CN112794765A - 一种高效保水肥料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效保水肥料及其制备方法，属于农用肥料技术领域，具体涉及保水、保肥、防土壤板结及高效吸收的肥料技术领域，以解决现有的肥料功能单一，不同时具备保水、保肥、防土壤板结、高吸收等多种功能的缺陷，按重量份数计，包括原始肥料85‑90份，保水剂3‑5份，黄原胶0.01‑0.02份，羟基纤维素0.1‑0.2份，改性后的炭黑0.3‑0.5份，中微量元素0.1‑0.2份，本申请的高效保水肥料能将水分和养分缓慢渗透给土壤，并增加土壤的通透性，并土壤中难以利用的各种中微量元素，让作物根系能够很好地吸收。

Description

一种高效保水肥料及其制备方法
技术领域
一种高效保水肥料及其制备方法，本发明属于农用肥料技术领域，具体涉及保水、保肥、防土壤板结及高效吸收的肥料技术领域。
背景技术
土壤板结是指土壤表层因缺乏有机质，结构不良，在灌水或降雨等外因作用下结构破坏、土料分散，而干燥后受内聚力作用使土面变硬的现象。土壤板结条件下，土壤孔隙度减少，通透性差，地温降低，致使土壤中好气性微生物的活动受到抑制，水、气、热状况不能很好地协调，其供肥、保肥、保水能力弱。土壤板结还延缓了有机质的分解，土壤理化性质逐渐恶化，地力逐渐衰退，土壤肥力随之下降，不能很好地满足农作物生长发育；土壤板结条件下，农作物根部细胞呼吸减弱，而氮素等营养又多以离子态存在，吸收时多以主动运输方式，需要消耗细胞代谢产生的能量，呼吸减弱，故能量供应不足，影响吸收。
肥料是指提供一种或一种以上植物必需的营养元素，改善土壤性质，提高土壤肥力水平的一类物质，是农业生产的物质基础之一。主要包括磷酸铵类肥料、大量元素水溶性肥料、中量元素肥料、生物肥料、有机肥料等。
现有的肥料功能单一，仅仅是缓释或控释或保水中一种功能，不同时具备保水、保肥、防土壤板结、高吸收等多种功能，需要多次施肥，重复劳动，造成人力和成本高，此外还无法适用于多种作物和改良土壤的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种高效保水肥料及其制备方法，以解决现有的肥料功能单一，不同时具备保水、保肥、防土壤板结、高吸收等多种功能的缺陷。
本发明采用的技术方案如下：
一种高效保水肥料，按重量份数计，包括原始肥料85-90份，保水剂3-5份，黄原胶0.01-0.02份，羟基纤维素0.1-0.2份，改性后的炭黑0.3-0.5份，中微量元素0.1-0.2份。
本申请的技术方案中：原始肥料是将现有的肥料加工至造粒前的步骤，再加入保水剂、黄原胶、羟基纤维素、改性后的炭黑和中微量元素后造粒，保水剂内部可产生高渗透缔合作用并通过基网孔结构吸水，可吸收自身重量数百倍至上千倍的水，并且这些被贮存在保水剂中的水分会根据土壤湿度情况缓慢释放给作物根系供其直接吸收，当肥料在土壤中吸水后，会溶解，羟基纤维素使溶解后的肥料更加粘稠，吸水效果更好，释水更加缓慢，黄原胶的水溶性好，可降解，黄原胶除含有长链高分子外，还含有较多的官能团，此外分子侧链末端含有多个丙酮酸基团，在土壤中能迅速形成很多小型网状水库和养分库，使养分、水分和土壤牢牢结合在一起，使本申请高效保水肥料中的养分不再淋失和挥发，此外土壤中的养分磷钾肥不再被土壤固定，小型养分库被固定住，从而释放养分的速度完全是根据作物不同时期根系吸肥能力大小，及产生的根系拉力而决定。因此，作物需要多少养分就释放多少养分，改性后的炭黑使炭黑表面产生具有极性的含氧或氮的官能团，表面极性相应增大，增强了炭黑在水中、土中和肥料中的湿润性和分散性，改善土壤团粒结构，防止板结，还能激活土壤中难以利用的各种中微量元素，增加对作为养分的供给，并在调节作物生理功能中起到一定作用，加之中微量元素增加了肥效，本申请的高效保水肥料能将水分和养分缓慢渗透给土壤，并增加土壤的通透性，并土壤中难以利用的各种中微量元素，让作物根系能够很好地吸收。
优选的，按重量份数计，包括原始肥料88份，保水剂4份，黄原胶0.015份，羟基纤维素0.15份，改性后的炭黑0.4份，中微量元素0.15份。
优选的，所述改性后的炭黑的制备方法如下：
步骤1、将炭黑进行水洗形成炭黑水，对炭黑水进行絮凝处理，去除杂质，得到初步处理液；
步骤2、将初步处理液进行真空抽滤，得到炭黑浓浆；
步骤3、将炭黑浓浆加热初干燥得到炭黑块；
步骤4、将炭黑块微波干燥，得到炭黑粉体；
步骤5、将炭黑粉体采用等离子体氧化法进行活化处理。
优选的，步骤1中絮凝处理采用絮凝剂，所述絮凝剂选用高分子离子性絮凝剂。
优选的，所述絮凝剂与炭黑水的重量比为(0.1-0.3):1。
优选的，步骤1包括以下过程：向炭黑水中加入絮凝剂，再加入氢氧化钠溶液，将pH值调至8-9，经双重过滤去除溶液中的杂质。
优选的，步骤2中真空抽滤时间为0.5-1h。
优选的，步骤3中加热时间为2-3h，加热温度为200-300℃。
优选的，步骤4中加热时间为15-30min，加热温度为85-95℃。
优选的，步骤4中微波干燥后的炭黑粉体水分含量小于15％。
优选的，步骤5中活化时间为30-60min，温度为常温。
优选的，等离子体氧化法进行活化时，采用微波等离子体、射频等离子体和电弧等离子体中的任意一种；采用的反应气体为氧气；且气体压力为2MPa。
优选的，所述原始肥料包括氮肥、钾肥、磷肥、有机肥或复合肥中的一种或多种。
优选的，所述保水剂包括聚丙烯酸钾、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸铵或淀粉接枝丙烯酸盐中的任一种。
优选的，所述中微量元素为螯合中微量元素，包括EDTA螯合铁、EDTA螯合锌、EDTA螯合锰、EDTA螯合钙、EDTA螯合镁、EDTA螯合铜一种或多种。
优选的，所述羟基纤维素包括羟丙基甲基纤维素，羟乙基甲基纤维素，羟乙基纤维素或羟甲基纤维素中的任一种。
一种高效保水肥料的制备方法，包括如下步骤：按照肥料生产工艺将肥料加工至造粒前的半成品即原始肥料，按上述重量份，将原始肥料加入造粒机，再将保水剂、黄原胶、羟基纤维素、改性后的炭黑和中微量元素，搅拌混合均匀后加入含有原始肥料的造粒机混合造粒，制成混合颗粒，挤压造粒后自然冷却，即得。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，通过采用三步干燥法，第一步进行真空抽滤，过滤掉多余游离的水份，得到炭黑浓浆；第二步对炭黑浓浆进行加热初干燥，得到炭黑块；第三步对炭黑块进行微波干燥，得到炭黑粉体，通过以上三步干燥法，有效地解决了炭黑浓浆或炭黑块含水量高的问题，最终得到炭黑粉体，使其水分含量小于15％，便于回收再利用；
2、本发明通过采用三步干燥法得到炭黑粉体并对炭黑粉体进行了活化处理，有效地提高了炭黑回收率和利用率，避免副产炭黑直接排放，避免了环境污染；
3、本发明在三步干燥法中先进行加热初干燥，使炭黑浓浆水分含量降低到30％左右后再进行微波干燥，有利于提高微波干燥的效率，降低能耗，从而降低成本，且微波干燥热效率高，易于控制，可避免在干燥时大量的粉体飞扬，非常环保；
4、本发明炭黑的活化使用等离子体活化法，等离子法属物理处理法,只发生在炭黑表面,不影响炭黑内部结构,可保持炭黑主体结构不变。等离子体的电子温度很高,但气流温度为常温,炭黑表面的含氧基团不会分解，处理效果非常好；
5、本发明对炭黑进行了活化处理，使炭黑表面产生具有极性的含氧或氮的官能团，表面极性相应增大，增强了炭黑在水中、土中或其他介质中的润湿性和分散性，激活土壤中难以利用的各种中微量元素,增加对作物养分的供给,并在调节植物生理功能中起到一定作用，也可防止土壤板结；
6、本发明中加入了螯合中微量元素，会避免与土壤中的磷酸根、硫酸根、有机质等发生反应，增加了肥效，螯合中微量元素的吸收利用率远远的要高于无机盐类。在使用时，螯合中微量元素能与多种肥料、助剂、调节剂复配使用，而不降低其他产品的效果，全水溶无残渣，本发明使用EDTA螯合中微量元素具有含量高、价格便宜的优势。
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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种高效保水肥料，按重量份数计，包括原始肥料85份，保水剂3份，黄原胶0.01份，羟基纤维素0.1份，改性后的炭黑0.3份，中微量元素0.1份；其中原始肥料为氮肥中的尿素，保水剂为聚丙烯酰胺，所述羟基纤维素为羟丙基甲基纤维素，所述中微量元素为螯合中微量元素，包括EDTA螯合铁、EDTA螯合锌、EDTA螯合锰、EDTA螯合钙、EDTA螯合镁和EDTA螯合铜；
一种高效保水肥料的制备方法，包括如下步骤：按照肥料生产工艺将肥料加工至造粒前的半成品即原始肥料，按上述重量份，将原始肥料加入造粒机，再将保水剂、黄原胶、羟基纤维素、改性后的炭黑和中微量元素，搅拌混合均匀后加入含有原始肥料的造粒机混合造粒，制成混合颗粒，挤压造粒后自然冷却，即得。
实施例2
一种高效保水肥料，按重量份数计，包括原始肥料88份，保水剂4份，黄原胶0.015份，羟基纤维素0.15份，改性后的炭黑0.4份，中微量元素0.15份；其中原始肥料为钾肥中的硫酸钾，保水剂为淀粉接枝丙烯酸盐,具体为淀粉接枝丙烯酸钾，所述羟基纤维素为羟乙基甲基纤维素，所述中微量元素为螯合中微量元素，包括EDTA螯合铁、EDTA螯合锌、EDTA螯合锰、EDTA螯合钙、EDTA螯合镁和EDTA螯合铜；一种高效保水肥料的制备方法同实施例1。
实施例3
一种高效保水肥料，按重量份数计，包括原始肥料90份，保水剂5份，黄原胶0.02份，羟基纤维素0.2份，改性后的炭黑0.5份，中微量元素0.2份；其中原始肥料为磷肥中的磷酸一铵，保水剂为聚丙烯酸铵，所述羟基纤维素为羟乙基纤维素，所述中微量元素为螯合中微量元素，包括EDTA螯合铁、EDTA螯合锌、EDTA螯合锰、EDTA螯合钙、EDTA螯合镁和EDTA螯合铜；一种高效保水肥料的制备方法同实施例1。
实施例4
一种高效保水肥料，按重量份数计，包括原始肥料88份，保水剂4份，黄原胶0.02份，羟基纤维素0.15份，改性后的炭黑0.4份，中微量元素0.15份；其中原始肥料为复合肥中的硫酸钾型复合肥(20-10-20)，保水剂为聚丙烯酸钾，所述羟基纤维素为羟甲基纤维素，所述中微量元素为螯合中微量元素，包括EDTA螯合铁、EDTA螯合锌、EDTA螯合锰、EDTA螯合钙、EDTA螯合镁和EDTA螯合铜；一种高效保水肥料的制备方法同实施例1。
实施例5
实施例1-4中，改性后的炭黑的制备方法如下：
步骤1、将炭黑进行水洗形成炭黑水，对炭黑水进行絮凝处理，去除杂质，得到初步处理液；
步骤2、将初步处理液进行真空抽滤，得到炭黑浓浆；其中，真空抽滤时间为1h。
步骤3、将炭黑浓浆加热初干燥得到炭黑块；具体地，加热初干燥采用热干燥法，可以选用传导式加热法或者对流式干燥法，其中，加热时间为3h，温度为300℃；取炭黑块的留样进行水分检测，测得经初干燥后的炭黑块水分含量为29％。
步骤4、将炭黑块加入微波干燥设备中，加热温度为95℃，加热时间为30min，得到炭黑粉体；取炭黑粉体的留样进行水分检测，测得经微波干燥后的炭黑粉体水分含量为13.4％。
步骤5、将炭黑粉体采用等离子体氧化法进行活化处理；具体地，将炭黑粉体加入等离子发生器，在2MPa氧气压力下，射频(RF)等离子体，输入功率15kW，输入频率13.56MHz，进行活化1min。
运用反相气相色谱法(ICG)测试本实施例所得炭黑粉末表面含氧基团含量的变化，测试结果如表1所示：
表1、实施例5处理所得炭黑粉末表面含氧基团含量
Figure BDA0002951551420000051
农田试验1
试验例1：试验地点：四川省自贡市荣县，种植作物：紫线茄成品苗，种植面积：5亩，移栽前底肥：腐熟农家肥，每亩5000公斤，壮苗期施实施例1的高效保水肥料，每亩8公斤，叶面肥期按本领域常规的用量和次数喷洒常规尿素、磷酸二氢钾及硫酸钾即可；
对比例1：试验地点：四川省自贡市荣县，种植作物：紫线茄成品苗，种植面积：5亩，移栽前底肥：腐熟农家肥，每亩5000公斤，壮苗期施本领域常规的尿素，每亩8公斤，叶面肥期按试验例的用量和次数喷洒常规尿素、磷酸二氢钾及硫酸钾即可；
试验例和对比例的种植时间均为2018年7月，收获时间为2018年10月；
试验过程中还测定试验例和对比例土壤的湿度，整个种植过程中测定(连续7天未下雨测定一次)4次，取平均值；湿度测定仪器：湿度+pH检测仪，品牌JMY，系列和型号均为5212。
试验结果见表2。
表2试验例1和对比例1实验结果
项目 试验例1 对比例1
湿度均值 6.8 5
总产量 13800公斤 13000公斤
杆径直径 1.7cm 1.5cm
茎秆高度 85-91cm 79-84cm
从此农田试验1可以看出，本发明在同等条件下，茄子的总产量增加1100斤，增产率约为6％，湿度均值也更大，茄子的杆径直径、高度均比常规肥料更好。
农田试验2
试验例2：试验地点：四川省凉山州盐源县梅雨镇，种植作物：红富士苹果，种植面积：20亩，每亩40颗苹果树，树龄10年，施肥：开春施实施例4的复合肥一棵树施800g，花芽分化时，根据果树生产情况，施一棵树施300-500g实施例4复合肥,果实膨大时施常规钾肥和常规磷肥，每株0.8公斤常规钾肥和0.5公斤常规磷肥，其他灌溉及病虫害防治采用本领域常规的方法和次数；采摘时间2018年9月。
对比例2：试验地点：四川省凉山州盐源县梅雨镇，种植作物：红富士苹果，种植面积：20亩，每亩40颗苹果树，树龄10年，施肥：开春施本领域常规的复合肥(20-10-20)一棵树施800g，花芽分化时，根据果树生产情况，施一棵树施300-500g复合肥(20-10-20),果实膨大时施常规钾肥和常规磷肥，每株0.8公斤常规钾肥和0.5公斤常规磷肥，其他灌溉及病虫害防治采用本领域常规的方法和次数；采摘时间2018年9月。
试验结果见表3。
表3试验例2和对比例实2验结果
项目 试验例2 对比例2
湿度均值 7.1 5.4
总产量 8550公斤 8210公斤
果均直径 70-78cm 60-71cm
从此农田试验2可以看出，本发明在同等条件下，苹果的总产量增加340斤，增产率约为4％，湿度均值也更大，果均直径均比常规肥料更好。
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 (10)

1.一种高效保水肥料，其特征在于，按重量份数计，包括原始肥料85-90份，保水剂3-5份，黄原胶0.01-0.02份，羟基纤维素0.1-0.2份，改性后的炭黑0.3-0.5份，中微量元素0.1-0.2份。
2.根据权利要求1所述的一种高效保水肥料，其特征在于，按重量份数计，包括原始肥料88份，保水剂4份，黄原胶0.015份，羟基纤维素0.15份，改性后的炭黑0.4份，中微量元素0.15份。
3.根据权利要求1或2所述的一种高效保水肥料，其特征在于，所述改性后的炭黑的制备方法如下：
步骤1、将炭黑进行水洗形成炭黑水，对炭黑水进行絮凝处理，去除杂质，得到初步处理液；
步骤2、将初步处理液进行真空抽滤，得到炭黑浓浆；
步骤3、将炭黑浓浆加热初干燥得到炭黑块；
步骤4、将炭黑块微波干燥，得到炭黑粉体；
步骤5、将炭黑粉体采用等离子体氧化法进行活化处理。
4.根据权利要求1或2所述的一种高效保水肥料，其特征在于，所述原始肥料包括氮肥、钾肥、磷肥、有机肥或复合肥中的一种或多种。
5.根据权利要求1或2所述的一种高效保水肥料，其特征在于，所述保水剂包括聚丙烯酸钾、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸铵或淀粉接枝丙烯酸盐中的任一种。
6.根据权利要求1或2所述的一种高效保水肥料，其特征在于，所述中微量元素为螯合中微量元素，包括EDTA螯合铁、EDTA螯合锌、EDTA螯合锰、EDTA螯合钙、EDTA螯合镁、EDTA螯合铜一种或多种。
7.根据权利要求1或2所述的一种高效保水肥料，其特征在于，所述羟基纤维素包括羟丙基甲基纤维素，羟乙基甲基纤维素，羟乙基纤维素或羟甲基纤维素中的任一种。
8.根据权利要求3所述的一种高效保水肥料，其特征在于，步骤3中加热时间为2-3h，加热温度为200-300℃。
9.根据权利要求3所述的一种高效保水肥料，其特征在于，步骤4中微波干燥后的炭黑粉体水分含量小于15％。
10.如权利要求1-9任一项所述的一种高效保水肥料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按照肥料生产工艺将肥料加工至造粒前的半成品即原始肥料，按上述重量份，将原始肥料加入造粒机，再将保水剂、黄原胶、羟基纤维素、改性后的炭黑和中微量元素，搅拌混合均匀后加入含有原始肥料的造粒机混合造粒，制成混合颗粒，挤压造粒后自然冷却，即得。
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