CN113307693A - 一种缓释型水溶肥的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种缓释型水溶肥的制备方法，包括以下步骤:(1)磷化渣中加入一定量的去离子水，加热至90‑100℃，用一定浓度的碱调pH至一定的范围，搅拌24h，陈化24h,过滤，除去不溶物，滤液减压浓缩至干，得浓缩物；（2）尿素、浓缩物、添加剂和γ‑聚谷氨酸按一定比例混合，于105‑130℃分段加热聚合，冷却，造粒，制得缓释型水溶肥。制备该肥料所用主要原料磷化渣为工业废弃物，实现了无公害资源利用，减少了污染，降低了生产成本。

Description

一种缓释型水溶肥的制备方法
技术领域
本发明涉及水溶肥领域，具体涉及一种缓释型水溶性肥的制备方法。
背景技术
水溶肥具有速溶、吸收率高、见效快、无残渣、使用方便的优点，可通过水肥一体化的滴灌施肥、喷施施肥达到节水、节肥、省工的目的。但是，水溶肥在土壤中容易渗漏、流失，造成营养损失和环境污染。为了克服这些缺点，中国发明专利CN102875248A公开了一种含腐植酸缓释型水溶肥，该发明以黄腐酸钾为原料，同时加入极少量聚天冬氨酸和乙二胺四乙酸二钠，使锌、硼、镁三种元素在溶解过程中被络合，并缓慢释放到土壤中，被农作物吸收，减少了养分流失。但通过直接络合阳离子会使肥料中阴离子在土壤中固定，适用性受限。中国发明专利CN104370627A也公开了一种缓释型水溶肥，该发明将离子俘获剂包含于普通水溶肥中，通过对水溶肥的阴阳离子的俘获，达到缓释的目的。但离子俘获剂是由氢氧化物胶体和离子交换树脂掺杂而成，氢氧化物胶体和离子交换树脂价格较贵，对土壤有一定影响。
磷化渣含铁15-20% ，含磷酸（根）50% 左右，根据磷化处理工艺不同，含锌或锰6-11%。磷化渣是汽车、轮船、军工、机械制造等领域的金属表面磷化技术处理时产生的废渣，全国年产量可达上百万吨。由于其成分复杂，处理困难，目前还没有较好的综合利用方法，大多数生产企业采取堆放或填埋方式进行排放，造成资源尤其是不可再生资源磷的浪费和严重的环境二次污染。回收磷化渣中的磷酸根，并找到它的实际的应用价值，意义重大。
γ-聚谷氨酸（γ-PGA）是通过微生物发酵得到的可降解型绿色生物大分子材料，其分子链上含有大量活性官能团，具有亲水性、离子络合性、空间结构性等特性，研究证明，γ-聚谷氨酸作为肥料增效剂，具有促进作物养分吸收、减少肥料使用、增加作物产量、改善作物品质和提高作物抗病能力等功效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种缓释型水溶肥的制备方法，包括如下步骤：
(1)磷化渣中加入一定量去离子水，加热至90-100℃，用一定浓度的碱调pH至一定的范围，搅拌24h，陈化24h,过滤，除去不溶物。滤液减压浓缩至干，得浓缩物。
（2）尿素、浓缩物、添加剂和γ-聚谷氨酸按一定比例混合，于105-115℃加热反应30min，迅速升温至120-130℃反应20min，冷却，造粒，制得缓释型水溶肥。
制备步骤（1）中，所述磷化渣是金属表面处理所产生的工业废弃物，具体是锌锰系磷化渣、锌系磷化渣。所述磷化渣与水的质量比为1：10-15；所述碱为KOH，NaOH，NH4OH中的一种或几种的混合物；所述碱的质量浓度为5-15%；所述pH范围为5-7。
制备步骤（2）中，所述的添加剂为氯化铵、氯化钾中的一种或它们的混合物；所述的尿素、浓缩物、添加剂和γ-聚谷氨酸的质量比为100: 80-90:2-10:0.3-1；所述γ-聚谷氨酸的分子量为10-100KDa。
本发明另一目的在于提供一种缓释型水溶肥，该肥具有水溶性、缓释性、保水性，能螯合磷化渣处理时浓缩物中残留的微量铁离子、锌离子、锰离子，为农作物生长提供微量元素补充。可满足水肥一体化的滴灌、喷灌和冲施施肥，施用后可缓慢释放植物所需养分，减少肥料中养分的流失和施肥次数，提高肥料的利用率。
磷酸盐是植物生长必需的肥料，且磷元素为不可再生资源。微量的铁离子、锌离子、锰离子等有助于植物的生长。利用工业废弃物磷化渣作水溶肥的主要生产原料，可变废为宝，实现废弃物的综合利用，解决磷化渣的污染问题，降低水溶肥的生产成本。磷化渣经碱处理除去大量铁离子、锌离子、锰离子和不溶性杂质后，所得浓缩物主要含磷酸盐和微量的铁、锌、锰离子，这些金属离子作为微量元素能被γ-聚谷氨酸分子、低聚磷酸盐分子螯合，并缓慢释放，促进作物生长。将浓缩物与尿素缩合，制备成具有缓释功能的水溶性的低聚磷酸盐。在缩合过程中，加入添加剂氯化铵、氯化钾，可以降低尿素的熔点，进而降低磷酸盐与尿素的缩合温度，减少反应过程中尿素的分解和多聚副产物的产生。在缩合过程中加入γ-聚谷氨酸，通过γ-聚谷氨酸、尿素分子间的氢键、离子键等的作用，使低聚磷酸盐在γ-聚谷氨酸网络分子的空隙中聚合产生，使肥料形成γ-聚谷氨酸分子与低聚磷酸盐分子的互穿或半互穿网络结构，赋予或提高其缓释、保水、补充微量元素的功能，克服常规水溶肥料因突释、在土壤中容易渗漏、流失造成的营养损失和环境污染等问题。
具体实施方式
下面结合具体的优选实施例来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
1kg磷化渣中加入10kg去离子水，加热至90-100℃，用质量分数5%的NH4OH调pH至5，搅拌24h，陈化24h,过滤，除去不溶物。滤液减压浓缩至干，得浓缩物0.591kg。
将0.74kg尿素、0.591 kg浓缩物、14.8g NH4Cl和7.4gγ-聚谷氨酸（分子量50KDa）混合，于105-115℃加热反应30min，迅速升温至120-130℃反应20min，冷却，造粒，制得缓释型水溶肥。P2O5含量61.33%，N含量19.10%；溶解度211g/100mL水。
实施例2
1kg磷化渣中加入15kg去离子水，加热至90-100℃，用质量分数15%的KOH调pH至6，搅拌24h，陈化24h,过滤，除去沉淀。滤液减压浓缩至干，得浓缩物0.603kg。
将0.67kg尿素、0.603kg浓缩物、67gKCl和6.7gγ-聚谷氨酸（分子量100KDa）混合，于110-115℃加热反应30min，迅速升温至125-130℃反应20min，冷却，造粒，制得缓释型水溶肥。P2O5含量61.22%，N含量18.67%，K2O含量7.81%；溶解度198g/100mL水。
实施例3
1kg磷化渣中加入12kg去离子水，加热至90-100℃，先用质量分数12.5%的NH4OH调pH至4，再用质量分数10%的NaOH调pH至7，搅拌24h，陈化24h,过滤，除去沉淀。滤液减压浓缩至干，得浓缩物0.597kg。
将0.70kg尿素、0.597kg浓缩物、35gKCl和2.1gγ-聚谷氨酸（分子量10KDa）混合，于108-115℃加热反应30min，迅速升温至120-127℃反应30min，冷却，造粒，制得缓释型水溶肥。P2O5含量60.87%，N含量19.01%；溶解度131g/100mL水。
实施例4
1kg磷化渣中加入13kg去离子水，加热至90-100℃，用质量分数7%的KOH调pH至5.5，搅拌24h，陈化24h,过滤，除去沉淀。滤液减压浓缩至干，得浓缩物0.593kg。
将0.70kg尿素、0.593 kg浓缩物、10.5gKCl、24.5g NH4Cl和3.5gγ-聚谷氨酸（分子量70KDa）混合，于105-115℃加热反应30min，迅速升温至120-130℃反应20min，冷却，造粒，制得缓释型水溶肥。P2O5含量60.13%，N含量20.0%，K2O含量1.21%；溶解度153g/100mL水。
实施例5
1kg磷化渣中加入15kg去离子水，加热至90-100℃，用质量分数15%的KOH调pH至6，搅拌24h，陈化24h,过滤，除去沉淀。滤液减压浓缩至干，得浓缩物0.603kg。
将0.67kg尿素、0.603kg浓缩物和67gKCl混合，于110-115℃加热反应30min，迅速升温至125-130℃反应20min，冷却，造粒，制得缓释型水溶肥。P2O5含量58.73%，N含量18.45%，K2O含量7.81%；溶解度51g/100mL水。
实施例6
1kg磷化渣中加入10kg去离子水，加热至90-100℃，用质量分数5%的NH4OH调pH至5，搅拌24h，陈化24h,过滤，除去沉淀。滤液减压浓缩至干，得浓缩物0.591kg。
将0.74kg尿素、0.591kg浓缩物和14.8g NH4Cl混合，于105-115℃加热反应30min，迅速升温至120-130℃反应20min，冷却，造粒，制得缓释型水溶肥。P2O5含量58.23%，N含量18.16%；溶解度62g/100mL水。
实施例7
肥料对黄瓜生长的影响。
试验地土壤：pH5.1，有机质含量22.2g/kg，全氮含量0.14%，有效磷含量49.3mg/kg，速效钾含量46.0mg/kg。将试验田等面积分成8个小区。
试验时间：42天。
实验组：黄瓜苗移载后，在定植期、开花期、果实膨大期喷施等量稀释1000倍实施例1-6、市售聚磷酸铵1（优级品，P2O5含量58.03%，N含量18.0%；溶解度65g/100mL水）、市售低聚磷酸铵2（优级品，P2O5含量48.0%，N含量15.1%；溶解度54g/100mL水）水溶性肥料，共喷施3次。
对照组：常规施肥，黄瓜苗移载后，在定植期、开花期、营养生长期、幼果期、果实膨大期喷施等量清水。
结果显示（表1），相同条件下，使用实施例1-6的肥料，黄瓜平均存果数和平均产量均显著优于市售低聚磷酸铵1、市售低聚磷酸铵2和对照组。使用实施例1-4的肥料，黄瓜平均存果数和平均产量优于使用实施例5-6的肥料。
Figure 307079DEST_PATH_IMAGE002

Claims (3)

1.一种缓释型水溶肥的制备方法，其特征在于：所述缓释型水溶肥的制备方法包括如下步骤：（1）磷化渣中加入一定量的去离子水，加热至90-100℃，用一定浓度的碱调pH至一定的范围，搅拌24h，陈化24h,过滤，除去不溶物，滤液减压浓缩至干，得浓缩物；
（2）尿素、浓缩物、添加剂和γ-聚谷氨酸按一定比例混合，于105-115℃缩合反应30min，迅速升温至120-130℃反应20min，冷却，造粒，制得缓释型水溶肥。
2.根据权利要求1所述的一种缓释型水溶肥的制备方法，其特征在于：制备步骤（1）中，所述磷化渣是金属表面处理所产生的工业废弃物，具体是锌锰系磷化渣、锌系磷化渣；所述磷化渣与水的质量比为1：10-15；所述碱为KOH，NaOH，NH4OH中的一种或几种的混合物；所述碱的质量分数为5-15%；所述pH范围为5-7。
3.根据权利要求1所述的一种缓释型水溶肥的制备方法，其特征在于：制备步骤（2）中，所述的添加剂为氯化铵、氯化钾中的一种或为它们的混合物；所述的尿素、浓缩物、添加剂和γ-聚谷氨酸的质量比为100: 80-90:2-10:0.3-1，所述γ-聚谷氨酸的分子量为10-100KDa。
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