CN1470485A - 载体型缓释肥料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种载体型缓释肥料及其制备方法，该载体型缓释肥料具有普通化学肥料的基本组成，其关键是它还包含有载体物质。而该载体型缓释肥料的制备方法，包括如下工艺步骤：首先称取一定量的载体物质将其溶于水中，然后按所定比例将普通化学肥料与其混合并将其搅拌均匀，充分反应，再加入交联剂，再充分反应，接着除去其中的水分，最后将干物质粉碎后制成粒状。
Description
技术领域
本发明属于与植物营养有关的肥料学技术领域，涉及一种缓释肥料及其制备方法，特别涉及一种载体型缓释肥料及其制备方法。
背景技术
近40年来，世界化肥施用量增加了15倍，而粮食产量仅增加了3～4倍。从80年代到现在的近20年时间，是我国化肥施用量增加最快的时期，但粮食产量并没有相应的增长，这就意味着施用肥料的利用率越来越低。目前我国化肥的当季利用率中，氮约为30～35％，磷约为10～25％，钾为35～50％，远低于世界发达国家水平。
导致肥料利用率低的一个很重要原因是肥料的淋溶损失，尤其是氮肥和钾肥。肥料的大量淋失不但造成了直接的巨大经济损失，而且对环境和可持续发展带来了越来越大的影响，并由此对人类的健康构成了严重的威胁。从而引起了世界各国的高度重视。
利用不同的技术方法来提高肥料利用率是研究如何阻止或减少养分淋失问题中的核心，而缓控释肥料就是解决这一核心问题的重要手段。理想中的缓控释肥料是指能够根据作物生长的需要而将养分逐渐释放出来的新型肥料。
总体上来说，养分的控释有3种方法：一是用有机氮化合物，二是包囊法，三是载体法。每一种方法中都有很多种实现机制。
目前开展以无机物沸石为载体的控释肥料，特别是沸石-尿素控释肥不少人在研制，看起来似乎有较大的应用前景，实际上，沸石绝对的肥料负载量不大以及沸石大量的施用对土壤质地造成的影响使得这种肥料应用前景并不乐观。近些年来，利用高分子有机物载体开展了相应的控释肥料的研究，并取得了较好的进展，胶粘肥料(Gel Fertilizer)就是其中的一种，具体方法如下：(1)配制聚合物系统，该聚合物系统应与肥料配方相配伍，聚合物必须是可溶的并能产生粘性，一般为多糖化合物，制成粉末。(2)配制氮磷钾液体肥料，液体肥料的浓度及性质因地而定。(3)将聚合物粉末倒入盛有液体肥料的大槽内，搅拌5～10min，直至达粘性蜂窝状，聚合物粉末用量占混合物总体积的1％。以上是一个非常粗糙的制作步骤，实际上可能要复杂一些，但最关键的问题是如何选择或合成这种聚合物系统。首先这些聚合物必须有粘性，其次是必须有相当的网状结构，并能通过一定的物理的或化学的机制控制养分的释放。理想中的聚合物应具有较好的吸湿性，亲水性以及滞留养分的能力。考虑到该肥料的适用性，该材料还必须廉价易得。除胶粘肥料外，还可设想将养分分子放入某些难溶于水且具有很大分子内空间的网络型高分子化合物(如某些共混改性或化学改性的橡胶)，利用载体疏水性，空间位阻或化学降解的速度来控制养分的释放，这也是载体肥料发展的一个方向。其关键问题是如何让养分分子进入到这些高分子的网络空间。当然这种高分子聚合物必须是能降解的，也就是说必须是对环境友好的。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种载体型缓释肥料，该肥料能够根据作物生长的需要而将养分逐渐释放出来，其中所采用的载体具有较好的吸湿性、亲水性以及滞留养分的能力，并且该载体廉价易得，以克服现有技术所存在的上述缺陷。
本发明的另一目的在于提供一种载体型缓释肥料的制备方法，力图利用载体法达到缓释目的。载体法是指利用适宜的高分子材料为载体包裹或吸收肥料养分而形成的供肥体系，这实际上是利用分子骨架包膜的控释肥料。
本发明的第一目的是以下述方式实现的：一种载体型缓释肥料，具有普通化学肥料的基本组成，其关键是它还包含有载体物质。
所述载体物质可以包括：人工合成载体物质或天然载体物质，当所述载体物质为人工合成载体物质时，可以选用：甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇等；而当所述载体物质为天然载体物质时，可以选用：天然壳聚糖及其衍生物、果胶、淀粉及其衍生物、纤维素及其衍生物等。根据实际应用的需要，上述载体物质既可以只选用一种，也可以将一种以上的载体材料经适当混合后使用，甚至还可以将人工合成载体物质或天然载体物质混合后使用。
为了便于人们更为直观地了解相应的载体物质，在本说明书中将其按照一定的类别排列于表1之中。表1、各种载体物质
| 天然载体物质 | 甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇等 |
| 人工合成载体物质 | 壳聚糖及其衍生物、果胶、淀粉及其衍生物、纤维素及其衍生物等 |
| 交联剂 | 甲醛，乙二胺，戊二醛，硼砂，氧化锌等 |
为了达到更好的缓释效果，当载体物质与肥料充分反应后，最好再加入交联剂，所述交联剂可以选用：甲醛、乙二胺、戊二醛、硼砂、或氧化锌等。根据实际应用的需要，上述交联剂既可以只选用一种，也可以将一种以上的交联剂经适当混合后使用。
载体物质的用量不能太少，否则会影响其肥效，但是载体物质的用量也不能太多，否则会增加成本，一般情况下，其载体物质与普通化学肥料的比例(重量比)可以控制在0.5％-20％的范围，优选范围为2％-15％，较佳范围为3％-10％。
交联剂与载体物质的比例(重量比)可以控制在0.05-0.5％的范围。
上述普通化学肥料可以选用目前应用最广泛的氮肥(包括碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵、硝酸铵、硫硝酸铵、硝酸钠、硝酸钙、硝酸铵钙、尿素、脲甲醛、异丁叉环二脲)，磷肥(包括过磷酸钙、重过磷酸钙、钙镁磷肥)，钾肥(包括硫酸钾、氯化钾、)，多元肥料(包括氨化过磷酸钙、硝酸磷肥、硫磷铵、磷酸铵、偏磷酸铵、磷酸二氢钾、磷钾复合肥、硝酸钾、氮钾复合肥和氮磷钾复合肥)，微肥等。
本发明的另一目的是以下述方式实现的：一种载体型缓释肥料的制备方法，首先称取一定量的载体物质将其溶于水中，然后按所定比例将普通化学肥料与其混合并将其搅拌均匀，充分反应后加入交联剂，再充分反应，接着除去其中的水分，最后将干物质粉碎后制成粒状。
为了有利于载体物质溶于水中，可以事先将水烧开，使其变为沸水，然后再将载体物质溶于该沸水中。
所述混合过程通常可以采用电动搅器进行搅拌，而除去其中的水分的工艺过程最好采用真空烘干的方式进行。
附图说明
图1为普通尿素与本发明的缓释肥料样品的养分释放的淋洗曲线；
图2为普通尿素与本发明的缓释肥料样品的累积溶出率曲线；
图3为缓释肥料样品溶出曲线的线性模拟。
具体实施方案
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
【实施例一】称取0.2g天然果胶于250ml烧杯中，充分溶于50ml沸水中，加入10g尿素，于电动搅器下搅拌30min，再加入1ml25％的戊二醛溶液，80℃反应30min，然后置烘箱中50℃烘干至恒重，将烘干样品用研钵磨成粉状，称取0.0560g用冲压机压成柱状颗粒。
【实施例二】称取2.0g天然果胶于250ml烧杯中，充分溶于50ml沸水中，加入10g尿素，于电动搅器下搅拌30min，再加入1ml25％的戊二醛溶液，80℃反应30min，然后置烘箱中50℃烘干至恒重，将烘干样品用研钵磨成粉状，称取0.0560g用冲压机压成柱状颗粒。
【实施例三】称取1.0g天然果胶于250ml烧杯中，充分溶于50ml沸水中，加入10g尿素，于电动搅器下搅拌30min，再加入1ml25％的戊二醛溶液，80℃反应30min，然后置烘箱中50℃烘干至恒重，将烘干样品用研钵磨成粉状，称取0.0560g用冲压机压成柱状颗粒。
【实施例四】称取0.2g聚乙烯醇于250ml烧杯中，充分溶于50ml沸水中，加入10g尿素，于电动搅器下搅拌30min，再加入0.1ml12.5％的硼砂溶液，室温下充分搅拌，然后置烘箱中50℃烘干至恒重，将烘干样品用研钵磨成粉状，称取0.0560g用冲压机压成柱状颗粒
【实施例五】称取2g聚乙烯醇于250ml烧杯中，充分溶于50ml沸水中，加入10g尿素，于电动搅器下搅拌30min，再加入0.1ml12.5％的硼砂溶液，室温下充分搅拌，然后置烘箱中50℃烘干至恒重，将烘干样品用研钵磨成粉状，称取0.0560g用冲压机压成柱状颗粒
【实施例六】称取1g聚乙烯醇于250ml烧杯中，充分溶于50ml沸水中，加入10g尿素，于电动搅器下搅拌30min，再加入0.1ml12.5％的硼砂溶液，室温下充分搅拌，然后置烘箱中50℃烘干至恒重，将烘干样品用研钵磨成粉状，称取0.0560g用冲压机压成柱状颗粒
【实施例七】称取1g壳聚糖和0.2g柠檬酸于250ml烧杯中，充分溶于50ml沸水中，加入10g尿素，于电动搅器下搅拌30min，另称取1g果胶溶于50ml水中，充分搅拌，再加入1ml25％的戊二醛溶液，80℃下充分搅拌，然后置烘箱中50℃烘干至恒重，将烘干样品用研钵磨成粉状，称取0.0560g用冲压机压成柱状颗粒。
【实施例八】称取0.5g壳聚糖和0.1g柠檬酸于250ml烧杯中，充分溶于50ml沸水中，加入10g尿素，于电动搅器下搅拌30min，另称取0.5g果胶溶于50ml水中，充分搅拌，再加入0.5ml 25％的戊二醛溶液，80℃下充分搅拌，然后置烘箱中50℃烘干至恒重，将烘干样品用研钵磨成粉状，称取0.0560g用冲压机压成柱状颗粒.
【实施例九】称取1g壳聚糖和0.2g柠檬酸于250ml烧杯中，充分溶于50ml沸水中，加入10g尿素，于电动搅器下搅拌30min，另称取0.5g果胶溶于50ml水中，充分搅拌，再加入1ml 25％的戊二醛溶液，80℃下充分搅拌，然后置烘箱中50℃烘干至恒重，将烘干样品用研钵磨成粉状，称取0.0560g用冲压机压成柱状颗粒.
【实施例十】称取0.5g壳聚糖和0.1g柠檬酸于250ml烧杯中，充分溶于50ml沸水中，加入10g尿素，于电动搅器下搅拌30min，另称取1g果胶溶于50ml水中，充分搅拌，再加入1ml25％的戊二醛溶液，80℃下充分搅拌，然后置烘箱中50℃烘干至恒重，将烘干样品用研钵磨成粉状，称取0.0560g用冲压机压成柱状颗粒
本发明提供的载体型缓释肥料的施用方式和与其复合的普通化学肥料的施用方式相同，例如载体物质与尿素复合而成的肥料施用与尿素的使用方式是一样的，可以作为基肥、追肥使用。
下面通过淋溶试验结果来说明本发明的有益效果：
一、试验方法：将肥料样品放入一内径为20mm的层析柱内，并与石英砂混匀，蒸馏水通过恒流泵后对肥料进行连继淋洗，淋洗液每隔一定时间用自动部分收集器收集，测定收集液中的氮的浓度即可得知尿素的释放速度。
二、结果分析：种用上述试验方法，可以得到养分释放的淋洗曲线，如图1所示。该图表明，尿素很快就淋溶下来，第1管淋洗液中氮素度高达近2500mgkg-1，随后很快降至0，而肥料样品的第1管浓度约为600mgkg-1，相对尿素的淋洗而言，随后浓度的下降明显缓慢得多实验结果表明。
图2为累积溶出率，由图可知，尿素很快达到100％溶出，而缓释肥料样品则是缓慢溶出，经过较长一段时间后才达到100％溶出，且这种累积溶出曲线呈较好的线性关系。
图3是对缓释肥料样品溶出曲线的线性模拟，得出R2＝0.977，表现出了极显著的线性相关，这为尿素的控制释放打下了良好的基础。
本肥料的研制在机理上完全不同于传统的包膜肥料，它是利用分子骨架做载体。
本肥料所利用的载体果胶是一种天然多糖，从水果的下脚料中提取，它是长链高分子，且带负电荷，适合于做载体，效果较好，而且成本可降至传统肥料价格的3倍以下，肥料利用率可望提高10个百分点以上。
由此可见，利用载体型缓释肥料，其能够根据作物生长的需要而将养分逐渐释放出来，同时由于在保证获得相同产量的前提下，可以减少氮的施用量，从而减少农业生产对环境的污染作用。因此此种肥料的开发应用无疑将会产生非常显著的经济效益和社会效益。
Claims (10)
1、一种载体型缓释肥料，具有普通化学肥料的基本组成，其特征是它还包含有载体物质，所述载体物质选用：甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、或聚乙二醇；或者选用：天然壳聚糖及其衍生物、果胶、淀粉及其衍生物、纤维素及其衍生物；或者将一种以上的载体材料经适当混合后使用。
2、根据权利要求1所述的载体型缓释肥料，其特征是它还包含有交联剂，所述交联剂选用：甲醛、乙二胺、戊二醛、硼砂、或氧化锌。
3、根据权利要求2所述的载体型缓释肥料，其特征是载体物质与普通化学肥料的比例(重量比)控制在0.5％-20％的范围。
4、根据权利要求3所述的载体型缓释肥料，其特征是载体物质与普通化学肥料的比例(重量比)控制在2％-15％。
5、根据权利要求4所述的载体型缓释肥料，其特征是载体物质与普通化学肥料的比例(重量比)控制在3％-10％。
6、根据权利要求5所述的载体型缓释肥料，其特征是交联剂与载体物质的比例(重量比)控制在0.05-0.5％。
7、根据权利要求1-6中任意一项所述的载体型缓释肥料，其特征是所述普通化学肥料为下列肥料中的任意一种或任意组合：
氮肥，其包括碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵、硝酸铵、硫硝酸铵、硝酸钠、硝酸钙、硝酸铵钙、尿素、脲甲醛、异丁叉环二脲等；
磷肥，其包括过磷酸钙、重过磷酸钙、钙镁磷肥、脱氟磷肥、偏磷酸钙等；
钾肥，其包括硫酸钾、氯化钾等；
多元肥料，其包括氨化过磷酸钙、硝酸磷肥、磷酸铵、偏磷酸铵、磷酸二氢钾、磷钾复合肥、硝酸钾、氮钾复合肥和氮磷钾复合肥等；
微量元素肥料。
8、一种载体型缓释肥料的制备方法，其特征是包括如下工艺步骤：首先称取一定量的载体物质将其溶于水中，然后按所定比例将普通化学肥料与其混合并将其搅拌均匀，充分反应，再加入交联剂，充分反应，接着除去其中的水分，最后将干物质粉碎后制成粒状。
9、根据权利要求8所述的载体型缓释肥料的制备方法，其特征是所述混合是采用电动搅拌器进行搅拌。
10、根据权利要求8或9所述的载体型缓释肥料的制备方法，其特征是所述除去其中的水分的工艺过程采用真空烘干的方式进行。
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Assignee: Yizheng Duokete Aqueous Chemicals Co., Ltd. Assignor: Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences Contract record no.: 2011320000422 Denomination of invention: Carrier type slow-release fertilizer and its preparing method Granted publication date: 20090401 License type: Exclusive License Open date: 20040128 Record date: 20110328 |
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