CN108727107A - 一种基于磷石膏的包膜尿素及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于包膜尿素制备技术领域，公开了一种基于磷石膏的包膜尿素及其制备方法，包括以下步骤：确定尿素与包膜材料的质量比和筛选粘结剂；包膜工艺参数确定试验；包膜尿素的理化性质；包膜尿素对植物、土壤性状的影响分析。本发明以磷石膏、石膏作为包膜材料，使用不同粘结剂浓度对粒径2‑3mm尿素进行包膜。通过包膜材料的用量、粘合剂的选择、包膜工艺，包膜尿素的理化性质四方面入手，分析包膜材料、包膜率和粘结剂对包膜尿素缓释性能的影响机理，分析包膜尿素的作用效果，制备出一种高效、经济和环保的包膜尿素。

Description

一种基于磷石膏的包膜尿素及其制备方法
技术领域
本发明属于包膜尿素制备技术领域，尤其涉及一种基于磷石膏的包膜尿素及其制备方法。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：
尿素是世界上最重要的一种氮肥，在我国它是仅次于碳酸氢铵的第二大重要的氮肥。尿素水溶性好、易分解，养份释放快，易被作物吸收，但是利用率较低。通常，尿素施入土壤中1-7天后完全水解。尿素水解后，一部分以铵离子的形式被留在土壤中，另外一部分以氨气的形式挥发。氨挥发是氮素损失的主要方式。被留在土壤中的铵离子除部分被作物吸收和被土粒及微生物所固定成为土壤养分库的一部分外，有相当部分的铵离子在土壤中的亚硝化细菌和硝化细菌的作用下转变为亚硝酸离子和硝酸离子。亚硝酸离子和硝酸离子不被带负电荷的土壤胶粒吸附，容易从农作物根区沥虑掉，造成氮素的流失而且还污染了地下水。此外，亚硝酸根离子和硝酸根离子还在反硝化细菌的作用下被还原成NO，N2O、N2而逸失掉。因此，限制尿素的溶解，抑制脲酶、亚硝化细菌、硝化细菌及反硝化细菌的活性都可以减缓尿素的溶解或转化速率，从而延长尿素的有效期、提高尿素的利用率。
随着现代规模化农业的推进，人类活动导致的土壤酸化程度越来越严重，土壤酸化已成为全球日益突出的问题，除了工业排放物所造成的土壤酸化外，化学肥料的过量使用也是其中一个重要原因。研究表明连续施用氮素化学肥料10到20年，耕地的土壤pH值会下降约1单位，且施肥越多pH值下降幅度越大。尿素虽然从化学性状上分析为人工合成的有机物，施入农田1--15天土壤pH会有短暂的上升，但长期施用尿素也会产生酸化现象，这主要是由于尿素在土壤中水解产生NH4+，并在硝化细菌以及其它好氧菌的作用下转化为硝酸盐和亚硝酸盐，同时产生H+，随着时间的延长，土壤中的H+不断增加，土壤发生酸化。
长期以来，工业副产石膏特别是磷石膏一直是影响工业生产的老大难问题。据不完全统计，2010年我国工业副产石膏量约137Mt，其中磷石膏约60Mt，脱硫石膏约52Mt。到2010年底，我国工业副产石膏累积堆存量已超过300Mt，其中磷石膏在200Mt以上，脱硫石膏在50Mt以上。工业副产石膏大量堆存，既占用土地，又浪费硫、钙资源，并且所含酸性及其他有害物质容易对周边环境造成污染。
土壤重金属污染是指由于人类活动将金属加入到土壤中，致使土壤中重金属明显高于原生含量、并造成生态环境质量恶化的现象。加之重金属离子难移动性，长期滞留性和不可分解性的特点，对土壤生态环境造成了极大破坏，同时食物通过食物链最终进入人体，严重危害人体健康，已成为不可忽视的环境问题。Fe、Cu、Zn、Al、Mn、Ni等重金属易于在酸性土壤中聚集，造成污染。
包膜尿素是用半透水性或不透水性的包膜材料包裹在颗粒尿素的表面，使其中的养分缓慢释放。目前市场上的缓/控释肥以包膜缓/控释肥和脲甲醛缓/控释肥为主，但是包膜缓/控释肥中的树脂膜壳残留在土壤中无法降解，势必会对土壤造成二次污染，脲甲醛缓/控释肥的养分释放周期长、无法实现养分控释，且养分组分单一。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)现有的包膜尿素的树脂膜壳残留在土壤中无法降解，造成二次污染，养分释放周期长、无法实现养分控释，且养分组分单一；
(2)土壤酸化程度越来越严重；
(3)工业副产石膏大量堆存，既占用土地，又浪费硫、钙资源，并且所含酸性及其他有害物质容易对周边环境造成污染；
(4)土壤重金属污染严重。
解决上述技术问题的难度和意义：
(1)关于包膜工艺，可供参考的方法很少，需要反复的摸索；
(2)利用磷石膏包裹制备缓释尿素,在有效提高尿素N利用率的同时,既可为植物提供硫元素,又可消耗利用部分磷石膏，改善化境；
(3)为进一步研究高效、经济和环保的包膜尿素提供理论依据。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于磷石膏的包膜尿素及其制备方法，通过分析包膜材料的用量、粘合剂的选择、包膜工艺，包膜尿素的理化性质，探索包膜工艺，旨在提供一种经济、环保和有一定缓释性能的包膜氮肥，为提高氮素利用率提供新思路。
本发明是这样实现的，一种基于磷石膏的包膜尿素制备方法包括以下步骤：
(1)确定尿素与包膜材料的质量比和筛选粘结剂：
以磷石膏、石膏作为包膜材料，使用不同粘结剂浓度对粒径2-3mm尿素进行包膜，通过反复包膜实验，确定出尿素与包膜材料的质量比，以及合适的粘结剂浓度，使尿素被完全包裹住，并且不易碎；
(2)包膜工艺参数确定试验：
通过科学试验和统计分析，确定包膜时间、温度、转速以及包膜次数；通过对不同包膜率的包膜尿素进行理化性质的对比、分析，确定最佳包膜率；
(3)包膜尿素的理化性质：
用硬度计测定包膜尿素的抗压能力；溶出法评价包膜尿素的初期和微分溶出率；土培实验测定包膜尿素在土壤中的氨挥发；土柱淋溶法评价包膜尿素的硝态氮、铵态氮和总氮淋溶量；
(4)包膜尿素对植物、土壤性状的影响分析：
通过盆栽实验，对比“未使用肥料处理”、“使用普通尿素处理”、“使用包膜尿素处理”各个处理之间的植物干重、鲜重、土壤中氮素含量的数据差异，分析包膜尿素的作用效果。
进一步，包膜时，利用包衣机包裹尿素，不仅使包膜均匀，而且是多次包膜，不容易回潮。
进一步，在确定尿素与包膜材料的质量比和筛选粘结剂中，通过调查不同地区的磷石膏、不同种类的粘合剂，获取合适的包膜材料和粘合剂的作为分析实验对象。
本发明的另一目的在于提供一种基于磷石膏的包膜尿素。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
利用磷石膏包裹制备缓释尿素，在有效提高尿素N利用率的同时，既可为植物提供硫元素，又可消耗利用部分磷石膏，改善环境；
由于磷石膏能够中和酸性土壤中的Al3+，生成AlSO4+、AlF2+、AlF+和AlF-等稳定的化合物，所以磷石膏能够显著降低土壤的酸度，能够改良酸性土壤，降低土壤中铝的污染；
磷石膏能够提高土壤表层电解质溶液的浓度，促进土壤颗粒絮凝，增加土壤渗透性，加强土壤成团效力，从而能有效控制土壤退化和水土流失；
磷石膏中含有一定量的氟，能与金属形成金属F络合物，可降低金属对土壤的污染。
其中两种包膜尿素通过溶出特性测试，初期溶出率分别为29.43％和48.13％，相应的微分溶出率分别为2.60％和2.35％。和普通尿素相比，两种包膜尿素氮素均具有明显的缓释效应。
氨累积挥发量分别为19.73mg和27.77mg，分别总占施氮量的3.95％和5.55％，较普通尿素明显减少，相对普通尿素氨挥发损失分别降低48.81％和28.29％，包膜尿素可以有效地降低氨挥发损失量，
普通尿素处理6～8d氨挥发平均速率最大，包膜尿素第12d氨挥发平均速率最大，包膜尿素氨挥发平均速率达到高峰时间明显滞后，有利于包膜尿素氮在土壤中的保存。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于磷石膏的包膜尿素制备方法流程图；
图2是本发明实施例提供的不同配比的粘合剂实验对比流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供的基于磷石膏的包膜尿素制备方法包括以下步骤：
S101：确定尿素与包膜材料的质量比和筛选粘结剂；
S102：包膜工艺参数确定试验；
S103：包膜尿素的理化性质；
S104：包膜尿素对植物、土壤性状的影响分析。
以磷石膏、石膏作为包膜材料，使用不同粘结剂浓度对粒径2-3mm尿素进行包膜，通过反复包膜实验，确定出尿素与包膜材料的质量比，以及合适的粘结剂浓度，使尿素被完全包裹住，并且不易碎；通过科学试验和统计分析，确定包膜时间、温度、转速以及包膜次数；用硬度计测定包膜尿素的抗压能力；通过对不同包膜率的包膜尿素进行理化性质的对比、分析，确定最佳包膜率；采用溶出法评价包膜尿素的初期和微分溶出率；土培实验测定包膜尿素在土壤中的氨挥发；土柱淋溶法评价包膜尿素的硝态氮、铵态氮和总氮淋溶量；通过盆栽实验，对比“未使用肥料处理”、“使用普通尿素处理”、“使用包膜尿素处理”各个处理之间的植物干重、鲜重、土壤中氮素含量的数据差异，分析包膜尿素的作用效果。
盆栽试验：
不同处理的盆栽试验，每盆播种小麦种子20颗，待发芽后间苗，每盆留10株小麦苗。定期观察生长状况。收获后，称鲜重，烘干后称干重。每个处理重复3次。各个处理之间的植物干重、鲜重、土壤中氮素含量的数据差异，分析包膜尿素的作用效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于磷石膏的包膜尿素制备方法，其特征在于，所述基于磷石膏的包膜尿素制备方法包括以下步骤：
(1)确定尿素与包膜材料的质量比和筛选粘结剂：
以磷石膏、石膏作为包膜材料，使用不同粘结剂浓度对粒径2-3mm尿素进行包膜，通过反复包膜实验，确定出尿素与包膜材料的质量比，以及合适的粘结剂浓度，使尿素被完全包裹住，并且不易碎；
(2)包膜工艺参数确定试验：
通过科学试验和统计分析，确定包膜时间、温度、转速以及包膜次数；通过对不同包膜率的包膜尿素进行理化性质的对比、分析，确定最佳包膜率；
(3)包膜尿素的理化性质：
用硬度计测定包膜尿素的抗压能力；溶出法评价包膜尿素的初期和微分溶出率；土培实验测定包膜尿素在土壤中的氨挥发；土柱淋溶法评价包膜尿素的硝态氮、铵态氮和总氮淋溶量；
(4)包膜尿素对植物、土壤性状的影响分析：
通过盆栽实验，对比“未使用肥料处理”、“使用普通尿素处理”、“使用包膜尿素处理”各个处理之间的植物干重、鲜重、土壤中氮素含量的数据差异，分析包膜尿素的作用效果。
2.如权利要求1所述的基于磷石膏的包膜尿素制备方法，其特征在于，包膜时，利用包衣机包裹尿素，多次包膜。
3.如权利要求1所述的基于磷石膏的包膜尿素制备方法，其特征在于，在确定尿素与包膜材料的质量比和筛选粘结剂中，通过调查不同地区的磷石膏、不同种类的粘合剂，获取合适的包膜材料和粘合剂的作为分析实验对象。
4.一种利用权利要求1-3所述的基于磷石膏的包膜尿素制备方法制备的基于磷石膏的包膜尿素。
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