CN112142524A - 一种环保的高保水缓释肥料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种环保的高保水缓释肥料及其制备方法，属于肥料技术领域。本发明首次提出采用柔性细菌纤维素和刚性海藻酸交叉形成缓释包膜，用以包覆化肥底物形成缓释肥料。柔性细菌纤维素能够有效提升海藻酸包膜的强度和韧性，延长化肥底物的释放周期，将其施用于土壤中亦能增强土壤的保水能力。本发明制备原料成本低廉，生物相容性和生物降解性强，制备工艺简单，具有良好的应用前景。

Description

一种环保的高保水缓释肥料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种环保的高保水缓释肥料及其制备方法，属于肥料技术领域。
背景技术
包膜肥料也称为缓/控释肥料，是在肥料底物的外表面包覆上一层非水溶性或微水溶性的无机或有机聚合物材料，形成致密的膜层，从而减缓土壤中的肥料核心和营养物质向外释放的速度，以达到延长营养释放时间并使其释放速率和植物养分需求规律相一致的目的。
现有技术中的包膜材料种类很多，其中，海洋生物多糖类化合物作为无毒环保材料，具有生物相容性和生物降解性。海藻酸钠是从褐藻类的海带或马尾藻中提取的一种多糖，是由聚-β-1，4-D-甘露糖醛酸和 α-1，4-L-古罗糖醛酸组成的天然阴离子聚合物，具有良好的生物降解性和生物相容性。海藻酸钠易于成膜，有利于水分养分的缓慢渗透和扩散，同时由于其良好的生物降解性，不会对环境造成污染，降解后可提供养分，改善土壤环境，促进植物生长，是优异的化肥包膜材料。然而，单纯使用海洋生物多糖包膜，膜强度较低，缓释效果较差，初期释放率高。因此，如何提高上述包膜材料的膜强度，并增强其缓释效果是亟待解决的技术问题。
本发明为解决上述技术问题，首次提出采用柔性细菌纤维素和刚性海藻酸交叉形成缓释包膜，用以包覆化肥底物形成缓释肥料。柔性细菌纤维素能够有效提升海藻酸包膜的强度和韧性，延长化肥底物的释放周期，将其施用于土壤中亦能增强土壤的保水能力，具有潜在的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保的高保水缓释肥料，包含肥料底物以及包覆于肥料底物表面的复合包膜，所述复合包膜为海藻酸钙和细菌纤维素交叉形成的网络结构。
进一步的，所述肥料底物为焦磷酸铜钾、过磷酸钙、吸附了尿素、磷酸氢二铵、氯化钾或磷酸二氢钾的活性碳、沸石或埃洛石纳米管。
进一步的，所述复合包膜中海藻酸钙与细菌纤维素的质量比为1:0.1-1。-
本发明的另一目的在于提供上述缓释肥料的制备方法，具体包括如下的制备步骤：
（1）将海藻酸钠加入到细菌纤维素培养液中，加入肥料底物，超声分散均匀，在上述分散液中，接种微生物菌种，一定温度下培养，使得菌种分泌的细菌纤维素包覆于肥料底物表面，同时，海藻酸钠亦由静电作用吸附于细菌纤维素网络中，培养结束后，过滤，干燥；
（2）将步骤（1）得到的产物分散于钙盐水溶液中，使得海藻酸钠中的钠离子被钙离子交换，并形成交联结构，与细菌纤维素形成交叉互穿的复合包膜，过滤，洗涤，干燥，得到本发明的缓释肥料。
进一步的，所述步骤（1）中的微生物菌种为木醋杆菌。
进一步的，所述步骤（1）中的培养温度为25-35℃。
进一步的，所述海藻酸钠的加入量和细菌纤维素的培养时间满足产物中复合包膜中海藻酸钙与细菌纤维素的质量比为1:0.1-1。
进一步的，所述步骤（2）中的钙盐为氯化钙、硫酸钙或硝酸钙。
进一步的，所述步骤（2）中离子交换的时间为1-3h。
细菌纤维素是由木醋杆菌等微生物经过液态发酵制得的凝胶状膜。与植物纤维素和动物纤维素相比，细菌纤维素具有纳米级、高纯度、高持水性、高杨氏模量和抗张强度、良好的生物相容性等优良的特性。将其与海藻酸钙形成交叉互穿网络结构时，能够有效提升海藻酸包膜的强度和韧性，延长化肥底物的释放周期。将复合包膜包覆于化肥底物施用于土壤时能够提高土壤吸水和持水能力，增强土壤保水能力。
本发明的高保水缓释肥料较单一的海藻酸钙包膜的缓释肥料具有更优异的缓释性能和土壤保水性能，其制备原料成本低廉，生物相容性和生物降解性强，制备工艺简单，具有良好的应用前景。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
（1）将海藻酸钠加入到细菌纤维素培养液中，加入焦磷酸铜钾，超声分散均匀，在上述分散液中，接种木醋杆菌，30℃培养3d，过滤，干燥；
（2）将步骤（1）得到的产物分散于氯化钙水溶液中反应1.5h，过滤，洗涤，干燥，得到本实施例的环保缓释肥料，记为编号S1；其中，海藻酸钙与细菌纤维素的质量比为1:0.5。
实施例2
与实施例1步骤相同，调节海藻酸钠的加入量和细菌纤维素的培养时间使得海藻酸钙与细菌纤维素的质量比为1:0.3，得到的产品记为S2。
实施例3
与实施例1步骤相同，将肥料底物替换为吸附了磷酸二氢钾的活性碳，得到的产品记为S3。
实施例4
对实施例1-3所得到的缓释肥料进行土壤中缓释性能和保水性能测试。将2g缓释肥料加入100g干燥的沙土中，加入100ml去离子水，分别测定25d后肥料在土壤中的释放率以及土壤含水率，如表1所示；作为对比，采用与实施例1复合包膜质量相同的海藻酸钙包覆相同质量的焦磷酸铜钾作为对比样品（记为编号D1）进行上述性能测试，结果亦列于表1中。
表1 缓释肥料经25d在土壤中的释放率以及土壤含水率（单位%）
Figure DEST_PATH_IMAGE002
由表1可以看出，经细菌纤维素与海藻酸钙交叉互穿形成的复合包膜材料较单一的海藻酸钙包膜具有更优异的缓释性能和土壤保水性能，具有潜在的应用前景。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种环保的高保水缓释肥料，其特征在于，包含肥料底物以及包覆于肥料底物表面的复合包膜，所述复合包膜为海藻酸钙和细菌纤维素交叉形成的网络结构。
2.根据权利要求1所述的缓释肥料，其特征在于，所述肥料底物为焦磷酸铜钾、过磷酸钙、吸附了尿素、磷酸氢二铵、氯化钾或磷酸二氢钾的活性碳、沸石或埃洛石纳米管。
3.据权利要求1所述的缓释肥料，其特征在于，所述复合包膜中海藻酸钙与细菌纤维素的质量比为1:0.1-1。
4.根据权利要求1-3任一所述的缓释肥料的制备方法，其特征在于，具体包括如下的制备步骤：
（1）将海藻酸钠加入到细菌纤维素培养液中，加入肥料底物，超声分散均匀，在上述分散液中，接种微生物菌种，一定温度下培养，使得菌种分泌的细菌纤维素包覆于肥料底物表面，同时，海藻酸钠亦由静电作用吸附于细菌纤维素网络中，培养结束后，过滤，干燥；
（2）将步骤（1）得到的产物分散于钙盐水溶液中，使得海藻酸钠中的钠离子被钙离子交换，并形成交联结构，与细菌纤维素形成交叉互穿的复合包膜，过滤，洗涤，干燥，得到所述的缓释肥料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的微生物菌种为木醋杆菌。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的培养温度为25-35℃。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述海藻酸钠的加入量和细菌纤维素的培养时间满足产物中复合包膜中海藻酸钙与细菌纤维素的质量比为1:0.1-1。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的钙盐为氯化钙、硫酸钙或硝酸钙。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中离子交换的时间为1-3h。
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