CN113773144A - 一种碳粉包膜尿素缓释肥料及其制备方法 - Google Patents

一种碳粉包膜尿素缓释肥料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳粉包膜尿素缓释肥料及其制备方法，涉及缓释肥料的制备技术领域。其包括尿素和包裹于尿素表面的包膜剂，所述包膜剂包括按质量比计的如下原料：脲甲醛树脂：硅酸钠：脲酶抑制剂：碳粉＝1～4：0.3～6：0.05～1.0：2～4，所述尿素与所述包膜剂的质量比为99.7～99.0:0.3～1.0。本发明提供的碳粉包膜尿素缓释肥料具有肥效时效长、释放均匀、释放稳定性好的优势。通过特定的包膜剂可以保证制得的缓释肥料外观均匀圆整、表面不破损，且不造成二次污染。

Description

一种碳粉包膜尿素缓释肥料及其制备方法
技术领域
本发明涉及缓释肥料的制备技术领域，具体而言，涉及一种碳粉包膜尿素缓释肥料及其制备方法。
背景技术
据统计，我国现拥有耕地面积约18.26亿亩，而人均不到1.35 亩，并且现有耕地正在不断被占用而缩减。提高有限土地资源的产出率是建设现代农业的核心问题。众所周知，由于挥发、淋溶、径流、土壤金属离子禁锢等原因，单施化肥的利用率很低，大部分有效养分流失。而肥料的利用率低，也直接导致农业成本增加和环境污染。
据统计资料，我国每年施用氮肥和磷肥的量分别约为3500万吨和1500万吨(均为折纯)中，每年约有2400万吨氮肥和800万吨磷肥(均为折纯)通过不同途径流失掉了，损失价值数千亿。农村农业部最新报道：从1980年至1999年的近20年期间，我国粮食增产了34.4％，而化肥施用量增长高达349％，化肥施用量的增长速度远高于粮食增产速度。但是，由于我国化肥利用率低，特别是氮、磷肥。每年农田氮肥的损失率是33.3％～73.6％，平均总损失率在60％左右；磷肥的损失率是30.4％～75.6％，平均总损失率在55％左右。
而另一方面，由于不合理的过量施用化肥又造成了对农作物、土壤、水体和大气的负面影响，诸如土壤板结，肥力水平下降没有后劲，施肥经济效益下滑，农产品品质降低——即所谓“瓜不香、果不甜、菜无味”。氮肥中的氨的硝化会致使水体中硝酸盐、亚硝酸盐含量增加，导致农产品尤其是蔬菜中硝酸盐、亚硝酸盐含量超标，进而对人体健康造成威胁。磷肥致使水体的富营养化又会导致藻类及水生植物大量繁殖，这些植物死亡后的遗体分解又致使水体缺氧，水质恶化，鱼虾等水产品死亡等等，同样对人类构成威胁。此外，氮肥的分解、挥发、硝化——反硝化形成的氧化二氮对大气臭氧层的破坏导致紫外线穿透大气层对地球生物造成危害等等。如何减轻上述负面影响，使其降低到最低，这是我国农业实现可持续发展迫切需要解决的问题。
目前，市场售卖的缓释肥料产品包括树脂包衣、硫包衣、脲甲醛、碳粉包衣、无机盐包衣、海藻提取包衣等缓释肥料。其中，树脂包衣缓释肥料存在包衣树脂价格高、生产工艺能耗高、树脂外壳残留时间长、不易降解、对土壤形成二次污染等问题；硫包衣缓释肥料存在硫磺易破损、释放不稳定、包衣硫价格较高、生产工艺能耗较高、会对土壤形成二次污染等问题；脲甲醛缓释肥料为长效稳定性肥料，也存在养分释放不稳定、包衣脲甲醛价格较高、生产工艺能耗较高等问题。而碳粉包衣缓释肥料存在粘结性极低、包膜易脱落、造成养分释放不稳定的问题。无机盐包衣缓释肥料(磷酸镁铵、凹凸棒粉等)虽然肥效较长、释放均匀，但也存在包衣原料价格高、生产工艺复杂能耗高的问题；海藻提取包衣缓释肥料存在包衣原料海藻提取物价格高、生产工艺能耗高的问题。
随着现代农业生产节能减排的实现，现代农业不断发展推进，农民增产增收目标实现，对肥料时效长、释放稳定性、释放均匀性、价格等同同一养分的缓释肥料的需求越来越迫切。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳粉包膜尿素缓释肥料及其制备方法以解决上述技术问题。
发明人通过多次实验发现，影响碳粉缓释肥料肥效时长和养分释放效率主要有两方面的原因：一个是碳粉附着尿素表面粘结力的大小，发明人发现碳粉附着于尿素表面的粘结力是在尿素表面形成稳定膜的关键，其决定肥料养分释放是否均匀；另一个则是碳粉微孔渗透压，决定着碳粉包膜尿素肥料的肥效时长。
基于此，发明人针对碳粉的物料呈多孔松软的特性，采用脲甲醛超强的粘稠拉伸性能和硅酸钠超强的硬度来提高碳粉在尿素颗粒包膜的附着力，进而形成一层稳定的薄膜，保证了肥料养分的均匀释放。另外利用脲酶抑制剂来抑制土壤中的脲酶对尿素的分解，从而抑制土壤中脲酶将尿素分解成NH4 +、NO3 -等离子速率，达到肥料肥效时效长。
本发明是这样实现的：
本发明提供了一种碳粉包膜尿素缓释肥料，其包括尿素和包裹于尿素表面的包膜剂，包膜剂包括按质量比计的如下原料：脲甲醛树脂：硅酸钠：脲酶抑制剂：碳粉＝1～4：0.3～6：0.05～1.0：2～4，尿素与包膜剂的质量比为99.7～99.0:0.3～1.0。
本发明提供的碳粉包膜尿素缓释肥料具有肥效时效长、释放均匀、释放稳定性好的优势，且具有生产成本低、生产工艺能耗低的特点。通过特定的包膜剂可以保证制得的缓释肥料外观均匀圆整、表面不破损，且不造成二次污染。
具体地，硅酸钠可以增加薄膜的强度，提升柔性碳粉外壳的强度。脲甲醛具有超强的粘稠拉伸性能，从而赋予尿素外周的碳粉薄膜可以很好的粘接在尿素表面。从而保证了在尿素表面形成稳定膜，进而使得肥料养分均匀释放。
发明人创造性地发现将脲甲醛和硅酸钠复配使用有助于肥料养分的更好地均匀释放。
进一步地，碳粉包膜尿素缓释肥料可以将土壤中的养分吸附在作物根系周围以供作物吸收、改善土壤结构和作物生长环境。
碳粉的原料是利用农林生产所产生的秸秆、果壳、树枝等废弃物经厌氧热解炭化制得的碳。
在其他实施方式中，农林废弃物包括农业废弃物和林业废弃物，农业废弃物包括不限于玉米秸秆、芦苇秸秆和茄秆，林业废弃物选自果林树枝和园林树枝中的至少一种。
在其他实施方式中，上述农林废弃物也可选自棉杆、竹柳、刺槐枝等。需要说明的是，在其他实施方式中，农林废弃物并不限于上述列举的农林废弃物的类型，只要能满足引燃制碳的生物质均可行。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述包膜剂包括按质量比计的如下原料：脲甲醛树脂：硅酸钠：脲酶抑制剂：碳粉＝1～4：0.3～1： 0.05～0.2：2～4。
发明人发现，包膜剂的原料在上述配比范围内时，制得的碳粉包膜尿素缓释肥料其肥效时效长、释放更均匀、释放稳定性更好。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述脲酶抑制剂选自N－丁基硫代磷酰三胺、硫代磷酸三酰胺、苯基磷酰二胺、硫代磷酰三胺、磷酰三胺、硫代硫酸铵、硼酸、硼酸钠、Schiff碱配合物型、硫酸亚铁、硫酸锌、硫酸锰、硫酸镁、硫酸铜、钼酸铵或稀土硝酸盐。
在其他实施方式中，脲酶抑制剂可包括但不限于对苯二酚、对苯醌、六酰氨基环三磷腈、硫代吡啶、硫代嘧啶、硫代吡啶-N-氧化物、 N，N-二卤代-2-咪唑烷酮、N-卤代-2-恶唑烷酮、其衍生物或它们的任意组合。脲酶抑制剂的其他示例包括苯基磷酰二胺(PPD/PPDA)、氢醌、N-(2-硝基苯基)磷酸三酰胺(2-NPT)、硫代硫酸铵(ATS)和有机磷尿素类似物，它们是脲酶活性的有效抑制剂。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述尿素表面的包膜剂的膜层厚度为0.05～0.1mm。
本发明提供了一种碳粉包膜尿素缓释肥料的制备方法，其包括：将原料尿素、脲甲醛树脂、硅酸钠、脲酶抑制剂和碳粉装入包膜设备中，在蒸汽或水雾条件下的进行包膜。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述脲甲醛树脂、硅酸钠、脲酶抑制剂和碳粉细度均为50～600目，原料尿素的粒度为 1.18～4.75mm。可选的，原料尿素的粒度为1.18mm～3.35mm或 2.00mm～4.75mm。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述包膜设备为团聚法包膜设备；优选地，团聚法包膜设备是圆筒包膜机或圆盘包膜机。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述在将原料加入包膜设备前，将原料脲甲醛树脂、硅酸钠、脲酶抑制剂和碳粉进行混合制得包膜混合物，然后将原料尿素和包膜混合物置于包膜设备中进行包膜。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述包膜条件为：在常温下进行包膜。
本发明提供的制备方法原料易得，且原料成本低廉，极大程度上降低了生产成本。操作简便，适于批量生产。且缓释肥料外观均匀圆整、表面不破损，既方便运输，又方便使用，有利于工业化生产和推广应用。
本发明具有以下有益效果：
本发明针对碳粉的物料呈多孔松软的特性，采用脲甲醛超强的粘稠拉伸性能和硅酸钠超强的硬度来提高碳粉在尿素颗粒包膜的附着力，同时利用碳粉的分散性，杜绝了尿素颗粒间的粘结，进而形成一层稳定的薄膜，保证了肥料养分的均匀释放。另外利用脲酶抑制剂来抑制土壤中的脲酶对尿素的分解，从而抑制土壤中脲酶将尿素分解成 NH4 +、NO3 -等离子速率，达到肥料肥效时效长的效果。
因此，本发明提供的碳粉包膜尿素缓释肥料具有肥效时效长、释放均匀、释放稳定性好的优势。通过特定的包膜剂可以保证制得的缓释肥料外观均匀圆整、表面不破损，且不造成二次污染。
本发明提供的制备方法原料易得，且原料成本低廉，生产工艺能耗低，极大程度上降低了生产成本。操作简便，适于批量生产。且缓释肥料外观均匀圆整、表面不破损，既方便运输，又方便使用，有利于工业化生产和推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为缓释肥料包膜制备流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种碳粉包膜尿素缓释肥料，其包括尿素和包膜剂。包膜剂包括按质量比计的如下原料：脲甲醛树脂：硅酸钠：脲酶抑制剂：碳粉＝1：0.3：0.05：2，包膜剂占尿素原料的质量千分比为5‰。
制备方法参照图1所示的流程图，具体步骤如下：
本实施例中包膜原料碳粉、脲甲醛、脲酶抑制剂、硅酸钠的细度均为100目。脲酶抑制剂选自N－丁基硫代磷酰三胺。
将原料脲甲醛树脂、硅酸钠、脲酶抑制剂和碳粉混合均匀后进入圆筒包膜机设备(Φ1800×20000mm)，并将尿素加入包膜设备中，按在蒸汽或水雾条件下的进行扑粉包膜，所得粒子筛分得到圆颗粒的缓释尿素肥料。
制得缓释尿素肥料的粒度为1.18mm～3.35mm。
实施例2
本实施例提供了一种碳粉包膜尿素缓释肥料，其包括尿素和包膜剂。包膜剂包括按质量比计的如下原料：脲甲醛树脂：硅酸钠：脲酶抑制剂：碳粉＝2.8：3.0：0.2：3.6，包膜剂占尿素的质量千分比为5‰。
包膜原料碳粉、脲甲醛、脲酶抑制剂、硅酸钠的细度均为100 目。脲酶抑制剂选自N－丁基硫代磷酰三胺。
实施例3
本实施例提供了一种碳粉包膜尿素缓释肥料，其包括尿素和包膜剂。包膜剂包括按质量比计的如下原料：脲甲醛树脂：硅酸钠：脲酶抑制剂：碳粉＝4.0：6.0：0.3：4.0，包膜剂占尿素的质量千分比为5‰。
包膜原料碳粉、脲甲醛、脲酶抑制剂、硅酸钠的细度均为200 目。脲酶抑制剂选自硼酸。
实施例4
与实施例1相比区别仅在于原料配比不同，其余条件相同。本实施例中，包膜剂包括按质量比计的如下原料：脲甲醛树脂：硅酸钠：脲酶抑制剂：碳粉＝1：0.5：0.3：4，尿素与包膜剂的质量比为3‰。
对比例1
与实施例2相比区别仅在于原料配比不同，其余条件相同。本实施例中，包膜剂包括按质量比计的如下原料：硅酸钠：脲酶抑制剂：碳粉＝3.0：0.2：3.6，尿素与包膜剂的质量比为5‰。
对比例2
与实施例2相比区别仅在于原料配比不同，其余条件相同。本实施例中，包膜剂包括按质量比计的如下原料：脲甲醛树脂：脲酶抑制剂：碳粉＝2.8：0.2：3.6，尿素与包膜剂的质量比为5‰。
对比例3
与实施例2相比区别仅在于原料配比不同，其余条件相同。本实施例中，包膜剂包括按质量比计的如下原料：脲甲醛树脂：硅酸钠：碳粉＝2.8：3.0：3.6，尿素与包膜剂的质量比为5‰。
对比例4
与实施例2相比区别仅在于不施肥，其余条件相同。
实验1
本实验例使用实施例以及对比例的肥料对玉米(德美亚2号)进行施肥，并统计利用率、肥效时长和产量。
根据每周测定一次实验地块土壤养分变化，和玉米植株生长变化玉米成熟时千粒重及亩产。
结果显示，实施例1制得的肥料应用于玉米可提高利用率10％，肥效达55天，增产5％。实施例2制得的肥料应用于玉米可提高利用率40％，肥效达85天，增产20％。实施例3制得的肥料应用于玉米可提高利用率13％，肥效超过180天(超过玉米生长期)，增产10％。上述结果显示，实施例2制得的肥料的增产更高，玉米可提高利用率更高，效果更好。
实施对比例1制得的肥料应用于玉米可提高利用率25％，肥效达 63天，增产11％。实施对比例2制得的肥料应用于玉米可提高利用率8％，肥效达53天，增产4％。实施对比例3制得的肥料应用于玉米可提高利用率21％，肥效超过71天，增产15％。实施对比例4是作为本发明的优选空白，土壤养分变化和玉米测产的基数。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳粉包膜尿素缓释肥料，其特征在于，其包括尿素和包裹于尿素表面的包膜剂，所述包膜剂包括按质量比计的如下原料：脲甲醛树脂：硅酸钠：脲酶抑制剂：碳粉＝1～4：0.3～6：0.05～1.0：2～4，所述尿素与所述包膜剂的质量比为99.7～99.0:0.3～1.0。
2.根据权利要求1所述的碳粉包膜尿素缓释肥料，其特征在于，所述包膜剂包括按质量比计的如下原料：脲甲醛树脂：硅酸钠：脲酶抑制剂：碳粉＝1～4：0.3～1：0.05～0.2：2～4。
3.根据权利要求1或2所述的碳粉包膜尿素缓释肥料，其特征在于，所述脲酶抑制剂选自N－丁基硫代磷酰三胺、硫代磷酸三酰胺、苯基磷酰二胺、硫代磷酰三胺、磷酰三胺、硫代硫酸铵、硼酸、硼酸钠、Schiff碱配合物型、硫酸亚铁、硫酸锌、硫酸锰、硫酸镁、硫酸铜、钼酸铵或稀土硝酸盐。
4.根据权利要求1所述的碳粉包膜尿素缓释肥料，其特征在于，所述尿素表面的包膜剂的膜层厚度为0.05～0.1mm。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的碳粉包膜尿素缓释肥料的制备方法，其特征在于，其包括：将原料尿素、脲甲醛树脂、硅酸钠、脲酶抑制剂和碳粉装入包膜设备中，在蒸汽或水雾条件下的进行包膜。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述脲甲醛树脂、硅酸钠、脲酶抑制剂和碳粉细度均为50～600目，原料尿素的粒度为1.18～4.75mm。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述包膜设备为团聚法包膜设备。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述团聚法包膜设备是圆筒包膜机或圆盘包膜机。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在将原料加入包膜设备前，将原料脲甲醛树脂、硅酸钠、脲酶抑制剂和碳粉进行混合制得包膜混合物，然后将原料尿素和包膜混合物置于包膜设备中进行包膜。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述包膜的条件为：在常温下进行包膜。
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