CN111454091A - 一种具有超高附着力的叶面肥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有超高附着力的叶面肥，该叶面肥包括阳离子的植物营养元素，同时该叶面肥还包括：对阳离子植物营养元素形成吸附的SiO2球材料。本发明提出的一种具有超高附着力的叶面肥及其制备方法，所述叶面肥通过包含能够对阳离子植物营养元素形成吸附的SiO2球材料，该SiO2球材料能够对阳离子的植物营养元素形成吸附从而实现装载，并且SiO2球材料表面的粗糙结构能够高效附着在作物叶面微茸毛上，如此为更好的实现叶面肥在作物叶面上的高效持留以及提高叶面肥的利用率提供了一条切实可行的路径，解决了传统叶面肥因叶面附着效率低而导致的肥效不佳以及环境污染问题。

Description

一种具有超高附着力的叶面肥及其制备方法
技术领域
本发明涉及肥料技术领域，尤其涉及一种具有超高附着力的叶面肥及其制备方法。
背景技术
叶面肥可以提高作物产量、养分浓度、植株繁殖效率。随着工程技术和材料科学的发展，叶面肥在农业化学工程领域的应用具有广阔的市场前景。然而叶面肥被喷施在作物叶面后，由于作物叶面本身固有的荷叶效应，绝大部分叶面肥会损失在喷施过程以及雨水冲刷过后从叶面表面滑落。这部分损失的叶面肥会水排放到土壤和河流等其他环境介质中，造成严重的环境污染、人力资源和能源的浪费。因此急需开发一种能在疏水的植物表面具有较强附着力的叶面肥，从而提高叶面肥的利用率，解决环境污染问题。
植物叶子表面有许多丛生的放射状为茸毛，这种微茸毛由乳突及腊状物构成，其为纳米结构，研究表明正是这种微茸毛造成的荷叶效应导致了叶面肥难以有效附着。然而如果能在微纳尺度上很好的利用这种微茸毛，将为粗糙的纳米材料附着在叶面提供了可能。苍耳表面具有大量刺状结构用来附着在动物皮毛上保证种子的广发传播。受此启发，如果能够制备表面粗糙的纳米材料结合叶面肥高效附着在植物叶面的微茸毛上，将能解决叶面肥的高效附着问题。
科学家们研究发现二氧化硅纳米颗粒在植物叶片表面的使用不会引起植物光合作用和呼吸作用的变化，同时二氧化硅材料还是一种生物相容性好和环境友好性材料。并且二氧化硅具有纯度高、低密度、高比表面积、表面硅醇基和活性硅烷键能形成强弱不等的氢键等特殊性能，当其被制备成独特的空心结构时，可装载药物、农药、染料、催化剂等活性分子，通过对其表面修饰，也可以改变其形貌使其具有粗糙的表面。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种具有超高附着力的叶面肥及其制备方法，所述叶面肥通过包含能够对阳离子植物营养元素形成吸附的SiO2球材料，该SiO2球材料能够对阳离子的植物营养元素形成吸附从而实现装载，并且SiO2球材料表面的粗糙结构能够高效附着在作物叶面微茸毛上，如此为更好的实现叶面肥在作物叶面上的高效持留以及提高叶面肥的利用率提供了一条切实可行的路径，解决了传统叶面肥因叶面附着效率低而导致的肥效不佳以及环境污染问题。
本发明提出的一种具有超高附着力的叶面肥，该叶面肥包括阳离子的植物营养元素，同时还包括：对阳离子植物营养元素形成吸附的SiO2球材料。
优选地，所述阳离子的植物营养元素包括氮、钾、钙、镁、铁、锌、锰中的一种或者多种的组合。
优选地，所述阳离子的植物营养元素以下述水溶性盐的形式呈现：碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵、氨水、液氨、硝酸铵、硝酸铵钙、硫硝酸铵、磷酸二氢钾、氯化钾、硫酸钾、钾石盐、钾镁盐、硝酸钾、硝酸钙、磷酸钙、氯化钙、硫酸镁、氯化镁、磷酸镁铵、三硝酸六尿素合铁、黄腐酸二胺铁、硫酸亚铁铵、碳酸亚铁、一水合磷酸亚铁铵、EDTA铁、硫酸锌、氯化锌、氧化锌、硫化锌、磷酸锌、EDTA锌、硫酸锰、碳酸锰、EDTA锰。
优选地，所述SiO2球材料为红毛丹状SiO2空心介孔球。
优选地，所述红毛丹状SiO2空心介孔球采用下述方法制备得到：将SiO2球加入水中分散均匀，得到乳液；将铜盐溶于水中并加入氨水形成混合溶液；将所述乳液和混合溶液混合均匀后加热反应，洗涤，干燥，即得到所述红毛丹状SiO2空心介孔球。
上述制备方法中，利用了二氧化硅在碱性溶液中硅氧键易被氢氧根打断而形成硅酸根离子的特性，如此将能够与氨耦合成络离子的铜离子、氨水以及SiO2球作为前驱体混合并进行加热反应，如此首先会形成具有芯壳结构的中间产物，最后在高温下二氧化硅内芯慢慢被碱性溶液完全溶解，直接形成红毛丹状SiO2空心介孔球，该SiO2空心介孔球表面布满大量针棒状纳米管形貌，该形貌易于叶面的乳突等微观结构作用使得叶面肥能够高效附着在作物叶面上。
优选地，所述SiO2球的粒径为400-600nm，该SiO2球可采用
Figure BDA0002455397150000031
法制备得到。
优选地，所述铜盐为氯化铜、硝酸铜或者硫酸铜中的一种或者多种的组合；所述铜盐和SiO2球的用量比优选为4-7mmol/g，所述铜盐和氨水的用量比优选为0.1-0.2mmol/mL。
优选地，所述加热反应的温度为130-150℃，时间为10-36h。
本发明还提出了上述具有超高附着力的叶面肥的制备方法，包括：将阳离子植物营养元素对应的水溶性盐和SiO2球材料加入水中，分散均匀，即得所述具有超高附着力的叶面肥。
优选地，所述SiO2球材料和阳离子植物营养元素对应的水溶性盐的质量比为1:1-20。
优选地，所述叶面肥中，SiO2球材料的浓度为0.5-2.0g/L，阳离子植物营养元素的浓度为0.5-10g/L。
本发明所述叶面肥能够到达如下有益效果：
(1)本发明所述叶面肥中包含了能够对阳离子植物营养元素形成吸附的SiO2球材料，该SiO2球材料既可用于吸附肥料等营养物质，又可利用表面的粗糙结构从而高效附着在作物叶面微茸毛上，从而可制备成一种具有超高附着力的叶面肥，同时SiO2球材料还是一种生物相容性好和环境友好性材料，进一步避免了环境污染问题。
(2)当采用具有红毛丹状形貌的SiO2空心介孔球作为对阳离子植物营养元素形成吸附的SiO2球材料时，由此获得的施肥单元将具有特殊的红毛丹状的表面结构，可进一步增强该SiO2空心介孔球装载肥料等营养物质的能力，当其作为叶面肥载体溶于水中时，其Zeta点位检测值可为-34.2mV，这表明其表面带有负电，极易结合带正电离子的植物营养元素，同时可利用其表面粗糙的纳米管能与叶面乳突相互作用，更加有效地附着在作物叶面以便为作物提供营养物质。以氮肥为例，相比于传统叶面氮肥，其在花生叶和玉米叶的利用率分别提高了5.9倍和2.2倍。
附图说明
图1为实施例1所述红毛丹状SiO2空心介孔球在扫描电子显微镜下的图像。
图2为实施例1所述红毛丹状SiO2空心介孔球在透射电子显微镜下的图像。
图3为实施例1所述叶面肥在花生叶上的附着情况图像；其中，图3(A-C)为不同倍率下的花生叶表面扫描照片，图3(D-F)为不同倍率下实施例1所述叶面肥在花生叶表面的附着情况扫描照片。
图4为实施例2所述叶面肥在玉米叶上的附着情况图像；其中，图4(A-C)为不同倍率下的玉米叶表面扫描照片，图4(D-F)为不同倍率下实施例2所述叶面肥在玉米表面的附着情况扫描照片。
图5为传统叶面肥与实施例1所述叶面肥在花生叶上的接触角照片；其中，图5(a)为传统叶面肥在花生叶上的接触角照片，图5(b)为实施例1所述叶面肥在花生叶上的接触角照片。
图6为传统叶面肥与实施例2所述叶面肥在玉米叶上的接触角照片；其中，图6(a)为传统叶面肥在玉米叶上的接触角照片，图6(b)为实施例2所述叶面肥在玉米叶上的接触角照片。
图7为传统叶面肥与实施例2所述叶面肥施用后玉米对营养元素吸收情况图表；其中，图7(A)为施用不同叶面肥后的玉米干重，图7(B)施用不同叶面肥后的玉米根长，图7(C)施用不同叶面肥后的玉米叶绿素相对含量，图7(D)施用不同叶面肥后的玉米株高。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种具有超高附着力的叶面肥，该叶面肥是将红毛丹状SiO2空心介孔球和氯化铵按照3:10的质量比超声分散于水中制成，红毛丹状SiO2空心介孔球的浓度为1.5g/L，氯化铵的浓度为5.0g/L，其中，所述红毛丹状SiO2空心介孔球是采用下述方法制备得到：
将0.13g粒径为500nm的SiO2球超声分散于20ml去离子水中得到乳液，另将0.17g三水硝酸铜溶于30ml水中后迅速加入5ml氨水(含氨25-28％的水溶液)，形成混合溶液；将所述乳液和混合溶液充分搅拌至混合均匀后，转移到聚四氟乙烯反应釜中，置于高温炉中于140℃下加热24h，再用去离子水和无水乙醇反复超声分散后离心洗涤去除剩余的氨水，最后将离心分离后的沉淀物在60℃的真空干燥箱中干燥8h，得到粒径为500nm左右的红毛丹状SiO2空心介孔球。
再将上述具有超高附着力的叶面肥喷施在花生叶面上，其结果参照图3所示：图3(A-C)为不同倍率下的花生叶表面扫描照片，可以看到花生叶表面有明显的纳米片状及层状结构，且片状结构不规则，有许多凹口分布在片状上面，这种粗糙的结构十分有利于具有粗糙表面的叶面肥的附着。图3(D-F)中可以看到大量的实施例1所述叶面肥附着在叶面上，图3(F)很好的展示了实施例1所述叶面肥与花生叶面乳突都得相互作用。另外参照图5所示：图5为传统氯化铵叶面肥(5g/L的氯化铵溶液)(图5a)与实施例1所述叶面肥(图5b)在花生叶上的接触角照片，可以看到实施例1所述叶面肥在花生叶上的接触角为73.7°，表现出较好的亲水性，其接触角明显小于传统氯化铵叶面肥(126.4°)，表明实施例1所述具有超高附着力叶面肥在花生叶上的润湿性更好，附着力更强。
实施例2
一种具有超高附着力的叶面肥，该叶面肥是将红毛丹状SiO2空心介孔球和氯化铵按照3:10的质量比超声分散于水溶液中制成，红毛丹状SiO2空心介孔球的浓度为1.5g/L，氯化铵的浓度为5.0g/L，其中，所述红毛丹状SiO2空心介孔球是采用下述方法制备得到：
将0.13g粒径为500nm的SiO2球超声分散于20ml去离子水中得到乳液，另将0.17g三水硝酸铜溶于30ml水中后迅速加入5ml氨水(含氨25-28％的水溶液)，形成混合溶液；将所述乳液和混合溶液充分搅拌至混合均匀后，转移到聚四氟乙烯反应釜中，置于高温炉中于140℃下加热24h，再用去离子水和无水乙醇反复超声分散后离心洗涤去除剩余的氨水，最后将离心分离后的沉淀物在60℃的真空干燥箱中干燥8h，得到粒径为500nm左右的红毛丹状SiO2空心介孔球。
再将上述具有超高附着力的叶面肥喷施在玉米叶面上，其结果参照图4所示：图4(A-C)为不同倍率下的玉米叶表面扫描照片，图4(D-F)为不同倍率下的实施例2所述具有超高附着力叶面肥在玉米表面的附着情况，可以看到大量的叶面肥附着在玉米叶面上，表明其附着效果十分良好。另外参照图5所示：图6为传统氯化铵叶面肥(5g/L的氯化铵溶液)(图6a)与实施例2所述叶面肥(图6b)在玉米叶上的接触角照片，可以所述具有超高附着力叶面肥在玉米叶上的接触角照片明显小于传统氯化铵叶面肥，表明其在玉米叶上的润湿性更好，附着力更强。
将传统氯化铵叶面肥和本实施例叶面肥喷施在玉米叶面上后，玉米对营养元素吸收情况参照如图7所示：图7展示了盆栽实验中，当玉米出现缺氮症状后，施用传统氯化铵叶面肥和本实施例叶面肥对玉米幼苗生长的影响，与只喷去离子水(对照组a)相比，从图中可以看出，传统氯化铵叶面肥(实验组b)和本实施例叶面肥(实验组c)均对玉米起着促进生长的作用，并且施用了本实施例叶面肥的玉米幼苗的根长、干重、叶绿素相对含量以及株高均最高，且相比于传统氯化铵叶面肥，其对玉米幼苗的生长促进作用大大提高，表明相较于传统氯化铵叶面肥，本实施例所述叶面肥对玉米幼苗生长的促进作用效果更好。图(7C)表明当玉米幼苗出现缺氮症状后，各种氮肥的喷施能有效促进玉米叶绿素的合成，只喷去离子水的对照组a叶绿素呈现不增反减的情况，说明只喷水的话玉米幼苗的缺氮症状逐渐加剧。
实施例3
一种具有超高附着力的叶面肥，该叶面肥是将红毛丹状SiO2空心介孔球和硫酸铵、磷酸二氢钾按照1:0.5:0.5的质量比超声分散于水溶液中制成，红毛丹状SiO2空心介孔球的浓度为2.0g/L，硫酸铵的浓度为1.0g/L，磷酸二氢钾的浓度为1.0g/L，其中，所述红毛丹状SiO2空心介孔球是采用下述方法制备得到：
将0.13g粒径为400nm左右的SiO2球超声分散于20ml去离子水中得到乳液，另将0.07g氯化铜溶于20ml水中后迅速加入5ml氨水(含氨25-28％的水溶液)，形成混合溶液；将所述乳液和混合溶液充分搅拌至混合均匀后，转移到聚四氟乙烯反应釜中，置于高温炉中于130℃下加热36h，再用去离子水和无水乙醇反复超声分散后离心洗涤去除剩余的氨水，最后将离心分离后的沉淀物在60℃的真空干燥箱中干燥8h，得到粒径为400nm左右的红毛丹状SiO2空心介孔球。
实施例4
一种具有超高附着力的叶面肥，该叶面肥是将红毛丹状SiO2空心介孔球和氯化铵、磷酸钙、硫酸钾按照1:10:5:5的质量比超声分散于水溶液中制成，红毛丹状SiO2空心介孔球的浓度为0.5g/L，氯化铵的浓度为5.0g/L，磷酸钙的浓度为2.5g/L，硫酸钾的浓度为2.5g/L，其中，所述红毛丹状SiO2空心介孔球是采用下述方法制备得到：
将0.13g粒径为600nm左右的SiO2球超声分散于20ml去离子水中得到乳液，另将0.12g氯化铜溶于40ml水中后迅速加入5ml氨水(含氨25-28％的水溶液)，形成混合溶液；将所述乳液和混合溶液充分搅拌至混合均匀后，转移到聚四氟乙烯反应釜中，置于高温炉中于150℃下加热10h，再用去离子水和无水乙醇反复超声分散后离心洗涤去除剩余的氨水，最后将离心分离后的沉淀物在60℃的真空干燥箱中干燥8h，得到粒径为600nm左右的红毛丹状SiO2空心介孔球。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有超高附着力的叶面肥，该叶面肥包括阳离子的植物营养元素，其特征在于，该叶面肥还包括：对阳离子植物营养元素形成吸附的SiO2球材料。
2.根据权利要求1所述具有超高附着力的叶面肥，其特征在于，所述阳离子的植物营养元素包括氮、钾、钙、镁、铁、锌、锰中的一种或者多种的组合。
3.根据权利要求2所述具有超高附着力的叶面肥，其特征在于，所述阳离子的植物营养元素以下述水溶性盐的形式呈现：碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵、氨水、液氨、硝酸铵、硝酸铵钙、硫硝酸铵、磷酸二氢钾、氯化钾、硫酸钾、钾石盐、钾镁盐、硝酸钾、硝酸钙、磷酸钙、氯化钙、硫酸镁、氯化镁、磷酸镁铵、三硝酸六尿素合铁、黄腐酸二胺铁、硫酸亚铁铵、碳酸亚铁、一水合磷酸亚铁铵、EDTA铁、硫酸锌、氯化锌、氧化锌、硫化锌、磷酸锌、EDTA锌、硫酸锰、碳酸锰、EDTA锰。
4.根据权利要求1-3任一项所述具有超高附着力的叶面肥，其特征在于，所述SiO2球材料为红毛丹状SiO2空心介孔球。
5.根据权利要求4所述具有超高附着力的叶面肥，其特征在于，所述红毛丹状SiO2空心介孔球采用下述方法制备得到：将SiO2球加入水中分散均匀，得到乳液；将铜盐溶于水中并加入氨水形成混合溶液；将所述乳液和混合溶液混合均匀后加热反应，洗涤，干燥，即得到所述红毛丹状SiO2空心介孔球。
6.根据权利要求5所述具有超高附着力的叶面肥，其特征在于，所述SiO2球的粒径为400-600nm。
7.根据权利要求5或6所述具有超高附着力的叶面肥，其特征在于，所述铜盐为氯化铜、硝酸铜或者硫酸铜中的一种或者多种的组合；所述铜盐和SiO2球的用量比优选为4-7mmol/g，所述铜盐和氨水的用量比优选为0.1-0.2mmol/mL。
8.根据权利要求5-7任一项所述具有超高附着力的叶面肥，其特征在于，所述加热反应的温度为130-150℃，时间为10-36h。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述具有超高附着力的叶面肥的制备方法，其特征在于，包括：将阳离子植物营养元素对应的水溶性盐和SiO2球材料加入水中，分散均匀，即得所述具有超高附着力的叶面肥。
10.根据权利要求9所述具有超高附着力的叶面肥的制备方法，其特征在于，所述SiO2球材料和阳离子植物营养元素对应的水溶性盐的质量比为1:1-20；优选地，所述叶面肥中，SiO2球材料的浓度为0.5-2.0g/L，阳离子植物营养元素的浓度为0.5-10g/L。
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