3g于250mL烧杯中，加入100mL蒸馏水，80℃水浴搅拌糊化30min，依次加入过硫酸钾0.042g、中和度为65%丙烯酸溶液20mL，N-羟甲基丙烯酰胺0.0105g，搅拌至凝胶状，80℃水浴恒温放置3h，用95%乙醇20mL清洗三次后取出，100℃烘干，粉碎，过100-200目筛，得水稻秸秆基高吸水树脂。
在圆盘中加入粒径1.0-1.3mm的氮肥颗粒10g，将4g膨润土和0.5gγ-聚谷氨酸混合均匀，分批加入到圆盘中，旋转圆盘，喷入雾化水，至混合物粉末均匀包裹在化肥颗粒表面，得到肥料内核。
将3g水稻秸秆基高吸水树脂分批加入含有肥料内核的圆盘中，旋转圆盘，喷入雾化水，至高吸水树脂均匀包裹到肥料内核表面，取出产品，60℃烘干，过筛，得含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料颗粒。
实施例2
称取预处理后的秸秆粉末3g于250mL烧杯中，加入100mL蒸馏水，80℃水浴搅拌糊化30min，依次加入过硫酸钾0.105g、中和度为70%丙烯酸溶液20mL，N-羟甲基丙烯酰胺0.21g，搅拌至凝胶状，80℃水浴恒温放置3h，用95%乙醇20mL清洗三次后取出，100℃烘干，粉碎，过100-200目筛，得水稻秸秆基高吸水树脂。
在圆盘中加入粒径1.5-2.0mm的氮、磷、钾复合肥颗粒9g，将3g膨润土和0.2gγ-聚谷氨酸混合均匀，分批加入到圆盘中，旋转圆盘，喷入雾化水，至混合物粉末均匀包裹在化肥颗粒表面，得到肥料内核。
将4g水稻秸秆基高吸水树脂分批加入含有肥料内核的圆盘中，旋转圆盘，喷入雾化水，至高吸水树脂均匀包裹到肥料内核表面，取出产品，60℃烘干，过筛，得含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料颗粒。
Claims (7)
1.一种含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料，其特征在于该肥料由肥料的外层包膜和肥料核心两部分组成，所述外层包膜由高吸水树脂组成，肥料核心由γ-聚谷氨酸、膨润土、化肥组成，其重量比为：
高吸水树脂 2-6
化肥 8-15
膨润土 3-8
γ-聚谷氨酸 0.2-1.0 。
2.根据权利要求1所述的一种含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料，其特征在于合适的重量比为：
高吸水树脂 3
化肥 10
膨润土 4
γ-聚谷氨酸 0.5 。
3.根据权利要求1所述的一种含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料，其特征在于：所用化肥为氮肥、磷肥、钾肥，复合肥，微量元素肥中的一种或几种。
4.一种含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料的制备方法，其特征在于具有如下步骤：
1）、水稻秸秆预处理：水稻秸秆经洗净、剪段、粉碎过50目筛，取一定量秸秆粉末置于烧杯中，按重量比1:12加入10%NaOH溶液，95℃水浴搅拌2h，蒸馏水洗至中性，烘干；
2）、水稻秸秆基高吸水树脂合成：称取一定量预处理后的秸秆粉末置于烧杯中，加入100mL蒸馏水，80℃水浴恒温搅拌糊化30min，加入引发剂过硫酸钾、NaOH部分中和的丙烯酸溶液和交联剂N-羟甲基丙烯酰胺，搅拌至凝胶状，将凝胶样品80℃水浴恒温放置3h，用95%乙醇清洗数次后取出，100℃烘干，粉碎，过100-200目筛，得水稻秸秆基高吸水树脂；
3）、肥料内核制备：在圆盘中加入化肥颗粒，将膨润土和γ-聚谷氨酸混合均匀，分批加入到圆盘中，旋转圆盘，喷入雾化水，至混合物粉末均匀包裹在化肥颗粒表面，形成肥料内核；
4）、包膜缓释肥料颗粒制备：将水稻秸秆基高吸水树脂作为外层包膜材料，分批加入含有肥料内核的圆盘中，旋转圆盘，喷入雾化水，至高吸水树脂均匀包裹到肥料内核表面，取出产品，60℃烘干，过筛，得含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料颗粒。
5.根据权利要求4所述的一种含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料的制备方法，其特征在于：高吸水树脂的合成以N-羟甲基丙烯酰胺作为交联剂，加入量为丙烯酸质量的0.05%-0.15%。
6.根据权利要求4所述的一种含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料的制备方法，其特征在于：水稻秸秆与丙烯酸的质量比为1：6-8，丙烯酸的中和度为65%-75%，引发剂过硫酸钾的加入量为丙烯酸质量的0.2%-0.8%。
7.根据权利要求4所述的一种含聚谷氨酸的高吸水树脂包膜缓释肥料的制备方法，其特征在于：γ-聚谷氨酸的分子量为300 KD -700KD，膨润土的细度为50-100目。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180216 |