CN111574282A - 一种可防土壤沼泽化的固态肥料及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可防土壤沼泽化的固态肥料及其制备工艺，属于肥料制备技术领域。本发明首先以丝胶蛋白作为原料，将其和丙烯酸以及丙烯酰胺混合，在氧化还原引发体系的作用下，以N，N’‑亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，进行初步聚合反应，并在聚合的最后阶段加入稀土盐和腐殖酸，最终聚合制备得到可防土壤沼泽化的固态肥料，本发明的丝胶蛋白聚合体系容易生物降解，在土壤中完全降解后变成二氧化碳、水合氮气，不会使土壤沼泽化，不仅可以作为水的储存器，还能提高产物肥效，具有广阔的应用前景。

Description

一种可防土壤沼泽化的固态肥料及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种可防土壤沼泽化的固态肥料及其制备工艺，属于肥料制备技术领域。

背景技术

目前，市场上的固态肥料性能单一，仅仅具有增肥作用，吸水率低，持水性差，而且现有聚合物型固态肥料吸水后难以生物降解，容易造成土壤沼泽化；

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种可防土壤沼泽化的固态肥料及其制备工艺，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可防土壤沼泽化的固态肥料及其制备工艺。

本发明的一种可防土壤沼泽化的固态肥料，由预产物和腐殖酸制成，

所述预产物由浓缩丝胶蛋白液、单体混合液、氯化镧、氯化铈、氯化钇、过氧化氢和硫酸亚铁以及N，N’-亚甲基双丙烯酰胺反应制得；

所述浓缩丝胶蛋白液由蚕茧制得；

所述单体混合液由丙烯酸、氢氧化钠和丙烯酰胺制得。

一种可防土壤沼泽化的固态肥料的制备工艺，具体制备步骤为：

(1)丝胶液的制备：

将蚕茧粉碎后，和水热煮沸得到丝胶液；

(2)浓缩丝胶蛋白液的制备：

将丝胶液旋转浓缩，得到浓缩丝胶蛋白液；

(3)单体混合液的制备：

将丙烯酸、氢氧化钠溶液和丙烯酰胺混合，得到单体混合液；

(4)备料：

称取浓缩丝胶蛋白液、单体混合液、氯化镧、氯化铈、氯化钇、过氧化氢和硫酸亚铁以及N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，备用；

(5)预产物的制备：

将单体混合液和浓缩丝胶蛋白液混合后，加入氯化镧、氯化铈、氯化钇、过氧化氢和硫酸亚铁以及N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，反应，得到预产物；

(6)可防土壤沼泽化的固态肥料的制备方法：

将上述预产物和腐殖酸混合后反应，冲洗，浸泡，抽提，干燥，粉碎即得可防土壤沼泽化的固态肥料。

进一步的，具体制备步骤为：

(1)丝胶液的制备：

将蚕茧放入粉碎机中，粉碎后，得到蚕茧碎片，将蚕茧碎片和水混合后加热煮沸处理，过滤分离得到滤液，即为丝胶液；

(2)浓缩丝胶蛋白液的制备：

将上述得到的丝胶液放入旋转蒸发仪中，旋转浓缩处理，得到浓缩丝胶蛋白液；

(3)单体混合液的制备：

将丙烯酸加入三口烧瓶中，滴加氢氧化钠溶液调节pH，再向三口烧瓶中加入丙烯酰胺，得到单体混合液；

(4)备料：

称取浓缩丝胶蛋白液、上述单体混合液、氯化镧、氯化铈、氯化钇、过氧化氢和硫酸亚铁以及N，N’-亚甲基双丙烯酰胺备用；

(5)预产物的制备：

在氮气保护下，将单体混合液和浓缩丝胶蛋白液混合后装入烧瓶中，搅拌后再向烧瓶中加入氯化镧、氯化铈、氯化钇、过氧化氢和硫酸亚铁以及N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌反应，得到预产物；

(6)可防土壤沼泽化的固态肥料的制备方法：

将上述预产物和腐殖酸混合后继续搅拌反应，反应结束后取出产物，先用去离子水冲洗，再用过量无水乙醇浸泡，最后用丙酮抽提取出均聚物后干燥，粉碎即得可防土壤沼泽化的固态肥料。

进一步的，具体制备步骤为：

(1)丝胶液的制备：

将蚕茧放入粉碎机中，粉碎20～30min后，得到蚕茧碎片，将蚕茧碎片和水按质量比为1∶30混合后加热煮沸处理30～40min，过滤分离得到滤液，即为丝胶液；

(2)浓缩丝胶蛋白液的制备：

将上述得到的丝胶液放入旋转蒸发仪中，在温度为60～70℃，转速为20～30r/min的条件下旋转浓缩处理20～30min，得到浓缩丝胶蛋白液；

(3)单体混合液的制备：

将丙烯酸加入到带有搅拌器、温度计和氮气保护装置的三口烧瓶中，滴加浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH至7～8，再向三口烧瓶中加入丙烯酸质量50％的丙烯酰胺，得到单体混合液；

(4)备料：

按重量份数计，称取25～30份浓缩丝胶蛋白液、50～60份上述单体混合液、2～3份氯化镧、2～3份氯化铈、3～5份氯化钇、1～2份过氧化氢和1～2份硫酸亚铁以及5～8份N，N’-亚甲基双丙烯酰胺备用；

(5)预产物的制备：

在氮气保护下，将单体混合液和浓缩丝胶蛋白液混合后装入烧瓶中，搅拌15～20min后再向烧瓶中加入氯化镧、氯化铈、氯化钇、过氧化氢和硫酸亚铁以及N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，在100～120℃下搅拌反应15～20min，得到预产物；

(6)可防土壤沼泽化的固态肥料的制备方法：

将上述预产物和腐殖酸按质量比为4∶1混合后继续在100～120℃下搅拌反应40～50min，反应结束后取出产物，先用去离子水冲洗3～5遍，再用过量无水乙醇浸泡20～30min，最后用丙酮抽提取出均聚物后干燥，粉碎即得可防土壤沼泽化的固态肥料。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明首先以丝胶蛋白作为原料，将其和丙烯酸以及丙烯酰胺混合，在氧化还原引发体系的作用下，以N，N’-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，进行初步聚合反应，并在聚合的最后阶段加入稀土盐和腐殖酸，最终聚合制备得到可防土壤沼泽化的固态肥料，本发明的丝胶由18种氨基酸组成，侧基小的甘氨酸、丙氨酸含量少，而丝氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸总量达60％，都是侧基较大的氨基酸。这些氨基酸中含有大量极性基团，如-OH、-COOH、-NH2等，使丝胶具有较好的亲水性和反应活性，而丙烯酸中富含离子型基团，两者聚合反应后的肥料基体分子中，富含强亲水性基团，如-OH、-COOH、-NH2，这些基团均易于生成氢键，当肥料与水接触时，亲水基团与水分子形成氢键，高分子网络扩张，从而大量水分子进入网络，使得肥料的吸水性极大提高，另外，基体分子中还应具有适当数量的离子型基团，此类基团遇水发生离解，基体分子链上的阴离子之间的静电斥力使得网络张展，极大提高吸水率，而且本发明的固态肥中，还引入了腐殖酸和稀土元素，可以增加肥料的肥效，而且本发明的丝胶蛋白聚合体系容易生物降解，在土壤中完全降解后变成二氧化碳、水合氮气，不会使土壤沼泽化，不仅可以作为水的储存器，还能提高产物肥效，具有广阔的应用前景。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

具体实施方式

将蚕茧放入粉碎机中，粉碎20～30min后，得到蚕茧碎片，将蚕茧碎片和水按质量比为1∶30混合后加热煮沸处理30～40min，过滤分离得到滤液，即为丝胶液；将上述得到的丝胶液放入旋转蒸发仪中，在温度为60～70℃，转速为20～30r/min的条件下旋转浓缩处理20～30min，得到浓缩丝胶蛋白液；将丙烯酸加入到带有搅拌器、温度计和氮气保护装置的三口烧瓶中，滴加浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH至7～8，再向三口烧瓶中加入丙烯酸质量50％的丙烯酰胺，得到单体混合液；按重量份数计，称取25～30份浓缩丝胶蛋白液、50～60份上述单体混合液、2～3份氯化镧、2～3份氯化铈、3～5份氯化钇、1～2份过氧化氢和1～2份硫酸亚铁以及5～8份N，N’-亚甲基双丙烯酰胺备用；在氮气保护下，将单体混合液和浓缩丝胶蛋白液混合后装入烧瓶中，搅拌15～20min后再向烧瓶中加入氯化镧、氯化铈、氯化钇、过氧化氢和硫酸亚铁以及N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，在100～120℃下搅拌反应15～20min，得到预产物；将上述预产物和腐殖酸按质量比为4∶1混合后继续在100～120℃下搅拌反应40～50min，反应结束后取出产物，先用去离子水冲洗3～5遍，再用过量无水乙醇浸泡20～30min，最后用丙酮抽提取出均聚物后干燥，粉碎即得可防土壤沼泽化的固态肥料。

实例1

将蚕茧放入粉碎机中，粉碎20min后，得到蚕茧碎片，将蚕茧碎片和水按质量比为1∶30混合后加热煮沸处理30min，过滤分离得到滤液，即为丝胶液；将上述得到的丝胶液放入旋转蒸发仪中，在温度为60℃，转速为20r/min的条件下旋转浓缩处理20min，得到浓缩丝胶蛋白液；将丙烯酸加入到带有搅拌器、温度计和氮气保护装置的三口烧瓶中，滴加浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH至7，再向三口烧瓶中加入丙烯酸质量50％的丙烯酰胺，得到单体混合液；按重量份数计，称取25份浓缩丝胶蛋白液、50份上述单体混合液、2份氯化镧、2份氯化铈、3份氯化钇、1份过氧化氢和1份硫酸亚铁以及5份N，N’-亚甲基双丙烯酰胺备用；在氮气保护下，将单体混合液和浓缩丝胶蛋白液混合后装入烧瓶中，搅拌15min后再向烧瓶中加入氯化镧、氯化铈、氯化钇、过氧化氢和硫酸亚铁以及N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，在100℃下搅拌反应15min，得到预产物；将上述预产物和腐殖酸按质量比为4∶1混合后继续在100℃下搅拌反应40min，反应结束后取出产物，先用去离子水冲洗3遍，再用过量无水乙醇浸泡20min，最后用丙酮抽提取出均聚物后干燥，粉碎即得可防土壤沼泽化的固态肥料。

实例2

将蚕茧放入粉碎机中，粉碎25min后，得到蚕茧碎片，将蚕茧碎片和水按质量比为1∶30混合后加热煮沸处理35min，过滤分离得到滤液，即为丝胶液；将上述得到的丝胶液放入旋转蒸发仪中，在温度为65℃，转速为25r/min的条件下旋转浓缩处理25min，得到浓缩丝胶蛋白液；将丙烯酸加入到带有搅拌器、温度计和氮气保护装置的三口烧瓶中，滴加浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH至8，再向三口烧瓶中加入丙烯酸质量50％的丙烯酰胺，得到单体混合液；按重量份数计，称取28份浓缩丝胶蛋白液、55份上述单体混合液、3份氯化镧、2份氯化铈、4份氯化钇、2份过氧化氢和1份硫酸亚铁以及7份N，N’-亚甲基双丙烯酰胺备用；在氮气保护下，将单体混合液和浓缩丝胶蛋白液混合后装入烧瓶中，搅拌18min后再向烧瓶中加入氯化镧、氯化铈、氯化钇、过氧化氢和硫酸亚铁以及N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，在110℃下搅拌反应18min，得到预产物；将上述预产物和腐殖酸按质量比为4∶1混合后继续在110℃下搅拌反应45min，反应结束后取出产物，先用去离子水冲洗4遍，再用过量无水乙醇浸泡25min，最后用丙酮抽提取出均聚物后干燥，粉碎即得可防土壤沼泽化的固态肥料。

实例3

将蚕茧放入粉碎机中，粉碎30min后，得到蚕茧碎片，将蚕茧碎片和水按质量比为1∶30混合后加热煮沸处理40min，过滤分离得到滤液，即为丝胶液；将上述得到的丝胶液放入旋转蒸发仪中，在温度为70℃，转速为30r/min的条件下旋转浓缩处理30min，得到浓缩丝胶蛋白液；将丙烯酸加入到带有搅拌器、温度计和氮气保护装置的三口烧瓶中，滴加浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH至8，再向三口烧瓶中加入丙烯酸质量50％的丙烯酰胺，得到单体混合液；按重量份数计，称取30份浓缩丝胶蛋白液、60份上述单体混合液、3份氯化镧、3份氯化铈、5份氯化钇、2份过氧化氢和2份硫酸亚铁以及8份N，N’-亚甲基双丙烯酰胺备用；在氮气保护下，将单体混合液和浓缩丝胶蛋白液混合后装入烧瓶中，搅拌20min后再向烧瓶中加入氯化镧、氯化铈、氯化钇、过氧化氢和硫酸亚铁以及N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，在120℃下搅拌反应20min，得到预产物；将上述预产物和腐殖酸按质量比为4∶1混合后继续在120℃下搅拌反应50min，反应结束后取出产物，先用去离子水冲洗5遍，再用过量无水乙醇浸泡30min，最后用丙酮抽提取出均聚物后干燥，粉碎即得可防土壤沼泽化的固态肥料。

对照例1：制备方法和本发明的实例1类似，唯有不同的是不添加本发明的浓缩丝胶蛋白液；

对照例2：制备方法和本发明的实例2类似，唯有不同的是不添加本发明的腐殖酸；

分别对本发明的实例1-3和对照例1和2进行性能检测，检测结果如表1所示：

检测方法：

降解性能检测：将1kg待检测的肥料埋入土壤中，每隔一年称取剩余肥料的质量mkg，降解率＝(1kg-mkg)/1×100％；

吸水率测试：将1g肥料放入水中，浸渍吸水1h后取出，称取吸水后肥料的质量ng，吸水率＝(n-1)/1×100％；

作物增产量测试：取多块面积、土质都相同的土地，种入相同的农作物，其中一块地作为空白对照地，另外几块地按施肥量为20kg/公顷的量施加肥料，待作物收获后，计算亩产增产率，其中亩产增产率＝(施肥土地亩产量-空白对照地亩产量)/空白对照地亩产量×100％。

表1 性能检测结果

由上表中检测数据可以看出，本发明制得的可防土壤沼泽化的固态肥料由于丝胶蛋白和腐殖酸的引入，可降解性极佳，7-8年即可降解完全，而对照例1由于未添加丝胶蛋白，因此降解能力显著降低，吸水率也降低明显，可见本发明丝胶蛋白的加入的确提高了固态肥料的降解能力和吸水率，而对照例2由于未添加腐殖酸成份，因此降解能力和吸水率以及作物增产量都显著降低，可见本发明腐殖酸的加入的确提高了本发明固态肥料的降解能力、吸水率以及肥效，具有广阔的应用前景。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种可防土壤沼泽化的固态肥料，由预产物和腐殖酸制成，其特征在于：

所述预产物由浓缩丝胶蛋白液、单体混合液、氯化镧、氯化铈、氯化钇、过氧化氢和硫酸亚铁以及N，N’-亚甲基双丙烯酰胺反应制得；

所述浓缩丝胶蛋白液由蚕茧制得；

所述单体混合液由丙烯酸、氢氧化钠和丙烯酰胺制得。

2.一种可防土壤沼泽化的固态肥料的制备工艺，其特征在于具体制备步骤为：

(1)丝胶液的制备：

将蚕茧粉碎后，和水热煮沸得到丝胶液；

(2)浓缩丝胶蛋白液的制备：

将丝胶液旋转浓缩，得到浓缩丝胶蛋白液；

(3)单体混合液的制备：

将丙烯酸、氢氧化钠溶液和丙烯酰胺混合，得到单体混合液；

(4)备料：

称取浓缩丝胶蛋白液、单体混合液、氯化镧、氯化铈、氯化钇、过氧化氢和硫酸亚铁以及N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，备用；

(5)预产物的制备：

将单体混合液和浓缩丝胶蛋白液混合后，加入氯化镧、氯化铈、氯化钇、过氧化氢和硫酸亚铁以及N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，反应，得到预产物；

(6)可防土壤沼泽化的固态肥料的制备方法：

将上述预产物和腐殖酸混合后反应，冲洗，浸泡，抽提，干燥，粉碎即得可防土壤沼泽化的固态肥料。

3.根据权利要求2所述的一种可防土壤沼泽化的固态肥料的制备工艺，其特征在于具体制备步骤为：

(1)丝胶液的制备：

将蚕茧放入粉碎机中，粉碎后，得到蚕茧碎片，将蚕茧碎片和水混合后加热煮沸处理，过滤分离得到滤液，即为丝胶液；

(2)浓缩丝胶蛋白液的制备：

将上述得到的丝胶液放入旋转蒸发仪中，旋转浓缩处理，得到浓缩丝胶蛋白液；

(3)单体混合液的制备：

将丙烯酸加入三口烧瓶中，滴加氢氧化钠溶液调节pH，再向三口烧瓶中加入丙烯酰胺，得到单体混合液；

(4)备料：

称取浓缩丝胶蛋白液、上述单体混合液、氯化镧、氯化铈、氯化钇、过氧化氢和硫酸亚铁以及N，N’-亚甲基双丙烯酰胺备用；

(5)预产物的制备：

在氮气保护下，将单体混合液和浓缩丝胶蛋白液混合后装入烧瓶中，搅拌后再向烧瓶中加入氯化镧、氯化铈、氯化钇、过氧化氢和硫酸亚铁以及N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌反应，得到预产物；

(6)可防土壤沼泽化的固态肥料的制备方法：

将上述预产物和腐殖酸混合后继续搅拌反应，反应结束后取出产物，先用去离子水冲洗，再用过量无水乙醇浸泡，最后用丙酮抽提取出均聚物后干燥，粉碎即得可防土壤沼泽化的固态肥料。

4.根据权利要求2或3所述的一种可防土壤沼泽化的固态肥料的制备工艺，其特征在于具体制备步骤为：

(1)丝胶液的制备：

将蚕茧放入粉碎机中，粉碎20～30min后，得到蚕茧碎片，将蚕茧碎片和水按质量比为1∶30混合后加热煮沸处理30～40min，过滤分离得到滤液，即为丝胶液；

(2)浓缩丝胶蛋白液的制备：

将上述得到的丝胶液放入旋转蒸发仪中，在温度为60～70℃，转速为20～30r/min的条件下旋转浓缩处理20～30min，得到浓缩丝胶蛋白液；

(3)单体混合液的制备：

将丙烯酸加入到带有搅拌器、温度计和氮气保护装置的三口烧瓶中，滴加浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH至7～8，再向三口烧瓶中加入丙烯酸质量50％的丙烯酰胺，得到单体混合液；

(4)备料：

按重量份数计，称取25～30份浓缩丝胶蛋白液、50～60份上述单体混合液、2～3份氯化镧、2～3份氯化铈、3～5份氯化钇、1～2份过氧化氢和1～2份硫酸亚铁以及5～8份N，N’-亚甲基双丙烯酰胺备用；

(5)预产物的制备：

在氮气保护下，将单体混合液和浓缩丝胶蛋白液混合后装入烧瓶中，搅拌15～20min后再向烧瓶中加入氯化镧、氯化铈、氯化钇、过氧化氢和硫酸亚铁以及N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，在100～120℃下搅拌反应15～20min，得到预产物；

(6)可防土壤沼泽化的固态肥料的制备方法：

将上述预产物和腐殖酸按质量比为4∶1混合后继续在100～120℃下搅拌反应40～50min，反应结束后取出产物，先用去离子水冲洗3～5遍，再用过量无水乙醇浸泡20～30min，最后用丙酮抽提取出均聚物后干燥，粉碎即得可防土壤沼泽化的固态肥料。