CN108558515A

CN108558515A - 一种纳米材料改性地沟油包膜控释肥及其制备方法

Info

Publication number: CN108558515A
Application number: CN201810557156.8A
Authority: CN
Inventors: 陆盘芳; 贾传秀; 贾聪; 张民
Original assignee: Shandong Agricultural University
Current assignee: Shandong Agricultural University
Priority date: 2018-06-01
Filing date: 2018-06-01
Publication date: 2018-09-21

Abstract

本发明涉及一种纳米改性地沟油包膜控释肥及其制备方法；是将地沟油通过改性后制得改性地沟油，然后与固化剂、纳米材料按一定比例混合均匀后，逐渐分次喷涂到预先加热的肥料颗粒表面，就地固化反应成膜后形成光滑致密且具有不同养分控释性能的纳米复合材料包膜控释肥料。本发明生产的产品，不仅膜材料具有很好的生物降解性，而且具有精准的养分释放性能，养分释放期可精准的控制在1‑6个月不等。此外，本发明充分利用了生活中废弃的可再生资源—地沟油和纳米粘土，大大降低了包膜材料的价格，实现了包膜控释肥的可持续发展。

Description

一种纳米材料改性地沟油包膜控释肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米材料改性地沟油包膜控释肥及其制备方法，属于包膜控释肥料生产领域。

背景技术

我国是农业大国，也是化肥使用大国，在农业的发展过程中必然少不了化肥的施用。据调查，中国使用化肥占世界总量的35％，相当于美国和印度的总和。尽管近年来我国化肥的使用逐渐得到控制，并出现了零增长的良好态势，但中国过量使用化肥依然如此，有效利用率仍然较低，仍有很多使用结构不合理的地方，使用技术在生产过程中也相对落后。化肥的过量使用，也导致土壤板结、环境污染等严重问题，包膜控释肥料的研究开发及生产推广应运而生。与普通传统化肥相比，包膜控释肥料可以显著提高肥料利用率，减少养分的挥发和淋溶损失，减轻施肥对环境的污染，改善作物的生长发育状况，提高作物的产量和品质，最大限度地实现化肥产业的绿色环保型发展。但是目前问题是控释肥包膜材料价格高、降解周期长，对石化资源依赖性强，特别是有机聚合物包膜材料，这些严重影响了包膜控释肥料的可持续发展。因此，研制来源可再生、成本低、控释效果优异、环境友好型肥料是目前包膜控释肥领域的研究热点。

纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等为分散相，通过适当的制备方法将纳米材料均匀性地分散于基体材料中，形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系，这一体系材料称之为纳米复合材料。其中，聚合物/纳米粘土复合材料是其中研究最多的一种。地沟油是餐饮业废弃的生物质资源，改性后具有多种反应活性基团，易与固化剂多异氰酸酯反应合成聚氨酯包膜材料。纳米粘土廉价易得，加入到聚合物后可以大大提高纳米复合材料的性能。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提供了一种纳米材料改性地沟油包膜控释肥及其制备方法。

一种纳米材料改性地沟油包膜控释肥，是将改性地沟油、固化剂和纳米粘土混合均匀后作为包膜材料喷涂到肥料颗粒表面反应成膜得到；

所述的改性地沟油的制备方法为：将50～70份地沟油、50～100份改性剂和1～3份催化剂放入反应釜中混合均匀，在100～150℃下加热反应1～2小时，冷却后即得改性地沟油；

所述的地沟油来源于快餐店、饭店、学校食堂和居民厨房中产生的地沟油；

所述的改性剂为二乙二醇、丙三醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、乙二醇和聚乙二醇中的一种或几种的混合物；

所述的催化剂为硫酸、盐酸或磷酸中的一种或几种的混合物；

所述的固化剂为对苯二异氰酸酯、多亚甲基多苯基异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或三甲基六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种的混合物；

所述的改性地沟油、固化剂、纳米粘土分别占包膜材料重量比为55-70％、25-40％、5-20％；

所述的纳米粘土为纳米蒙脱土、纳米高岭土、纳米海泡石、纳米水镁石或纳米坡缕石中的一种或几种的混合物；

所述的喷涂于肥料颗粒表面的包膜材料占控释肥料颗粒总重量比为2.0～8.0％；

所述肥料颗粒的粒径为2～5mm；所述肥料颗粒选自尿素、氯化钾、NPK复合肥、磷酸二氢铵、硝酸磷肥、碳酸氢铵、硝酸铵、硫酸铵、磷酸氢二铵、硫酸钾或硝酸钾。

本发明还提供了一种纳米材料改性地沟油包膜控释肥的制备方法，步骤如下：

1、将50～70份地沟油、50～100份改性剂和1～3份催化剂放入反应釜中混合均匀，在100～150℃下加热反应1～2小时，冷却后得到改性地沟油；

2、将颗粒肥料装入转鼓中，加热至50～70℃；然后将改性地沟油、固化剂和纳米粘土混合均匀后作为包膜材料迅速喷涂到颗粒肥料表面，5～6分钟后即可在颗粒肥料表面反应成膜，喷膜过程重复3～5次；冷却至室温得到纳米复合材料包膜控释肥。

本发明所提供的一种纳米材料改性地沟油包膜控释肥及其制备方法，主要优点是：

1.本发明采用地沟油合成聚氨酯包膜材料，不仅大大降低了包膜控释肥料的生产成本，而且充分利用了废弃的可再生能源，减少了包膜控释肥对石油资源的依赖，解决了包膜控释肥的可持续发展问题；

2.纳米粘土具有羟基等反应基团，而且比表面积大，反应活性高，可以和固化剂多异氰酸酯反应提高纳米复合材料的交联密度。纳米粘土在聚氨酯中均匀分散可以大大提高纳米复合材料的耐水性能和强度，产生纳米效应。此外，纳米粘土价格低廉，不仅可以大大降低包膜控释肥的生产成本，而且可以提高包膜控释肥的养分控释性能。

3.本发明的产品具有很好的养分释放性能，养分释放期可以控制在1～6个月，而且纳米粘土还含有少量的微量元素(铁，镁，铝，硅，锌)，可以满足不同作物各个时期的养分需求，因此该产品应用前景非常广阔。

4.本发明的制备方法简单，操作方便，绿色环保。地沟油和纳米粘土合成的纳米复合材料具有完全生物降解性，养分释放完后残留的膜壳可在2～4年内完全降解。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。

实施例1：

将80g二乙二醇、50g地沟油和2g浓硫酸放入反应釜中搅拌使其混合均匀，在130℃下反应1.5小时，制得改性地沟油。将500g直径为2-5mm大颗粒尿素装入转鼓中，加热至50～70℃；然后将6.21g改性地沟油、2.62g固化剂多亚甲基多苯基多异氰酸酯和纳米蒙脱土0.55g混合均匀后迅速喷涂到尿素表面，5～6分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复3次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的5％左右，此肥料在25℃水或土壤中，初期溶出率为0.6％，养分控制释放时间约为90天，1年后膜壳的降解率为86％，降解趋势明显。

实施例2：

将30g丙三醇、30g 1,4-丁二醇、50g地沟油和2g浓硫酸放入反应釜中搅拌使其混合均匀，在130℃下反应1.0小时，制得改性地沟油。将500g直径为2-5mm大颗粒尿素装入转鼓中，加热至50～70℃；然后将5.91g改性地沟油、2.55g固化剂多亚甲基多苯基多异氰酸酯和纳米蒙脱土0.50g混合均匀后迅速喷涂到尿素表面，5～6分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复3次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的5％左右，此肥料在25℃水或土壤中，初期溶出率为0.5％，养分控制释放时间约为90天，1年后膜壳的降解率为90％，降解趋势明显。

实施例3：

将100g乙二醇、60g地沟油和2g浓硫酸放入反应釜中搅拌使其混合均匀，在130℃下反应1.0小时，制得改性地沟油。将500g直径为2-5mm大颗粒尿素装入转鼓中，加热至50～70℃；然后将6.57g改性地沟油、3.22g固化剂多亚甲基多苯基多异氰酸酯和纳米高岭土0.87g混合均匀后迅速喷涂到尿素表面，5～6分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复3次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的6％左右，此肥料在25℃水或土壤中，初期溶出率为0.2％，养分控制释放时间约为120天，1年后膜壳的降解率为62％，降解趋势明显。

实施例4：

将80g聚乙二醇、20g乙二醇、50g地沟油和3g浓硫酸放入反应釜中搅拌使其混合均匀，在100℃下反应2.0小时，制得改性地沟油。将500g直径为2-5mm大颗粒尿素装入转鼓中，加热至50～70℃；然后将6.24g改性地沟油、2.59g固化剂多亚甲基多苯基多异氰酸酯和纳米蒙脱土0.52g混合均匀后迅速喷涂到尿素表面，5～6分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复3次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的5％左右，此肥料在25℃水或土壤中，初期溶出率为0.5％，养分控制释放时间约为90天，1年后膜壳的降解率为90％，降解趋势明显。

实施例5：

将80g二乙二醇、50g地沟油和2g浓硫酸放入反应釜中搅拌使其混合均匀，在130℃下反应1.5小时，制得改性地沟油。将500g直径为2-5mm大颗粒尿素装入转鼓中，加热至50～70℃；然后将5.21g改性地沟油、2.52g固化剂多亚甲基多苯基多异氰酸酯和纳米蒙脱土0.65g混合均匀后迅速喷涂到尿素表面，5～6分钟后即可在肥料表面直接反应成膜，此过程重复5次。最后，肥料经冷却器冷却至室温，即可包装、贮存。所得控释肥膜材料占全部控释肥总重的7.7％左右。此肥料在25℃水或土壤中，初期溶出率为0.2％，养分控制释放时间约为150天，1年后膜壳的降解率为60％，降解趋势明显。

Claims

1.一种纳米材料改性地沟油包膜控释肥，其特征在于：是将改性地沟油、固化剂和纳米粘土混合均匀作为包膜材料喷涂到肥料颗粒表面反应成膜得到；

所述喷涂于肥料颗粒表面的包膜材料占肥料颗粒总重量的2.0～8.0％；

所述的改性地沟油、固化剂、纳米粘土分别占包膜材料重量的55-70％、25-40％、5-20％。

2.如权利要求1所述的一种纳米材料改性地沟油包膜控释肥，其特征在于：所述的改性地沟油的制备方法为：将50～70份地沟油、50～100份改性剂和1～3份催化剂放入反应釜中混合均匀，在100～150℃下加热反应1～2小时，冷却后即得改性地沟油；

所述的催化剂为硫酸、盐酸或磷酸中的一种或几种的混合物。

3.如权利要求1所述的一种纳米材料改性地沟油包膜控释肥，其特征在于：所述的固化剂为对苯二异氰酸酯、多亚甲基多苯基异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或三甲基六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种的混合物。

所述的纳米粘土为纳米蒙脱土、纳米高岭土、纳米海泡石、纳米水镁石或纳米坡缕石中的一种或几种的混合物。

所述肥料颗粒选自尿素、氯化钾、NPK复合肥、磷酸二氢铵、硝酸磷肥、碳酸氢铵、硝酸铵、硫酸铵、磷酸氢二铵、硫酸钾或硝酸钾。

4.如权利要求1所述的一种纳米材料改性地沟油包膜控释肥，其特征在于：所述肥料颗粒的粒径为2～5mm。

5.如权利要求1-4任一项所述的纳米材料改性地沟油包膜控释肥的制备方法，其特征在于：步骤如下：

1)将50～70份地沟油、50～100份改性剂和1～3份催化剂放入反应釜中混合均匀，在100～150℃下加热反应1～2小时，冷却后得到改性地沟油；

2)将颗粒肥料装入转鼓中，加热至50～70℃；然后将改性地沟油、固化剂和纳米粘土混合均匀后作为包膜材料迅速喷涂到颗粒肥料表面，5～6分钟后即可在颗粒肥料表面反应成膜，喷膜过程重复3-5次；冷却至室温得到纳米复合材料包膜控释肥。