CN107935725A - 一种环保型包膜水溶性肥料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型包膜水溶性肥料的制备方法，属于肥料制备技术领域。本发明的包膜材料含有壳聚糖和聚乙烯醇，壳聚糖主链上含有易水解的酯键，在土壤中易吸水水解，分子量缓慢降低，使聚乙烯醇缓慢溶解，从而使水溶性肥料的包膜材料降解性能增强，本发明中海藻酸钠对无机盐肥料的亲和性强，壳聚糖‑聚乙烯醇复合膜液中壳聚糖上的‑NH3+易与海藻酸钠上的‑COO‑发生静电反应，又可以通过稳定土壤中的团粒结构，来提高土壤对养分元素的吸附能力，释放出所持养分供作物使用，溶解于少量水中缓慢释放出包膜外，渗透到土壤中，聚乙烯醇与壳聚糖的透水性强，但是对带电无机盐肥料的通过有一定排斥作用，从而达到水溶性肥料缓慢释放的目的，应用前景广阔。

Description

一种环保型包膜水溶性肥料的制备方法

技术领域

本发明公开了一种环保型包膜水溶性肥料的制备方法，属于肥料制备技术领域。

背景技术

水溶性肥料，是一种可以完全溶于水的多元复合肥料，它能迅速地溶解于水中，更容易被作物吸收，而且其吸收利用率相对较高，更为关键的是它可以应用于喷滴灌等设施农业，实现水肥一体化，达到省水省肥省工的效能。一般分为大量元素水溶肥料，中量元素水溶肥料，含氨基酸水溶肥料，微量元素水溶肥料，含腐植酸水溶肥料，有机水溶肥料等。

水溶性肥料，是一种可以完全溶于水的多元复合肥料，它能迅速地溶解于水中，更容易被作物吸收，而且其吸收利用率相对较高，更为关键的是它可以应用于喷滴灌等设施农业，实现水肥一体化，达到省水省肥省工的效能。与传统的过磷酸钙、造粒复合肥等品种相比，水溶性肥料具有明显的优势。其主要特点是用量少，使用方便，使用成本低，作物吸收快，营养成分利用率极高。这样一来，人们完全可以根据作物生长所需要的营养需求特点来设计配方，科学的配方不会造成肥料的浪费，其次，水溶性肥料是一个速效肥料，可以让种植者较快地看到肥料的效果和表现，随时可以根据作物不同长势对肥料配方作出调整。当然水溶性肥料的施用方法十分简便，它可以随着灌溉水包括喷灌、滴灌等方式进行灌溉时施肥，既节约了水，又节约了肥料，而且还节约了劳动力，这在劳动力成本日益高涨的今天使用水溶性肥料的效益是显而易见的。由于水溶性肥料的施用方法是随水灌溉，所以使得施肥极为均匀，这也为提高产量和品质奠定了坚实的基础。

随着科学技术的不断发展，常规的化学肥料如大量元素水溶肥料应运而生，农民年复一年的大量使用，造成土壤板结，地力低下，土壤有益菌群减少，有机养分严重缺失，从而土壤中养分流失严重，造成地下水和大气污染，给人类生存带来严重影响；而现有的中量元素水溶肥、微量元素水溶肥、腐植酸水溶肥、生物制剂都存在广谱性不强的弊端，让农民不易接受。此外，肥料生产条件不同如空气湿度、温度以及阴风天气，都对肥料生产有不同程度的影响。并且目前水溶性肥料速效性强，难以在土壤中长期保存以及水溶性肥料包膜后，其包膜材料难以降解，会对土壤产生二次污染。

因此，发明一种环保型包膜水溶性肥料对肥料制备技术领域具有积极意义。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针对目前水溶性肥料速效性强，难以在土壤中长期保存以及水溶性肥料包膜后，其包膜材料难以降解，会对土壤产生二次污染的缺陷，提供了一种环保型包膜水溶性肥料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种环保型包膜水溶性肥料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）称取30～40g壳聚糖溶于100～120mL醋酸溶液中，向醋酸溶液中加入2～3mL吐温80，加热升温，用磁力搅拌器搅拌至溶解，再用高速分散机均质分散，得到壳聚糖膜液；

（2）取20～30g海藻酸钠溶于120～150mL蒸馏水中，向蒸馏水中加入20～30mL甘油，搅拌至海藻酸钠完全溶解后，得到混合液，将混合液置于真空抽气机中脱气处理，得到海藻酸钠膜液；

（3）将海藻酸钠膜液与壳聚糖膜液混合，得到200～220mL混合膜液，置于烧杯中，将烧杯放入水浴锅中加热升温，向烧杯中加入40～50g聚乙烯醇，启动磁力搅拌器，搅拌分散得到壳聚糖-聚乙烯醇复合膜液；

（4）收集珍珠岩放入高温炉内，加热升温，保温煅烧后取出，并转入球磨机中继续研磨，过标准筛，得到珍珠岩粉末，将珍珠岩粉末、椰糠、水混合，置于匀浆机中打浆得到浆液；

（5）将1.0～1.5L上述浆液装入发酵罐中，向发酵罐中加入70～80g尿素、30～40g葡萄糖、20～25g生化黄腐酸钾、60～70g硝酸钾后，将发酵罐密封，放置在温室中，保温发酵，取出发酵物放入水浴锅中，加热升温，蒸发浓缩得到浓缩产物；

（6）将上述浓缩产物放入造粒机中，制成肥料颗粒，将肥料颗粒放入壳聚糖-聚乙烯醇复合膜液中浸泡，得到悬浮分散液，将悬浮分散液置于高速离心机中离心处理，去除上层液得到包膜颗粒，将包膜颗粒置于通风干燥箱中，干燥，得到所述环保型包膜水溶性肥料。

步骤（1）所述的壳聚糖脱乙酰度为85～90%，醋酸溶液的质量分数为5%，加热升温后温度为70～80℃，搅拌器转速为400～500r/min，均质分散时间为4～5min。

步骤（2）所述的真空抽气机中脱气处理时间为5～10min，控制真空抽气机中真空度为80～90Pa。

步骤（3）所述的海藻酸钠膜液与壳聚糖膜液混合体积比为1︰2，加热升温后温度为80～90℃，搅拌转速为500～600r/min。

步骤（4）所述的收集珍珠岩放入高温炉内，加热升温至400～500℃，保温煅烧时间为2～3h，继续研磨时间40～50min，所过筛规格为400目标准筛，珍珠岩粉末、椰糠、水混合的质量比为2︰1︰3，打浆时间为1～2h。

步骤（5）所述的温室温度为40～45℃，保温发酵时间为10～15天，对水浴锅加热升温后温度为90～100℃，蒸发浓缩时间为3～4h。

步骤（6）所述的肥料颗粒的粒径为2～3mm的，浸泡时间为40～45min，离心转速为2000～3000r/min，离心处理时间为18～20min，通风干燥箱设定温度为50～60℃，干燥时间为3～4h。

本发明的有益效果是：

（1）本发明将高脱乙酰度的壳聚糖溶于醋酸溶液，添加吐温80，加热搅拌后经高速均质分散得到壳聚糖膜液，将海藻酸钠溶于蒸馏水，添加甘油，经过真空脱气处理得到海藻酸钠膜液，将海藻酸钠膜液与壳聚糖膜液混合，加热后添加聚乙烯醇，搅拌分散得到壳聚糖-聚乙烯醇复合膜液，将珍珠岩煅烧、研磨过筛得到珍珠岩粉末，再将珍珠岩粉末、椰糠和水混合打浆得到浆液，以浆液、尿素、葡萄糖、生化黄腐酸钾、硝酸钾等为发酵原料，通过密封保温发酵，得到发酵物，将发酵物加热浓缩得到浓缩产物，经过造粒、浸渍包膜、离心干燥得到环保型包膜水溶性肥料，本发明的包膜材料含有壳聚糖和聚乙烯醇，壳聚糖主链上含有易水解的酯键，在土壤中易吸水水解，吸收的小分子的水移动到包膜材料的表面，通过扩散的方式进入亲水基团或酯键的周围，在酸性或碱性环境下，酯键都会发生自由水解断裂，分子量缓慢降低，当分子量降低到一定程度，开始溶解，变成可溶的降解产物，水分吸收量较大时聚乙烯醇的熔点也会降低，使聚乙烯醇缓慢溶解，从而使水溶性肥料的包膜材料降解性能增强，对土壤不会产生二次污染；

（2）本发明中海藻酸钠对无机盐肥料的亲和性强，壳聚糖-聚乙烯醇复合膜液中壳聚糖上的-NH³⁺易与海藻酸钠上的-COO-发生静电反应，会立即在肥料颗粒表面生成微溶性高聚物，这种高聚物是通过电离性基团的亲水性高分子链相互轻度交联而成的聚合物，其网络状的结构可以吸附养分离子，又可以通过稳定土壤中的团粒结构，来提高土壤对养分元素的吸附能力，释放出所持养分供作物使用，无机盐肥料在吸水高聚物的网状结构中保存，溶解于少量水中缓慢释放出包膜外，渗透到土壤中，聚乙烯醇与壳聚糖的透水性强，但是对带电无机盐肥料的通过有一定排斥作用，从而达到水溶性肥料缓慢释放的目的，应用前景广阔。

具体实施方式

称取30～40g脱乙酰度为85～90%的壳聚糖溶于100～120mL质量分数为5%的醋酸溶液中，向醋酸溶液中加入2～3mL吐温80，加热升温至70～80℃，用磁力搅拌器以400～500r/min的转速搅拌至溶解，再用高速分散机以5000～6000r/min的转速均质分散4～5min，得到壳聚糖膜液；取20～30g海藻酸钠溶于120～150mL蒸馏水中，向蒸馏水中加入20～30mL甘油，搅拌至海藻酸钠完全溶解后，得到混合液，将混合液置于真空抽气机中脱气处理5～10min，控制真空抽气机中真空度为80～90Pa，得到海藻酸钠膜液；将海藻酸钠膜液与壳聚糖膜液按体积比为1︰2混合得到200～220mL混合膜液，置于烧杯中，将烧杯放入水浴锅中加热升温至80～90℃，向烧杯中加入40～50g聚乙烯醇，启动磁力搅拌器，以500～600r/min的转速搅拌分散得到壳聚糖-聚乙烯醇复合膜液；收集珍珠岩放入高温炉内，加热升温至400～500℃，保温煅烧2～3h后取出，并转入球磨机中继续研磨40～50min，过400目标准筛，得到珍珠岩粉末，将珍珠岩粉末、椰糠、水按质量比为2︰1︰3混合，置于匀浆机中打浆1～2h得到浆液；将1.0～1.5L上述浆液装入发酵罐中，向发酵罐中加入70～80g尿素、30～40g葡萄糖、20～25g生化黄腐酸钾、60～70g硝酸钾后，将发酵罐密封，放置在温度为40～45℃的温室中，保温发酵10～15天，取出发酵物放入水浴锅中，加热升温至90～100℃，蒸发浓缩3～4h得到浓缩产物；将上述浓缩产物放入造粒机中，制成粒径为2～3mm的肥料颗粒，将肥料颗粒放入壳聚糖-聚乙烯醇复合膜液中浸泡40～45min，得到悬浮分散液，将悬浮分散液置于高速离心机中以2000～3000r/min转速离心处理18～20min，去除上层液得到包膜颗粒，将包膜颗粒置于设定温度为50～60℃的通风干燥箱中，干燥3～4h，得到所述环保型包膜水溶性肥料。

实例1

称取30g脱乙酰度为85%的壳聚糖溶于100mL质量分数为5%的醋酸溶液中，向醋酸溶液中加入2mL吐温80，加热升温至70℃，用磁力搅拌器以400r/min的转速搅拌至溶解，再用高速分散机以5000r/min的转速均质分散4min，得到壳聚糖膜液；取20g海藻酸钠溶于120mL蒸馏水中，向蒸馏水中加入20mL甘油，搅拌至海藻酸钠完全溶解后，得到混合液，将混合液置于真空抽气机中脱气处理5min，控制真空抽气机中真空度为80Pa，得到海藻酸钠膜液；将海藻酸钠膜液与壳聚糖膜液按体积比为1︰2混合得到200mL混合膜液，置于烧杯中，将烧杯放入水浴锅中加热升温至80℃，向烧杯中加入40g聚乙烯醇，启动磁力搅拌器，以500r/min的转速搅拌分散得到壳聚糖-聚乙烯醇复合膜液；收集珍珠岩放入高温炉内，加热升温至400℃，保温煅烧2h后取出，并转入球磨机中继续研磨40min，过400目标准筛，得到珍珠岩粉末，将珍珠岩粉末、椰糠、水按质量比为2︰1︰3混合，置于匀浆机中打浆1h得到浆液；将1.0L上述浆液装入发酵罐中，向发酵罐中加入70g尿素、30g葡萄糖、20g生化黄腐酸钾、60g硝酸钾后，将发酵罐密封，放置在温度为40℃的温室中，保温发酵10天，取出发酵物放入水浴锅中，加热升温至90℃，蒸发浓缩3h得到浓缩产物；将上述浓缩产物放入造粒机中，制成粒径为2mm的肥料颗粒，将肥料颗粒放入壳聚糖-聚乙烯醇复合膜液中浸泡40min，得到悬浮分散液，将悬浮分散液置于高速离心机中以2000r/min转速离心处理18min，去除上层液得到包膜颗粒，将包膜颗粒置于设定温度为50℃的通风干燥箱中，干燥3h，得到所述环保型包膜水溶性肥料。

实例2

称取35g脱乙酰度为87%的壳聚糖溶于110mL质量分数为5%的醋酸溶液中，向醋酸溶液中加入2mL吐温80，加热升温至75℃，用磁力搅拌器以450r/min的转速搅拌至溶解，再用高速分散机以5500r/min的转速均质分散4min，得到壳聚糖膜液；取25g海藻酸钠溶于135mL蒸馏水中，向蒸馏水中加入25mL甘油，搅拌至海藻酸钠完全溶解后，得到混合液，将混合液置于真空抽气机中脱气处理7min，控制真空抽气机中真空度为85Pa，得到海藻酸钠膜液；将海藻酸钠膜液与壳聚糖膜液按体积比为1︰2混合得到210mL混合膜液，置于烧杯中，将烧杯放入水浴锅中加热升温至85℃，向烧杯中加入45g聚乙烯醇，启动磁力搅拌器，以550r/min的转速搅拌分散得到壳聚糖-聚乙烯醇复合膜液；收集珍珠岩放入高温炉内，加热升温至450℃，保温煅烧2.5h后取出，并转入球磨机中继续研磨45min，过400目标准筛，得到珍珠岩粉末，将珍珠岩粉末、椰糠、水按质量比为2︰1︰3混合，置于匀浆机中打浆1.5h得到浆液；将1.2L上述浆液装入发酵罐中，向发酵罐中加入75g尿素、35g葡萄糖、22g生化黄腐酸钾、65g硝酸钾后，将发酵罐密封，放置在温度为42℃的温室中，保温发酵12天，取出发酵物放入水浴锅中，加热升温至95℃，蒸发浓缩3.5h得到浓缩产物；将上述浓缩产物放入造粒机中，制成粒径为2mm的肥料颗粒，将肥料颗粒放入壳聚糖-聚乙烯醇复合膜液中浸泡42min，得到悬浮分散液，将悬浮分散液置于高速离心机中以2500r/min转速离心处理19min，去除上层液得到包膜颗粒，将包膜颗粒置于设定温度为55℃的通风干燥箱中，干燥3.5h，得到所述环保型包膜水溶性肥料。

实例3

称取40g脱乙酰度为90%的壳聚糖溶于120mL质量分数为5%的醋酸溶液中，向醋酸溶液中加入3mL吐温80，加热升温至80℃，用磁力搅拌器以500r/min的转速搅拌至溶解，再用高速分散机以6000r/min的转速均质分散5min，得到壳聚糖膜液；取30g海藻酸钠溶于150mL蒸馏水中，向蒸馏水中加入30mL甘油，搅拌至海藻酸钠完全溶解后，得到混合液，将混合液置于真空抽气机中脱气处理10min，控制真空抽气机中真空度为90Pa，得到海藻酸钠膜液；将海藻酸钠膜液与壳聚糖膜液按体积比为1︰2混合得到220mL混合膜液，置于烧杯中，将烧杯放入水浴锅中加热升温至90℃，向烧杯中加入50g聚乙烯醇，启动磁力搅拌器，以600r/min的转速搅拌分散得到壳聚糖-聚乙烯醇复合膜液；收集珍珠岩放入高温炉内，加热升温至500℃，保温煅烧3h后取出，并转入球磨机中继续研磨50min，过400目标准筛，得到珍珠岩粉末，将珍珠岩粉末、椰糠、水按质量比为2︰1︰3混合，置于匀浆机中打浆2h得到浆液；将1.5L上述浆液装入发酵罐中，向发酵罐中加入80g尿素、40g葡萄糖、25g生化黄腐酸钾、70g硝酸钾后，将发酵罐密封，放置在温度为45℃的温室中，保温发酵15天，取出发酵物放入水浴锅中，加热升温至100℃，蒸发浓缩4h得到浓缩产物；将上述浓缩产物放入造粒机中，制成粒径为3mm的肥料颗粒，将肥料颗粒放入壳聚糖-聚乙烯醇复合膜液中浸泡45min，得到悬浮分散液，将悬浮分散液置于高速离心机中以3000r/min转速离心处理20min，去除上层液得到包膜颗粒，将包膜颗粒置于设定温度为60℃的通风干燥箱中，干燥4h，得到所述环保型包膜水溶性肥料。

对比例

以上海某公司生产的环保型包膜水溶性肥料作为对比例 对本发明制得的环保型包膜水溶性肥料和对比例中的环保型包膜水溶性肥料进行性能检测，检测结果如表1所示：

1、测试方法：

降解率测试按HG/T 4215-2011标准进行检测；

空气污染指数API测试按空气质量标准GB：3095的标准进行检测；

释放率测试：将实例1～3和对比例中的肥料施加在等量的土壤中，分别测的养护15天后和养护30天后的各肥料的释放率；

汞离子含量测试采用快速测汞仪进行检测；

锰离子含量测试采用原子吸收光谱法进行检测；

铬离子含量测试采用原子吸收光谱法进行检测；

铜离子含量测试采用碘量法进行检测。

表1

测试项目	实例1	实例2	实例3	对比例
					降解率（%）	96	97	98	82
API指数	20	19	18	31
					15天后的释放率（%）	70	72	73	35
30天后的释放率（%）	92	94	96	52
					汞离子(mg/L)	0.00104	0.00091	0.00080	0.00295
锰离子(mg/L)	0.0074	0.0065	0.0060	0.0118
					铬离子(mg/L)	0.05	0.03	0.02	0.08
铜离子(mg/L)	0.16	0.15	0.14	0.22

注：API值小于32时，为可接受水平，对人体健康影响不明显；达到50时，可使慢性呼吸道疾病患者症状加剧；达到100时，对心脏病和呼吸道疾病患者有严重威胁，对健康者也有轻度影响；50～75时，应发出警告并须采取减轻污染的措施。

根据上述中数据可知本发明制得的环保型包膜水溶性肥料的包膜材料降解率高，达到97%，不会对土壤产生二次污染，重金属含量低，对土壤污染低，API指数低，对人体无伤害，肥料在土壤中养护15天后，释放率达到73%，肥料在土壤中养护30天后，释放率达到96%，肥料在土壤中保存时间长，具有广阔的应用前景。

Claims (7)

1.一种环保型包膜水溶性肥料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）称取30～40g壳聚糖溶于100～120mL醋酸溶液中，向醋酸溶液中加入2～3mL吐温80，加热升温，用磁力搅拌器搅拌至溶解，再用高速分散机均质分散，得到壳聚糖膜液；

（2）取20～30g海藻酸钠溶于120～150mL蒸馏水中，向蒸馏水中加入20～30mL甘油，搅拌至海藻酸钠完全溶解后，得到混合液，将混合液置于真空抽气机中脱气处理，得到海藻酸钠膜液；

（3）将海藻酸钠膜液与壳聚糖膜液混合，得到200～220mL混合膜液，置于烧杯中，将烧杯放入水浴锅中加热升温，向烧杯中加入40～50g聚乙烯醇，启动磁力搅拌器，搅拌分散得到壳聚糖-聚乙烯醇复合膜液；

（4）收集珍珠岩放入高温炉内，加热升温，保温煅烧后取出，并转入球磨机中继续研磨，过标准筛，得到珍珠岩粉末，将珍珠岩粉末、椰糠、水混合，置于匀浆机中打浆得到浆液；

（5）将1.0～1.5L上述浆液装入发酵罐中，向发酵罐中加入70～80g尿素、30～40g葡萄糖、20～25g生化黄腐酸钾、60～70g硝酸钾后，将发酵罐密封，放置在温室中，保温发酵，取出发酵物放入水浴锅中，加热升温，蒸发浓缩得到浓缩产物；

（6）将上述浓缩产物放入造粒机中，制成肥料颗粒，将肥料颗粒放入壳聚糖-聚乙烯醇复合膜液中浸泡，得到悬浮分散液，将悬浮分散液置于高速离心机中离心处理，去除上层液得到包膜颗粒，将包膜颗粒置于通风干燥箱中，干燥，得到所述环保型包膜水溶性肥料。

2.根据权利要求1所述的一种环保型包膜水溶性肥料的制备方法，其特征在于：

步骤（1）所述的壳聚糖脱乙酰度为85～90%，醋酸溶液的质量分数为5%，加热升温后温度为70～80℃，搅拌器转速为400～500r/min，均质分散时间为4～5min。

3.根据权利要求1所述的一种环保型包膜水溶性肥料的制备方法，其特征在于：

步骤（2）所述的真空抽气机中脱气处理时间为5～10min，控制真空抽气机中真空度为80～90Pa。

4.根据权利要求1所述的一种环保型包膜水溶性肥料的制备方法，其特征在于：

步骤（3）所述的海藻酸钠膜液与壳聚糖膜液混合体积比为1︰2，加热升温后温度为80～90℃，搅拌转速为500～600r/min。

5.根据权利要求1所述的一种环保型包膜水溶性肥料的制备方法，其特征在于：

步骤（4）所述的收集珍珠岩放入高温炉内，加热升温至400～500℃，保温煅烧时间为2～3h，继续研磨时间40～50min，所过筛规格为400目标准筛，珍珠岩粉末、椰糠、水混合的质量比为2︰1︰3，打浆时间为1～2h。

6.根据权利要求1所述的一种环保型包膜水溶性肥料的制备方法，其特征在于：

步骤（5）所述的温室温度为40～45℃，保温发酵时间为10～15天，对水浴锅加热升温后温度为90～100℃，蒸发浓缩时间为3～4h。

7.根据权利要求1所述的一种环保型包膜水溶性肥料的制备方法，其特征在于：

步骤（6）所述的肥料颗粒的粒径为2～3mm的，浸泡时间为40～45min，离心转速为2000～3000r/min，离心处理时间为18～20min，通风干燥箱设定温度为50～60℃，干燥时间为3～4h。