CN109912339B - 一种稳定的氮肥增效剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种稳定的氮肥增效剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种稳定的氮肥增效剂及其制备方法和应用,该氮肥增效剂由有机相组分和保护液组分组成,其中有机相组分为N‑正丁基硫代磷酰三胺和有机溶剂的混合物;保护液组分为保护剂和水的混合物。首先将有机相组分和保护也组分混合均匀,然后再将混合溶液进行喷雾干燥,从而制得稳定的氮肥增效剂。本发明稳定的氮肥增效剂可以有效保护活性成分,并且减缓尿素的分解速率,提高肥料利用率,延长肥效期,最终达到节肥增产的目的。

Description

一种稳定的氮肥增效剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种稳定的氮肥增效剂及其制备方法和应用,属于肥料增效技术 领域。
背景技术
氮肥是农业生产中需要量最大的化肥品种,它对提高作物产量,改善农产品 的质量有重要作用。近年来相关资料显示,我国氮肥利用率仅为30~35%,除部 分残留于土壤中,其他则因挥发(铵态氮)和淋失(硝态氮)及硝化—反硝化作用而 损失。因此,如何提高氮肥利用率是化肥行业研究者一直面临的问题。
尿素由于具有含氮量高,使用方便,用后不会导致土质变坏等优点,一直是 我国农业应用的主要氮肥之一。尿素施入土壤后很快被脲酶分解成氨,高浓度的 氨易于损伤作物和挥发损失。脲酶抑制剂是抑制土壤脲酶活性的一类物质的总 称,包括磷酰三胺、苯二胺及其衍生物、醌类、多羟酚类、腐植酸、硼酸、重金 属等诸多种类,其中N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)是一种很有潜力的脲酶抑 制剂。在非酸性土壤、通气性良好的条件下,对脲酶的抑制作用依次为N-正丁 基硫代磷酰三胺(NBPT)>苯基磷酰二胺(PPD)>氢醌(HQ);在结构基团中, 正丁胺基、硫基对N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)与脲酶的结合起辅助作用, 胺基是N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)与脲酶结合的关键基团,与脲酶活性部 位巯基(-SH)结合,N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)与尿素竞争脲酶,从而 缓解尿素水解。
中国专利文献CN105367207A公开了一种氮肥增效剂,按重量比例计,每 百份氮肥增效剂的组成成份为:生物炭94~98份,脲酶抑制剂1.0~3份,硝化抑 制剂1.0~3份。将上述原料投入搅拌机中,充分搅拌,混合均匀,分装成袋,即 得。该方法中所述的脲酶抑制剂即N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT),但是N- 正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)由于本身的形态和化学性质导致它极易被分解, 特别是和含磷肥料一起应用时,更易分解,使得其在复合肥中的应用受到了极大 限制。
因此生产一种可以应用于含磷复合肥中的稳定的氮肥增效剂产品,将具有极 大的经济和社会效益。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种稳定的氮肥增效剂及其制备方法和应 用。
本发明技术方案如下:
一种稳定的氮肥增效剂,包括如下质量份的原料组成:
有机相组分2.5~10份,保护液组分20~100份;
所述有机相组分为N-正丁基硫代磷酰三胺和有机溶剂的混合物;
所述保护液组分为保护剂和水的混合物;
根据本发明优选的,所述有机相组分中各组分的质量份数为:N-正丁基硫代 磷酰三胺1~2份、有机溶剂1.5~8份。
根据本发明优选的,所述保护液组分中各组分的质量份数为:保护剂4~20 份、水16~80份。
根据本发明优选的,所述有机溶剂为乙醇、苯甲醇、聚乙烯亚胺之一或组合; 进一步优选的,所述有机溶剂为乙醇和聚乙烯亚胺的组合;最优选的,所述有机 溶剂为乙醇和聚乙烯亚胺按质量比为1:2~4的组合。
根据本发明优选的,所述保护剂为保护性胶体;进一步优选的,所述保护剂 为保护性胶体和可溶性淀粉组成的混合物;最优选的,所述保护剂为为保护性胶 体与可溶性淀粉按质量比为1:0.3~2的组合。
根据本发明优选的,所述保护性胶体为阿拉伯树胶粉和明胶之一或组合。
根据本发明优选的,所述保护剂为阿拉伯树胶粉、明胶和可溶性淀粉按质量 比为(2~3):(1~3):(2~3)的组合。
一种稳定的氮肥增效剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)制备有机相:将N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)溶解于有机溶剂中, 制得有机相;
(2)制备保护液:将保护剂加入到60~80℃水中,搅拌2~4h,使其完全溶解、 混匀,制得保护液;
(3)混匀:将步骤(1)制备的有机相加入到步骤(2)制备的保护液中,混 合均匀,制得混合溶液;
(4)将步骤(3)的混合溶液进行喷雾干燥,制得稳定的氮肥增效剂。
根据本发明优选的,步骤(4)中所述喷雾干燥的条件为:进风温度 140℃~160℃,出口温度为70℃~80℃,进料速度为2L/h。
根据本发明,一种稳定的氮肥增效剂的应用,用于与复合肥配合使用。
根据本发明优选的,所述氮肥增效剂与复合肥配合使用,氮肥增效剂的质量 为复合肥质量的0.2~2%。
本发明首先通过有机溶剂对N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)进行溶解,得 到有机相;然后有机相加入到含保护剂的保护液中,保护剂是由保护性胶体或者 保护性胶体和淀粉组成的,其中保护性胶体可以形成较好的胶状保护体,避免 N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)与含磷复合肥的大面积接触,减少N-正丁基硫 代磷酰三胺(NBPT)分解损失,从而减缓尿素的分解速率,提高肥料利用率。
有益效果:
(1)本发明制备的氮肥增效剂可以有效保护活性成分N-正丁基硫代磷酰三 胺(NBPT),从而可用于含磷复合肥,解决N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT) 遇磷分解而无法应用于含磷复合肥的难题,并且减缓尿素的分解速率,提高肥料 利用率,延长肥效期,最终达到节肥增产的目的。
(2)由于N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)闪点和分解温度过低,传统的 N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)无法进行喷雾干燥,但通过本发明的保护剂保 护,N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)则可以安全的进行喷雾干燥,易于实现大 规模生产。
(3)因N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)不溶于水,因此传统N-正丁基硫 代磷酰三胺(NBPT)的使用时一般都溶解于有机溶剂使用,气味性和危害性都 较大,本发明制备的氮肥增效剂产品为固体颗粒产品,没有难闻气味,其制备中 的有机溶剂可以回收使用,不会造成环境污染,大大提高了N-正丁基硫代磷酰 三胺(NBPT)的应用范围。
附图说明:
图1、实施例3制备的氮肥增效剂的微观结构图。
具体实施方式
为让本领域的技术人员更加清晰直观的了解本发明,下面将对本发明作进一 步的说明。
实施例中所述的原料均为常规市购产品,实施例中所述的18-18-18复合肥 是指N-P-K质量含量分别为18%、18%、18%的复合肥。
实施例1
一种稳定的氮肥增效剂,其原料组成为:
N-正丁基硫代磷酰三胺1份、乙醇1.5份、保护剂4份、水16份。
其中保护剂为阿拉伯树胶粉、明胶、可溶性淀粉、按照质量比为2:1:2的组 合。
制备方法:
(1)制备有机相:将N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)溶解于乙醇中,制得 有机相;
(2)制备保护液:将保护剂加入到60℃水中,搅拌4h,使其完全溶解、混 匀,制得保护液;
(3)混匀:将步骤(1)制备的有机相加入到步骤(2)制备的保护液中,混 合均匀,制得混合溶液;
(4)将步骤(3)的混合溶液进行喷雾干燥,制得稳定的氮肥增效剂。
其中喷雾干燥的条件为:进风温度140℃,出口温度70℃,进料速度为2L/h。
稳定性测试:
实验组:将本实施例制备的氮肥增效剂与18-18-18复合肥按照纯NBPT质 量占复合肥质量的0.1%进行掺混。
对照组:将NBPT直接按照NBPT质量占18-18-18复合肥质量的0.1%进行 掺混。
使用高效液相色谱检测两组18-18-18复合肥中的NBPT的含量变化。
掺混稳定氮肥增效剂的复合肥中NBPT的含量与直接掺混纯NBPT的有复 合肥相比,NBPT30天内的含量变化情况如下(单位:%):
肥料名称 1d 7d 15d 22d 30d 30d衰减率
实验组 0.0990 0.0983 0.0970 0.0957 0.0943 5.7%
对照组 0.0991 0.0909 0.0817 0.0605 0.0362 63.8%
实施例2
一种稳定的氮肥增效剂,其原料组成为:
N-正丁基硫代磷酰三胺1份、乙醇4份、保护剂10份、水30份。
其中保护剂为阿拉伯树胶粉、明胶、可溶性淀粉、按照质量比为1:1:1的组 合。
制备方法:
(1)制备有机相:将N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)溶解于乙醇中,制得 有机相;
(2)制备保护液:将保护剂加入到70℃水中,搅拌3h,使其完全溶解、混 匀,制得保护液;
(3)混匀:将步骤(1)制备的有机相加入到步骤(2)制备的保护液中,混 合均匀,制得混合溶液;
(4)将步骤(3)的混合溶液进行喷雾干燥,制得稳定的氮肥增效剂。
其中喷雾干燥的条件为:进风温度160℃,出口温度80℃,进料速度为2L/h。
稳定性测试:
实验组:将本实施例制备的氮肥增效剂与18-18-18复合肥按照纯NBPT占 复合肥的0.1%进行掺混。
对照组:将NBPT直接按照NBPT质量占18-18-18复合肥质量的0.1%进行 掺混。
使用高效液相色谱检测两组18-18-18复合肥中的NBPT的含量变化。
掺混稳定氮肥增效剂的复合肥中NBPT的含量与直接掺混纯NBPT的有复 合肥相比,NBPT30天内的含量变化情况如下(单位:%):
肥料名称 1d 7d 15d 22d 30d 30d衰减率
实验组 0.0991 0.0985 0.0977 0.0968 0.0959 4.1%
对照组 0.0991 0.0909 0.0817 0.0605 0.0362 63.8%
实施例3
一种稳定的氮肥增效剂,其原料组成为:
N-正丁基硫代磷酰三胺1份、乙醇2.5份、保护剂8份、水25份。
其中保护剂为阿拉伯树胶粉、明胶、可溶性淀粉、按照质量比为2.5:2:2的 组合。
制备方法:
(1)制备有机相:将N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)溶解于乙醇中,制得 有机相;
(2)制备保护液:将保护剂加入到75℃水中,搅拌2h,使其完全溶解、混 匀,制得保护液;
(3)混匀:将步骤(1)制备的有机相加入到步骤(2)制备的保护液中,混 合均匀,制得混合溶液;
(4)将步骤(3)的混合溶液进行喷雾干燥,制得稳定的氮肥增效剂。
其中喷雾干燥的条件为:进风温度150℃,出口温度75℃,进料速度为2L/h。
稳定性测试:
实验组:将本实施例制备的氮肥增效剂与18-18-18复合肥按照纯NBPT质 量占复合肥质量的0.1%进行掺混。
对照组:将NBPT直接按照NBPT质量占18-18-18复合肥质量的0.1%进行 掺混。
使用高效液相色谱检测两组18-18-18复合肥中的NBPT的含量变化。
掺混稳定氮肥增效剂的复合肥中NBPT的含量与直接掺混纯NBPT的有复 合肥相比,NBPT30天内的含量变化情况如下(单位:%):
肥料名称 1d 7d 15d 22d 30d 30d衰减率
实验组 0.0992 0.0983 0.0975 0.0968 0.0954 4.6%
对照组 0.0991 0.0909 0.0817 0.0605 0.0362 63.8%
实施例4
一种稳定的氮肥增效剂,其原料组成为:
N-正丁基硫代磷酰三胺1份、乙醇2.5份、保护剂8份、水25份。
其中保护剂为阿拉伯树胶粉。
制备方法:
(1)制备有机相:将N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)溶解于乙醇中,制得 有机相;
(2)制备保护液:将保护剂加入到75℃水中,搅拌2h,使其完全溶解、混 匀,制得保护液;
(3)混匀:将步骤(1)制备的有机相加入到步骤(2)制备的保护液中,混 合均匀,制得混合溶液;
(4)将步骤(3)的混合溶液进行喷雾干燥,制得稳定的氮肥增效剂。
其中喷雾干燥的条件为:进风温度150℃,出口温度75℃,进料速度为2L/h。
稳定性测试:
实验组:将本实施例制备的氮肥增效剂与18-18-18复合肥按照纯NBPT质 量占复合肥质量的0.1%进行掺混。
对照组:将NBPT直接按照NBPT质量占18-18-18复合肥质量的0.1%进行 掺混。
使用高效液相色谱检测两组18-18-18复合肥中的NBPT的含量变化。
掺混稳定氮肥增效剂的复合肥中NBPT的含量与直接掺混纯NBPT的有复 合肥相比,NBPT30天内的含量变化情况如下(单位:%):
肥料名称 1d 7d 15d 22d 30d 30d衰减率
实验组 0.0992 0.0982 0.0970 0.0955 0.0935 6.5%
对照组 0.0991 0.0909 0.0817 0.0605 0.0362 63.8%
实施例5
一种稳定的氮肥增效剂,其原料组成为:
N-正丁基硫代磷酰三胺1份、苯甲醇2.5份、保护剂8份、水25份。
其中保护剂为明胶。
制备方法:
(1)制备有机相:将N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)溶解于苯甲醇中,制 得有机相;
(2)制备保护液:将保护剂加入到75℃水中,搅拌2h,使其完全溶解、混 匀,制得保护液;
(3)混匀:将步骤(1)制备的有机相加入到步骤(2)制备的保护液中,混 合均匀,制得混合溶液;
(4)将步骤(3)的混合溶液进行喷雾干燥,制得稳定的氮肥增效剂。
其中喷雾干燥的条件为:进风温度150℃,出口温度75℃,进料速度为2L/h。
稳定性测试:
实验组:将本实施例制备的氮肥增效剂与18-18-18复合肥按照纯NBPT质 量占复合肥质量的0.1%进行掺混。
对照组:将NBPT直接按照NBPT质量占18-18-18复合肥质量的0.1%进行 掺混。
使用高效液相色谱检测两组18-18-18复合肥中的NBPT的含量变化。
掺混稳定氮肥增效剂的复合肥中NBPT的含量与直接掺混纯NBPT的有复 合肥相比,NBPT30天内的含量变化情况如下(单位:%):
肥料名称 1d 7d 15d 22d 30d 30d衰减率
实验组 0.0992 0.0980 0.0968 0.0954 0.0932 6.8%
对照组 0.0991 0.0909 0.0817 0.0605 0.0362 63.8%
实施例6
一种稳定的氮肥增效剂,其原料组成为:
N-正丁基硫代磷酰三胺1份、苯甲醇2.5份、保护剂8份、水25份。
其中保护剂为阿拉伯树胶粉和明胶按照质量比为1:1的组合。
制备方法:
(1)制备有机相:将N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)溶解于苯甲醇中,制 得有机相;
(2)制备保护液:将保护剂加入到75℃水中,搅拌2h,使其完全溶解、混 匀,制得保护液;
(3)混匀:将步骤(1)制备的有机相加入到步骤(2)制备的保护液中,混 合均匀,制得混合溶液;
(4)将步骤(3)的混合溶液进行喷雾干燥,制得稳定的氮肥增效剂。
其中喷雾干燥的条件为:进风温度150℃,出口温度75℃,进料速度为2L/h。
稳定性测试:
实验组:将本实施例制备的氮肥增效剂与18-18-18复合肥按照纯NBPT占 复合肥的0.1%进行掺混。
对照组:将NBPT直接按照NBPT质量占18-18-18复合肥质量的0.1%进行 掺混。
使用高效液相色谱检测两组18-18-18复合肥中的NBPT的含量变化。
掺混稳定氮肥增效剂的复合肥中NBPT的含量与直接掺混纯NBPT的有复 合肥相比,NBPT30天内的含量变化情况如下(单位:%):
肥料名称 1d 7d 15d 22d 30d 30d衰减率
实验组 0.0991 0.0981 0.0972 0.0959 0.0938 6.2%
对照组 0.0991 0.0909 0.0817 0.0605 0.0362 63.8%
实施例7
一种稳定的氮肥增效剂,其原料组成为:
N-正丁基硫代磷酰三胺1份、苯甲醇2.5份、保护剂8份、水25份。
其中保护剂为阿拉伯树胶粉、明胶和可溶性淀粉按照质量比1:1:4的组合。
制备方法:
(1)制备有机相:将N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)溶解于苯甲醇中,制 得有机相;
(2)制备保护液:将保护剂加入到75℃水中,搅拌2h,使其完全溶解、混 匀,制得保护液;
(3)混匀:将步骤(1)制备的有机相加入到步骤(2)制备的保护液中,混 合均匀,制得混合溶液;
(4)将步骤(3)的混合溶液进行喷雾干燥,制得稳定的氮肥增效剂。
其中喷雾干燥的条件为:进风温度150℃,出口温度75℃,进料速度为2L/h。
稳定性测试:
实验组:将本实施例制备的氮肥增效剂与18-18-18复合肥按照纯NBPT质 量占复合肥质量的0.1%进行掺混。
对照组:将NBPT直接按照NBPT质量占18-18-18复合肥质量的0.1%进行 掺混。
使用高效液相色谱检测两组18-18-18复合肥中的NBPT的含量变化。
掺混稳定氮肥增效剂的复合肥中NBPT的含量与直接掺混纯NBPT的有复 合肥相比,NBPT30天内的含量变化情况如下(单位:%):
肥料名称 1d 7d 15d 22d 30d 30d衰减率
实验组 0.0991 0.0977 0.0965 0.0949 0.0926 7.4%
对照组 0.0991 0.0909 0.0817 0.0605 0.0362 63.8%
实施例8
一种稳定的氮肥增效剂,其原料组成为:
N-正丁基硫代磷酰三胺2份、乙醇3份、保护剂15份、水45份。
其中保护剂为阿拉伯树胶粉、明胶、可溶性淀粉、按照质量比为1:1:3的组 合。
制备方法:
(1)制备有机相:将N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)溶解于乙醇中,制得 有机相;
(2)制备保护液:将保护剂加入到75℃水中,搅拌2h,使其完全溶解、混 匀,制得保护液;
(3)混匀:将步骤(1)制备的有机相加入到步骤(2)制备的保护液中,混 合均匀,制得混合溶液;
(4)将步骤(3)的混合溶液进行喷雾干燥,制得稳定的氮肥增效剂。
其中喷雾干燥的条件为:进风温度150℃,出口温度75℃,进料速度为2L/h。
稳定性测试:
实验组:将本实施例制备的氮肥增效剂与18-18-18复合肥按照纯NBPT质 量占复合肥质量的0.1%进行掺混。
对照组:将NBPT直接按照NBPT质量占18-18-18复合肥质量的0.1%进行 掺混。
使用高效液相色谱检测两组18-18-18复合肥中的NBPT的含量变化。
掺混稳定氮肥增效剂的复合肥中NBPT的含量与直接掺混纯NBPT的有复 合肥相比,NBPT30天内的含量变化情况如下(单位:%):
Figure BDA0001970423510000081
Figure BDA0001970423510000091
实施例9
一种稳定的氮肥增效剂,其原料组成为:
N-正丁基硫代磷酰三胺2份、苯甲醇8份、保护剂20份、水80份。
其中保护剂为阿拉伯树胶粉和可溶性淀粉按照质量比2:3的组合。
制备方法:
(1)制备有机相:将N-正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)溶解于苯甲醇中,制 得有机相;
(2)制备保护液:将保护剂加入到75℃水中,搅拌2h,使其完全溶解、混 匀,制得保护液;
(3)混匀:将步骤(1)制备的有机相加入到步骤(2)制备的保护液中,混 合均匀,制得混合溶液;
(4)将步骤(3)的混合溶液进行喷雾干燥,制得稳定的氮肥增效剂。
其中喷雾干燥的条件为:进风温度150℃,出口温度75℃,进料速度为2L/h。
稳定性测试:
实验组:将本实施例制备的氮肥增效剂与18-18-18复合肥按照纯NBPT占 复合肥的0.1%进行掺混。
对照组:将NBPT直接按照NBPT占18-18-18复合肥的0.1%进行掺混。
使用高效液相色谱检测两组18-18-18复合肥中的NBPT的含量变化。
掺混稳定氮肥增效剂的复合肥中NBPT的含量与直接掺混纯NBPT的有复 合肥相比,NBPT30天内的含量变化情况如下(单位:%):
肥料名称 1d 7d 15d 22d 30d 30d衰减率
实验组 0.0992 0.0981 0.0969 0.0958 0.0936 6.4%
对照组 0.0991 0.0909 0.0817 0.0605 0.0362 63.8%
由实施例1-9的表中数据可知,NBPT直接使用于含量复合肥中,30d衰减 率均达到60%以上,而使用本方法制备的氮肥增效剂30d内衰减率均低于7%, 说明本法明可以极大延缓NBPT在含磷复合肥料中的分解。如图1所示,实施例 3制备的氮肥增效剂的微观结构呈均匀的类球状结构,NBPT外形成较好的胶状 保护体,避免NBPT与含磷肥料的大面积接触,减少NBPT分解损失。

Claims (6)

1.一种稳定的氮肥增效剂,其特征在于,该增效剂包括如下质量份的原料组成:有机相组分2.5~10份,保护液组分20~100份;
所述有机相组分为N-正丁基硫代磷酰三胺和有机溶剂的混合物;所述有机相组分中各组分的质量份数为:N-正丁基硫代磷酰三胺1~2份、有机溶剂1.5~8份;所述有机溶剂为乙醇和聚乙烯亚胺按质量比为1:2~4的组合;
所述保护液组分为保护剂和水的混合物;所述保护液组分中各组分的质量份数为:保护剂4~20份、水16~80份;所述保护剂为保护性胶体与可溶性淀粉按质量比为1:0.3~2的组合。
2.如权利要求1所述的稳定的氮肥增效剂,其特征在于,所述保护性胶体为阿拉伯树胶粉和明胶之一或组合。
3.如权利要求1所述的稳定的氮肥增效剂,其特征在于,所述保护剂为阿拉伯树胶粉、明胶和可溶性淀粉按质量比为(2~3):(1~3):(2~3)的组合。
4.权利要求1-3任一项所述的稳定的氮肥增效剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)制备有机相:将N-正丁基硫代磷酰三胺溶解于有机溶剂中,制得有机相;
(2)制备保护液:将保护剂加入到60~80℃水中,搅拌2~4h,使其完全溶解、混匀,制得保护液;
(3)混匀:将步骤(1)制备的有机相加入到步骤(2)制备的保护液中,混合均匀,制得混合溶液;
(4)将步骤(3)的混合溶液进行喷雾干燥,制得稳定的氮肥增效剂。
5.如权利要求4所述的制备方法,其特征在于,步骤(4)中所述喷雾干燥的条件为:进风温度140℃~160℃,出口温度为70℃~80℃,进料速度为2L/h。
6.如权利要求1-3任一项所述的稳定的氮肥增效剂的应用,用于与复合肥配合使用;其中,氮肥增效剂的质量为复合肥质量的0.2~2%。
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