CN113185363A - 一种纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料及制法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土壤改良技术领域，且公开了一种纤维素‑凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料，凹凸棒石丙二酸反应，得到羧基化凹凸棒石，羧基化凹凸棒石与乙二胺在催化剂作用下反应，得到氨基化凹凸棒石，氨基和Ce4+组成氧化‑还原体系，引发丙烯酸聚合，产物在促进剂作用下与羧甲基纤维素反应，通过包覆尿素和磷酸锌铵内核，最终得到了纤维素‑凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料，通过化学键合，改善了凹凸棒石与聚丙烯酸的界面结合力，凹凸棒石具有阳离子交换能力，可以提高包膜的保水性，并能调节土壤的pH，同时，纤维素具有强极性，进一步提高了包膜控释肥料的保水性，纤维素和凹凸棒土可降解，可以避免二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及土壤改良技术领域，具体为一种纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料及制法。
背景技术
化肥对农业的发展具有十分重大的推动作用，近年来，我国化肥行业发展迅速，化肥使用量逐年递升，然而传统的喷洒式施肥对肥料的利用率较低，极易造成严重的肥料浪费和经济损失，而且，过量的使用化肥会破坏土壤的理化性质，导致土壤的有机质含量降低，进一步导致土壤板结、耕地变浅、土壤保水保肥率降低，最终对土壤的生态环境造成不可挽回的破坏，因此需要研发出一种高效、经济、环保的施肥方式，缓控释肥料是一种能够减缓养分在土壤中的释放速率，使养分按照人们需求的模式进行缓慢或者控制释放，而控释肥料是缓释肥料的更高级模式，除了具有缓释长效的性能之外，还具有养分释放的可持续、可调节等优异性能，而包膜材料作为控制肥料中最为重要的一环，逐渐引起了农业科学家们的注意。
凹凸棒石是一种晶质水合镁铝硅酸盐矿物，具有较为独特的链层状结构，具有优异的粘性、可塑性、耐高温、耐化学和吸附性能，使得其在化工、建材、造纸、医药等行业具有广泛的应用，同时，凹凸棒石无污染，可以吸收有毒挥发成分，同时酸处理后的凹凸棒石具有固氨作用，能有防止肥料中有机氨的损失，而且凹凸棒石具有阳离子交换能力，可以在土壤中起到保水和调节土壤酸碱性的作用，因此在土壤改良领域也具有一定的研究，然而其不易回收，难以单独作为土壤改良材料，因此需要将其与有机材料进行复合，形成复合型土壤改良材料，易回收的同时，也可以将其自身优异的性能融入有机高分子材料中，从而进一步增强凹凸棒石的应用范围。
高吸水树脂是一种具有特殊吸水和保水性能的高分子材料，其吸水量可达自身的几百甚至几千倍，而且，即使在加压的条件下也极难发生脱水，因此在生产生活的众多领域内都具有一定的应用，而纤维素和聚丙烯酸是合成高分子吸水树脂的原料之一，纤维素是一种天然多糖，具有原料易得、价格低廉以及耐盐性好等优异性能，因此在合成高吸水树脂领域中的应用多于淀粉等有机多糖，而聚丙烯酸是一种水溶性的高分子材料，其分子链中具有较多的羟基等亲水性基团，能够对水进行有效吸附，以纤维素和聚丙烯酸为原料合成的高吸水树脂具有更加优异的吸水和保水性能，因此在土壤改良的缓释肥领域具有一定的研究，然而传统的纤维素-聚丙烯酸高吸水树脂不具有调节土壤酸碱性的性能，因此需要对纤维素-聚丙烯酸高吸水树脂进行改性，可以将蒙脱土、凹凸棒石等材料复合在其基体中，通过蒙脱土、凹凸棒石等材料的特殊性能，赋予纤维素-聚丙烯酸高吸水树脂一定的调节土壤酸碱性的性能。
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料及制法，解决了传统的聚丙烯酸吸水树脂保水率和不具有调节土壤酸碱性的性能问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料，所述纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料的制法包括以下步骤：
(1)向三口瓶中加入稀盐酸溶液、凹凸棒石，在60-80℃下搅拌加热4-8h，产物抽滤、洗涤并干燥，将得到的酸处理的凹凸棒石和丙二酸溶解于乙腈溶剂中，超声搅拌混合均匀后进行酯化反应，产物抽滤、用无水乙醇和去离子水反复洗涤，置于真空干燥箱中干燥，得到羧基化凹凸棒石；
(2)向三口瓶中加入二甲基亚砜溶剂、羧基化凹凸棒石和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺，超声混合均匀后，继续加入乙二胺，转移至水浴锅中进行酰胺化反应，产物离心、用去离子水反复洗涤、干燥，得到氨基化凹凸棒石；
(3)向三口瓶中加入去离子水溶剂、丙烯酸、丙烯酰氯和氨基化凹凸棒石，磁力搅拌均匀后，超声震荡20-40min，加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺，转移至水浴锅中，将温度升至40-60℃，继续加入硝酸铈铵，进行共聚反应，产物冷却后用去离子水反复洗涤、离心并干燥，得到凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物；
(4)向三口瓶中加入去离子水溶剂、凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物，混合均匀后，继续加入羧甲基纤维素和三乙胺，超声分散均匀后转移至油浴锅中进行反应，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到羧甲基纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸保水剂；
(5)向反应器中加入尿素颗粒、磷酸锌铵和凹凸棒石，混合均匀，使磷酸锌铵和凹凸棒石粉末包裹在尿素颗粒表面，形成肥料内核，将质量比为100:4-10的醋酸丁酸纤维素和柠檬酸三丁酯溶于乙酸乙酯中，并将其喷涂在内核表面，再向反应器中加入羧甲基纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸保水剂，使其均匀包裹在肥料颗粒表面，形成外层包膜，得到纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料。
优选的，所述步骤(1)中酸处理的凹凸棒石和丙二酸的质量比为100:240-300。
优选的，所述步骤(1)中反应的温度为60-80℃，在氮气氛围中搅拌进行反应20-30h。
优选的，所述步骤(2)中羧基化凹凸棒石、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和乙二胺的质量比为100:200-260:400-500。
优选的，所述步骤(2)中酰胺化反应的温度为30-50℃，在氮气氛围中搅拌进行反应40-60h。
优选的，所述步骤(3)中丙烯酸、丙烯酰氯、氨基化凹凸棒石、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和硝酸铈铵的质量比为100:10-20:4-10:0.5-1。
优选的，所述步骤(3)中聚合反应的温度为60-80℃，在氮气氛围中反应10-15h。
优选的，所述步骤(4)中凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物、羧甲基纤维素和三乙胺的质量比为100:20-40:30-60。
优选的，所述步骤(4)反应的温度为65-90℃，在氮气氛围中搅拌进行反应3-8h。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益技术效果：
该一种纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料，经酸处理过的凹凸棒石表面含有大量的羟基，可以与丙二酸中的羧基进行酯化反应，形成酯键，得到了羧基化凹凸棒石，在催化剂1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺的催化作用下，羧基化凹凸棒石中的羧基与乙二胺中的氨基进行酰胺化反应，得到氨基化凹凸棒石，通过共价键的连接方式，在凹凸棒石表面化学键合了羧基和氨基，实现了凹凸棒石表面的官能团功能化改性，有效地提高了凹凸棒石的应用范围。
该一种纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料，以氨基化凹凸棒石中的氨基为还原剂，硝酸铈铵中的Ce4+为氧化剂，形成氧化-还原引发体系，并在氨基邻位的碳原子上形成活性自由基，以该活性自由基为引发位点，引发丙烯酸和丙烯酰氯单体进行聚合，得到了凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物，在促进剂三乙胺的促进作用下，凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物中的酰氯基团与羧甲基纤维素中的羟基进行反应，得到羧甲基纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸保水剂，最后通过包覆尿素和磷酸锌铵内核，最终得到了纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料，通过在凹凸棒石表面引入活性官能团，并引发丙烯酸单体在其表面原位聚合，大大提高了凹凸棒石与聚丙烯酸的界面结合力，改善了凹凸棒石在聚丙烯酸基体中的分散稳定性，并有效地避免了凹凸棒石的团聚现象，由于凹凸棒石具有独特的层链状形貌和阳离子交换能力，可以提高纤维素-聚丙烯酸包膜的保水性，并能起到调节土壤pH的性能，同时，羧甲基纤维素中可以电离出氢离子，具有极强的极性，因此亲水性更强，从而进一步提高了纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料的保水性能，同时，纤维素和凹凸棒土作为可降解材料，可以避免对土壤的二次污染，从而进一步提高了聚丙烯酸在土壤改良领域的应用。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料，制备方法包括以下步骤：
(1)向三口瓶中加入稀盐酸溶液、凹凸棒石，在60-80℃下搅拌加热4-8h，产物抽滤、洗涤并干燥，将质量比为100:240-300的酸处理的凹凸棒石和丙二酸溶解于乙腈溶剂中，超声搅拌混合均匀后，在氮气氛围中以60-80℃搅拌进行反应20-30h，产物抽滤、用无水乙醇和去离子水反复洗涤，置于真空干燥箱中干燥，得到羧基化凹凸棒石；
(2)向三口瓶中加入二甲基亚砜溶剂、羧基化凹凸棒石和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺，超声混合均匀后，继续加入乙二胺，其中羧基化凹凸棒石、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和乙二胺的质量比为100:200-260:400-500，转移至水浴锅中，在氮气氛围中以30-50℃搅拌进行酯化反应40-60h，产物离心、用去离子水反复洗涤、干燥，得到氨基化凹凸棒石；
(3)向三口瓶中加入去离子水溶剂、丙烯酸、丙烯酰氯和氨基化凹凸棒石，磁力搅拌均匀后，超声震荡20-40min，加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺，转移至水浴锅中，将温度升至40-60℃，继续加入硝酸铈铵，其中丙烯酸、丙烯酰氯和氨基化凹凸棒石和硝酸铈铵的质量比为100:10-20:4-10:0.5-1，在氮气氛围中以60-80℃进行聚合反应10-15h，产物冷却后用去离子水反复洗涤、离心并干燥，得到凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物；
(4)向三口瓶中加入去离子水溶剂、凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物，混合均匀后，继续加入羧甲基纤维素和三乙胺，其中凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物、羧甲基纤维素和三乙胺的质量比为100:20-40:30-60，超声分散均匀后转移至油浴锅中，在氮气氛围中以65-90℃搅拌进行反应3-8h，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到羧甲基纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸保水剂；
(5)向反应器中加入尿素颗粒、磷酸锌铵和凹凸棒石，混合均匀，使磷酸锌铵和凹凸棒石粉末包裹在尿素颗粒表面，形成肥料内核，将质量比为100:4-10的醋酸丁酸纤维素和柠檬酸三丁酯溶于乙酸乙酯中，并将其喷涂在内核表面，再向反应器中加入羧甲基纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸保水剂，使其均匀包裹在肥料颗粒表面，形成外层包膜，得到纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料。
实施例1
(1)向三口瓶中加入稀盐酸溶液、凹凸棒石，在60℃下搅拌加热4h，产物抽滤、洗涤并干燥，将质量比为100:240的酸处理的凹凸棒石和丙二酸溶解于乙腈溶剂中，超声搅拌混合均匀后，在氮气氛围中以60℃搅拌进行反应20h，产物抽滤、用无水乙醇和去离子水反复洗涤，置于真空干燥箱中干燥，得到羧基化凹凸棒石；
(2)向三口瓶中加入二甲基亚砜溶剂、羧基化凹凸棒石和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺，超声混合均匀后，继续加入乙二胺，其中羧基化凹凸棒石、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和乙二胺的质量比为100:200:400，转移至水浴锅中，在氮气氛围中以30℃搅拌进行酯化反应40h，产物离心、用去离子水反复洗涤、干燥，得到氨基化凹凸棒石；
(3)向三口瓶中加入去离子水溶剂、丙烯酸、丙烯酰氯和氨基化凹凸棒石，磁力搅拌均匀后，超声震荡20min，加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺，转移至水浴锅中，将温度升至40℃，继续加入硝酸铈铵，其中丙烯酸、丙烯酰氯和氨基化凹凸棒石和硝酸铈铵的质量比为100:10:4:0.5，在氮气氛围中以60℃进行聚合反应10h，产物冷却后用去离子水反复洗涤、离心并干燥，得到凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物；
(4)向三口瓶中加入去离子水溶剂、凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物，混合均匀后，继续加入羧甲基纤维素和三乙胺，其中凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物、羧甲基纤维素和三乙胺的质量比为100:20:30，超声分散均匀后转移至油浴锅中，在氮气氛围中以65℃搅拌进行反应3h，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到羧甲基纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸保水剂；
(5)向反应器中加入尿素颗粒、磷酸锌铵和凹凸棒石，混合均匀，使磷酸锌铵和凹凸棒石粉末包裹在尿素颗粒表面，形成肥料内核，将质量比为100:4的醋酸丁酸纤维素和柠檬酸三丁酯溶于乙酸乙酯中，并将其喷涂在内核表面，再向反应器中加入羧甲基纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸保水剂，使其均匀包裹在肥料颗粒表面，形成外层包膜，得到纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料。
实施例2
(1)向三口瓶中加入稀盐酸溶液、凹凸棒石，在65℃下搅拌加热5h，产物抽滤、洗涤并干燥，将质量比为100:255的酸处理的凹凸棒石和丙二酸溶解于乙腈溶剂中，超声搅拌混合均匀后，在氮气氛围中以65℃搅拌进行反应22h，产物抽滤、用无水乙醇和去离子水反复洗涤，置于真空干燥箱中干燥，得到羧基化凹凸棒石；
(2)向三口瓶中加入二甲基亚砜溶剂、羧基化凹凸棒石和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺，超声混合均匀后，继续加入乙二胺，其中羧基化凹凸棒石、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和乙二胺的质量比为100:215:425，转移至水浴锅中，在氮气氛围中以35℃搅拌进行酯化反应45h，产物离心、用去离子水反复洗涤、干燥，得到氨基化凹凸棒石；
(3)向三口瓶中加入去离子水溶剂、丙烯酸、丙烯酰氯和氨基化凹凸棒石，磁力搅拌均匀后，超声震荡25min，加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺，转移至水浴锅中，将温度升至45℃，继续加入硝酸铈铵，其中丙烯酸、丙烯酰氯和氨基化凹凸棒石和硝酸铈铵的质量比为100:12.5:5.5:0.625，在氮气氛围中以65℃进行聚合反应12h，产物冷却后用去离子水反复洗涤、离心并干燥，得到凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物；
(4)向三口瓶中加入去离子水溶剂、凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物，混合均匀后，继续加入羧甲基纤维素和三乙胺，其中凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物、羧甲基纤维素和三乙胺的质量比为100:25:36，超声分散均匀后转移至油浴锅中，在氮气氛围中以70℃搅拌进行反应4h，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到羧甲基纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸保水剂；
(5)向反应器中加入尿素颗粒、磷酸锌铵和凹凸棒石，混合均匀，使磷酸锌铵和凹凸棒石粉末包裹在尿素颗粒表面，形成肥料内核，将质量比为100:6的醋酸丁酸纤维素和柠檬酸三丁酯溶于乙酸乙酯中，并将其喷涂在内核表面，再向反应器中加入羧甲基纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸保水剂，使其均匀包裹在肥料颗粒表面，形成外层包膜，得到纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料。
实施例3
(1)向三口瓶中加入稀盐酸溶液、凹凸棒石，在70℃下搅拌加热6h，产物抽滤、洗涤并干燥，将质量比为100:270的酸处理的凹凸棒石和丙二酸溶解于乙腈溶剂中，超声搅拌混合均匀后，在氮气氛围中以70℃搅拌进行反应24h，产物抽滤、用无水乙醇和去离子水反复洗涤，置于真空干燥箱中干燥，得到羧基化凹凸棒石；
(2)向三口瓶中加入二甲基亚砜溶剂、羧基化凹凸棒石和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺，超声混合均匀后，继续加入乙二胺，其中羧基化凹凸棒石、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和乙二胺的质量比为100:230:450，转移至水浴锅中，在氮气氛围中以40℃搅拌进行酯化反应50h，产物离心、用去离子水反复洗涤、干燥，得到氨基化凹凸棒石；
(3)向三口瓶中加入去离子水溶剂、丙烯酸、丙烯酰氯和氨基化凹凸棒石，磁力搅拌均匀后，超声震荡30min，加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺，转移至水浴锅中，将温度升至50℃，继续加入硝酸铈铵，其中丙烯酸、丙烯酰氯和氨基化凹凸棒石和硝酸铈铵的质量比为100:15:7:0.75，在氮气氛围中以70℃进行聚合反应12h，产物冷却后用去离子水反复洗涤、离心并干燥，得到凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物；
(4)向三口瓶中加入去离子水溶剂、凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物，混合均匀后，继续加入羧甲基纤维素和三乙胺，其中凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物、羧甲基纤维素和三乙胺的质量比为100:30:44，超声分散均匀后转移至油浴锅中，在氮气氛围中以80℃搅拌进行反应5h，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到羧甲基纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸保水剂；
(5)向反应器中加入尿素颗粒、磷酸锌铵和凹凸棒石，混合均匀，使磷酸锌铵和凹凸棒石粉末包裹在尿素颗粒表面，形成肥料内核，将质量比为100:6的醋酸丁酸纤维素和柠檬酸三丁酯溶于乙酸乙酯中，并将其喷涂在内核表面，再向反应器中加入羧甲基纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸保水剂，使其均匀包裹在肥料颗粒表面，形成外层包膜，得到纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料。
实施例4
(1)向三口瓶中加入稀盐酸溶液、凹凸棒石，在75℃下搅拌加热6h，产物抽滤、洗涤并干燥，将质量比为100:285的酸处理的凹凸棒石和丙二酸溶解于乙腈溶剂中，超声搅拌混合均匀后，在氮气氛围中以75℃搅拌进行反应28h，产物抽滤、用无水乙醇和去离子水反复洗涤，置于真空干燥箱中干燥，得到羧基化凹凸棒石；
(2)向三口瓶中加入二甲基亚砜溶剂、羧基化凹凸棒石和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺，超声混合均匀后，继续加入乙二胺，其中羧基化凹凸棒石、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和乙二胺的质量比为100:245:475，转移至水浴锅中，在氮气氛围中以45℃搅拌进行酯化反应55h，产物离心、用去离子水反复洗涤、干燥，得到氨基化凹凸棒石；
(3)向三口瓶中加入去离子水溶剂、丙烯酸、丙烯酰氯和氨基化凹凸棒石，磁力搅拌均匀后，超声震荡30min，加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺，转移至水浴锅中，将温度升至55℃，继续加入硝酸铈铵，其中丙烯酸、丙烯酰氯和氨基化凹凸棒石和硝酸铈铵的质量比为100:17.5:8.5:0.875，在氮气氛围中以75℃进行聚合反应14h，产物冷却后用去离子水反复洗涤、离心并干燥，得到凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物；
(4)向三口瓶中加入去离子水溶剂、凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物，混合均匀后，继续加入羧甲基纤维素和三乙胺，其中凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物、羧甲基纤维素和三乙胺的质量比为100:35:52，超声分散均匀后转移至油浴锅中，在氮气氛围中以85℃搅拌进行反应7h，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到羧甲基纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸保水剂；
(5)向反应器中加入尿素颗粒、磷酸锌铵和凹凸棒石，混合均匀，使磷酸锌铵和凹凸棒石粉末包裹在尿素颗粒表面，形成肥料内核，将质量比为100:8.5的醋酸丁酸纤维素和柠檬酸三丁酯溶于乙酸乙酯中，并将其喷涂在内核表面，再向反应器中加入羧甲基纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸保水剂，使其均匀包裹在肥料颗粒表面，形成外层包膜，得到纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料。
实施例5
(1)向三口瓶中加入稀盐酸溶液、凹凸棒石，在80℃下搅拌加热8h，产物抽滤、洗涤并干燥，将质量比为100:300的酸处理的凹凸棒石和丙二酸溶解于乙腈溶剂中，超声搅拌混合均匀后，在氮气氛围中以80℃搅拌进行反应30h，产物抽滤、用无水乙醇和去离子水反复洗涤，置于真空干燥箱中干燥，得到羧基化凹凸棒石；
(2)向三口瓶中加入二甲基亚砜溶剂、羧基化凹凸棒石和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺，超声混合均匀后，继续加入乙二胺，其中羧基化凹凸棒石、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和乙二胺的质量比为100:260:500，转移至水浴锅中，在氮气氛围中以50℃搅拌进行酯化反应60h，产物离心、用去离子水反复洗涤、干燥，得到氨基化凹凸棒石；
(3)向三口瓶中加入去离子水溶剂、丙烯酸、丙烯酰氯和氨基化凹凸棒石，磁力搅拌均匀后，超声震荡40min，加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺，转移至水浴锅中，将温度升至60℃，继续加入硝酸铈铵，其中丙烯酸、丙烯酰氯和氨基化凹凸棒石和硝酸铈铵的质量比为100:20:10:1，在氮气氛围中以80℃进行聚合反应15h，产物冷却后用去离子水反复洗涤、离心并干燥，得到凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物；
(4)向三口瓶中加入去离子水溶剂、凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物，混合均匀后，继续加入羧甲基纤维素和三乙胺，其中凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物、羧甲基纤维素和三乙胺的质量比为100:40:60，超声分散均匀后转移至油浴锅中，在氮气氛围中以90℃搅拌进行反应8h，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到羧甲基纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸保水剂；
(5)向反应器中加入尿素颗粒、磷酸锌铵和凹凸棒石，混合均匀，使磷酸锌铵和凹凸棒石粉末包裹在尿素颗粒表面，形成肥料内核，将质量比为100:10的醋酸丁酸纤维素和柠檬酸三丁酯溶于乙酸乙酯中，并将其喷涂在内核表面，再向反应器中加入羧甲基纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸保水剂，使其均匀包裹在肥料颗粒表面，形成外层包膜，得到纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料。
对比例1
(1)向三口瓶中加入稀盐酸溶液、凹凸棒石，在680℃下搅拌加热10h，产物抽滤、洗涤并干燥，将质量比为100:315的酸处理的凹凸棒石和丙二酸溶解于乙腈溶剂中，超声搅拌混合均匀后，在氮气氛围中以80℃搅拌进行反应40h，产物抽滤、用无水乙醇和去离子水反复洗涤，置于真空干燥箱中干燥，得到羧基化凹凸棒石；
(2)向三口瓶中加入二甲基亚砜溶剂、羧基化凹凸棒石和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺，超声混合均匀后，继续加入乙二胺，其中羧基化凹凸棒石、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和乙二胺的质量比为100:275:525，转移至水浴锅中，在氮气氛围中以50℃搅拌进行酯化反应70h，产物离心、用去离子水反复洗涤、干燥，得到氨基化凹凸棒石；
(3)向三口瓶中加入去离子水溶剂、丙烯酸、丙烯酰氯和氨基化凹凸棒石，磁力搅拌均匀后，超声震荡50min，加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺，转移至水浴锅中，将温度升至60℃，继续加入硝酸铈铵，其中丙烯酸、丙烯酰氯和氨基化凹凸棒石和硝酸铈铵的质量比为100:22.5:11.5:1.25，在氮气氛围中以80℃进行聚合反应20h，产物冷却后用去离子水反复洗涤、离心并干燥，得到凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物；
(4)向三口瓶中加入去离子水溶剂、凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物，混合均匀后，继续加入羧甲基纤维素和三乙胺，其中凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物、羧甲基纤维素和三乙胺的质量比为100:45:68，超声分散均匀后转移至油浴锅中，在氮气氛围中以90℃搅拌进行反应10h，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到羧甲基纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸保水剂；
(5)向反应器中加入尿素颗粒、磷酸锌铵和凹凸棒石，混合均匀，使磷酸锌铵和凹凸棒石粉末包裹在尿素颗粒表面，形成肥料内核，将质量比为100:12的醋酸丁酸纤维素和柠檬酸三丁酯溶于乙酸乙酯中，并将其喷涂在内核表面，再向反应器中加入羧甲基纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸保水剂，使其均匀包裹在肥料颗粒表面，形成外层包膜，得到纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料。
称取3g纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料与200g干土，混合均匀后，装入直径为4.5cm的聚氯乙烯管中，聚氯乙烯管底部用100目无纺布封口，第一次对土柱进行称重(W0)，从管上端缓慢加入自来水，直至管底部有水开始渗出，第二次对土柱进行称重(W1)，将土柱静置3天后，第三次对土柱进行称重(W2)，使用公式((W2-W0)/(W1-W0))×100％计算土壤的保水率。
使用0.1mol/L的盐酸溶液对土壤溶液进行调配，得到pH为5的酸性土壤，称取0.1g纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料，置于80mL酸性土壤溶液中，浸泡1.5h后，过滤样品，使用phs-3c型精密pH计测试滤液的pH。
向无纺布网袋中放入1g纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料样品，将其埋入土壤下6cm处，控制土壤湿度为30％，放置5天后，取出网袋，测试肥料颗粒中氮元素和锌元素的含量，计算氮元素和锌元素的累计释放率。
Claims (9)
1.一种纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料，其特征在于：所述纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料的制法包括以下步骤：
(1)向稀盐酸溶液中加入凹凸棒石，在60-80℃下搅拌加热4-8h，产物抽滤、洗涤并干燥，将得到的酸处理的凹凸棒石和丙二酸溶解于乙腈溶剂中，超声搅拌混合均匀后进行酯化反应，产物抽滤、用无水乙醇和去离子水反复洗涤，置于真空干燥箱中干燥，得到羧基化凹凸棒石；
(2)向二甲基亚砜溶剂中加入羧基化凹凸棒石和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺，超声混合均匀后，继续加入乙二胺，转移至水浴锅中进行酰胺化反应，产物离心、用去离子水反复洗涤、干燥，得到氨基化凹凸棒石；
(3)向去离子水溶剂中加入丙烯酸、丙烯酰氯和氨基化凹凸棒石，磁力搅拌均匀后，超声震荡20-40min，加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺，转移至水浴锅中，将温度升至40-60℃，继续加入硝酸铈铵，进行共聚反应，产物冷却后用去离子水反复洗涤、离心并干燥，得到凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物；
(4)向去离子水溶剂中加入凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物，混合均匀后，继续加入羧甲基纤维素和三乙胺，超声分散均匀后转移至油浴锅中进行反应，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到羧甲基纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸保水剂；
(5)向反应器中加入尿素颗粒、磷酸锌铵和凹凸棒石，混合均匀，使磷酸锌铵和凹凸棒石粉末包裹在尿素颗粒表面，形成肥料内核，将质量比为100:4-10的醋酸丁酸纤维素和柠檬酸三丁酯溶于乙酸乙酯中，并将其喷涂在内核表面，再向反应器中加入羧甲基纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸保水剂，使其均匀包裹在肥料颗粒表面，形成外层包膜，得到纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料。
2.根据权利要求1所述的一种纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料，其特征在于：所述步骤(1)中酸处理的凹凸棒石和丙二酸的质量比为100:240-300。
3.根据权利要求1所述的一种纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料，其特征在于：所述步骤(1)中反应的温度为60-80℃，在氮气氛围中搅拌进行反应20-30h。
4.根据权利要求1所述的一种纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料，其特征在于：所述步骤(2)中羧基化凹凸棒石、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和乙二胺的质量比为100:200-260:400-500。
5.根据权利要求1所述的一种纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料，其特征在于：所述步骤(2)中酰胺化反应的温度为30-50℃，在氮气氛围中搅拌进行反应40-60h。
6.根据权利要求1所述的一种纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料，其特征在于：所述步骤(3)中丙烯酸、丙烯酰氯、氨基化凹凸棒石、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和硝酸铈铵的质量比为100:10-20:4-10:0.5-1。
7.根据权利要求1所述的一种纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料，其特征在于：所述步骤(3)中聚合反应的温度为60-80℃，在氮气氛围中反应10-15h。
8.根据权利要求1所述的一种纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料，其特征在于：所述步骤(4)中凹凸棒石改性聚丙烯酸-丙烯酰氯共聚物、羧甲基纤维素和三乙胺的质量比为100:20-40:30-60。
9.根据权利要求1所述的一种纤维素-凹凸棒石改性聚丙烯酸包膜控释肥料，其特征在于：所述步骤(4)反应的温度为65-90℃，在氮气氛围中搅拌进行反应3-8h。
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| CN110483209A (zh) * | 2019-08-20 | 2019-11-22 | 安徽徽普生物科技有限责任公司 | 一种添加了锌的玉米免追施的玉米专用肥料 |
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