一種無機膜材與生化抑制劑聯合包膜型緩釋肥料及其製備方法與流程

2024-04-09 18:19:05

本發明涉及農業肥料
技術領域：
，涉及一種無機膜材與生化抑制劑聯合包膜型緩釋肥料及其製備方法。
背景技術：
：眾所周知，化肥是農作物的「糧食」。目前，我國化肥使用中存在化肥用量大、利用率低的缺陷；同時化肥的施用不合理也帶來了環境汙染和食品安全問題。據統計，我國每年僅化肥損失帶來的經濟損失就達上1000億元；60％左右的氮肥進入環境導致地表水體富營養化和地下水硝酸鹽汙染，嚴重影響人類健康；過量殘留於農田的化肥導致土壤物理、化學和生物學性狀的嚴重退化。因而，研發既能促進作物高產，又能提高養分利用率的新型肥料，是當前國內外肥料研究機構追求的重要目標。目前，作物整個生育期一次性施用的新型肥料是新型肥料研究和發展的方向，同時又符合中國的國情。新型肥料是指改變傳統化肥的物理化學特性，使之儘可能地與植物各生長階段的養分需求相一致。控釋肥料被稱為「21世紀新型環保肥料」，具有提高肥料利用率、減少化肥施用量、降低肥料對環境的汙染、減少農業生產成本、降低勞動力投入、增產增效等多方面的優點。控釋肥料是化肥工業發展的方向。然而，當前緩釋/控釋肥生產使用中普遍存在成本高、價格昂貴的問題。現有的樹脂包膜肥料是目前緩/控釋肥料的主要品種，優點是控釋性能較好，但其缺點是成本高，包膜材料難降解，施入土壤易造成二次汙染，且生產設備耗能大。因此尋找廉價、高效、環保的包膜材料來研製包膜緩/控釋肥是當今新型肥料的發展方向之一。技術實現要素：本發明針對現有技術存在的諸多不足之處，提供了一種無機膜材與生化抑制劑聯合包膜型緩釋肥料及其製備方法，該肥料採用的包膜材料能控制肥料在土壤中緩慢釋放與轉化，並且肥料在土壤中釋放完畢後，所述包膜肥料在土壤中無毒無害，且主要膜材料能為植物供應養分，能避免現有包膜肥料存在的缺陷，從而達到環境友好的需求。另外，生化抑制劑(脲酶抑制劑、硝化抑制劑)在提高氮素利用效率方面的作用已經得到公認，選擇控氮效果好、抑制高效、價格低廉無毒無汙染的抑制劑製備新型肥料，來提高氮素利用率、保護環境，促進農業生產也具有重要的現實意義。本發明的發明人根據我國資源現狀，借鑑近年國內外肥料開發利用上的先進經驗，選擇經過微晶化處理的超細磷礦粉、熱電廠的普通粉煤灰及市售氫醌和雙氰胺按照適當比例製成固體混合材料作為包膜材料，製備了無機材料物理包膜控釋和生化抑制劑抑制型的雙控型緩釋肥料。旨在研製出價格低廉、施用方便、養分控釋效果好、無環境汙染的新型包膜緩釋肥，其中氫醌和雙氰胺作為生化抑制劑提高氮素利用效率，能夠保護環境，促進農業生產。本發明的具體技術方案如下：一種無機膜材與生化抑制劑聯合包膜型緩釋肥料，以尿素為主要氮源的高濃度復混肥料顆粒為核心、並在其外表面包裹一層包膜材料製成；所述的包膜層由超細磷礦粉、粉煤灰、氫醌、雙氰胺組成，所述包膜層用量為核芯重量的15-25％，包膜厚度為0.05-0.2mm；所述的核芯與包膜層通過粘結劑結合在一起；其中，所述肥料顆粒選自普通高濃度複合肥，且該複合肥的氮源成份應以尿素為主，其粒徑為2-4mm；所述超細磷礦粉根據公開號為cn101429071的專利「一種非酸化製備高效磷肥的方法中記載的超微細活化磷礦粉的製備方法製備而得，發明人在此不再贅述；所述粉煤灰為當地電廠常規粉煤灰，一般控制粒徑≦45μm，重金屬含量分別為：cd≦0.30mgkg-1，cr≦43.9mgkg-1，pb≦60.0mgkg-1，均低於現行國家標準即可，這樣不會對土壤造成重金屬汙染；所述超細磷礦粉和粉煤灰為本發明所述肥膜的基材。採用上述兩種物質組合，與現有的樹脂包膜或硫化物包膜材料相比具有原料容易獲取、價格低廉、不汙染土壤並且能供應養分的特點。二者在粘結劑作用下成膜迅速、均勻，施入土壤後在土壤水作用下緩慢破碎對肥料核芯養分的釋放具有很好的阻控作用。施入土壤崩解完全後對土壤沒有任何不良影響，並且能供應大量營養元素磷和部分中微量營養元素。所述硝化抑制劑為雙氰胺(dcd)，化學式c2h4n4，分子量為：84.08；白色結晶粉末，可溶於水、醇、乙二醇和二甲基甲醯胺，幾乎不溶於醚和苯。不可燃，乾燥時穩定，作為硝化抑制劑添加肥膜中後能夠抑制硝化細菌的活性，當肥料施入土壤後能抑制肥料顆粒周圍介質中硝化細菌的活性，從而減緩從肥料核芯中釋放出的銨態氮轉化為硝態氮的速率，在無機材料包膜養分緩釋的基礎上進一步延長氮肥的肥效，達到雙控緩釋的效果。所述脲酶抑制劑為氫醌(hq)，化學式c6h6o2，分子量為：110.10；無色或白色結晶。在空氣中露光易變色。其水溶液在空氣中能氧化成褐色，鹼性介質中氧化更快。易溶於乙醇，溶於水，微溶於苯，作為脲酶抑制劑添加肥膜中後能夠抑制脲酶的活性，當肥料施入土壤後能抑制肥料顆粒周圍介質中脲酶的活性，從而減緩從肥料核芯中釋放出的尿素轉化為銨態氮的速率，在無機材料包膜養分緩釋的基礎上進一步延長尿素的肥效，達到雙控緩釋的效果。本發明所採用的粘結劑選自聚乙烯醇和澱粉的混合物，其中聚乙烯醇為普通聚乙烯醇粘結劑，澱粉是指直鏈澱粉或支鏈澱粉，其中優選支鏈澱粉。以固體質量計算所述超細磷礦粉、粉煤灰、氫醌、雙氰胺、粘結劑溶質的重量比例為60:35:3:1:1～40:55:1:3:1，均具有較好的延長肥料效果的作用。從緩釋時間和製作成本上來考慮膜材料組成為60:35:3:1:1的組合在越冬作物上效果更優，40:55:1:3:1更適合夏季作物。另外，對於華北地區的主栽農作物，夏玉米上優選膜材比例為40:55:1:3:1的組合；冬小麥上優選60:35:3:1:1。本發明包膜複合肥的製備方法，步驟如下：包裹材料的製備：按重量份計算，將將60-40份超細磷礦粉、35-55份粉煤灰、3-1份氫醌、1-3份雙氰胺攪拌混勻，得到包裹層固體材料。包膜過程：首先將待包膜的肥料顆粒置於轉盤造粒機中對肥料進行拋光，同時噴撒粘結劑溶液，然後用噴粉機噴撒固體混合包膜材料，包膜材料用量為肥芯重量的15-25％，包膜厚度為0.05-0.2mm，乾燥製得包膜肥。其中所述粘結劑霧化於肥料顆粒表面是通過霧化壓力噴頭實現的，所述霧化噴頭，霧化壓力範圍為0.01mpa-0.5mpa，所述包膜液的霧化流速為0.1～0.5kg/分鐘。其中所述的粘結劑溶液可按照下述方法的製備：將聚乙烯醇和澱粉重量各為50％的0.15份固體粘結劑溶質加入裝有6份蒸餾水的反應釜中，常溫攪拌30分鐘，然後用水浴加熱至75℃，攪拌糊化半小時，把包膜料液轉移至與空氣泵相連的貯液罐中製得包膜用粘結劑溶液。其中，聚乙烯醇為普通聚乙烯醇粘結劑，澱粉是指直鏈澱粉或支鏈澱粉，其中優選支鏈澱粉。較之現有的製備方法而言本發明所屬的製備方法具有需要設備少、操作簡單，整個製備過程能耗低的優點。與現有技術相比，本發明具有如下優點：(1)相對於常規樹脂包膜肥料能顯著降低成本，並且既具有物理包膜又具有氮素硝化抑制劑的化學緩釋性能是一種典型的雙控緩釋肥料。(2)本發明的包膜材料具有環境友好性，不會汙染土壤，反而會提供養分，並能延長氮素肥效。(3)本發明的包膜肥料製作工藝簡單，整個流程只需要1.0-1.5小時。(4)本發明的包膜肥料施入土壤後，可保持氮素肥效延長100-120天。(5)本發明的包膜肥料適合於各種作物，並且對後茬作物有明顯效果。具體實施方式下面結合實施例來進一步說明本發明，可以使本領域技術人員更全面的理解本發明，但不以任何方式限制本發明。除特殊說明外本發明中所採用的技術均為本領域常規技術；實施例1：一種無機膜材與生化抑制劑聯合包膜型緩釋肥料，以高濃度復混肥顆粒(其中氮源應主要為尿素)為核芯、並在其外表面包裹一層包膜材料製成；所述的包膜層由超細磷礦粉、粉煤灰、硝化抑制劑、脲酶抑制劑和粘結劑溶質組成：原料組分按重量份計為：高濃度複合肥100份(n-p2o5-k2o＝16-16-16，其中氮源為尿素)、超細磷礦粉6份、將粉煤灰8.25份、hq0.15份、dcd0.45份，攪拌混勻作為固體膜材料備用；製備方法：步驟(1)，將聚乙烯醇和澱粉重量各為50％的粘結劑固體混合物0.15份加入裝有6份蒸餾水的反應容器中，常溫攪拌30分鐘，然後用水浴加熱至75℃，攪拌糊化半小時，把包膜料液轉移至與空氣泵相連的貯液罐中製得包膜用粘結劑溶液；步驟(2)，將待包膜複合肥100份倒入乾燥的轉盤造粒機轉盤中滾動拋光，然後轉鼓以60轉/分滾動，同時將步驟(1)製得的包膜粘結劑經壓力泵送至霧化噴頭，將粘結劑霧化後噴塗到轉盤中的肥料顆粒上，其中所述霧化噴頭為壓力式噴頭，霧化壓力範圍為0.01mpa-0.5mpa，所述包膜液的霧化流速為0.1-0.5kg/分鐘，持續噴霧粘結劑溶液0.3-0.5分鐘，待覆混肥顆粒表面均勻粘附一層粘結劑溶液後，開始用鼓風噴粉機噴灑包膜層固體混合材料粉末的三分之一，轉盤穩定轉動包膜1分鐘後，再次噴灑粘結劑溶液，隨之用鼓風噴粉機噴灑包膜層固體混合材料粉末的三分之一，如此循環2次，然後在轉鼓中轉動摔打加固2分鐘後，即可達到包膜厚度0.15mm的包膜肥料要求。封送入烘乾設備烘乾，得到本發明膜厚度為0.15mm，膜材料為肥料核芯重15％的包裹型緩釋肥(n:p2o5:k2o＝13.6-13.6-13.6)；田間試驗：在山東農業大學南校區資環學院實驗站上採用夏玉米田間示範對比試驗，設置2個處理，每個處理0.5畝。處理1：基施n:p2o5:k2o＝15-15-15的複合肥40kg/畝，一次性施入，抽雄期追施5kg/畝的尿素。處理2：基施本實施例肥料40kg/畝，一次性施入不再追肥。試驗結果表明，與對照相比，施用本發明肥料的玉米長勢明顯優於普通複合肥料，農藝學指和產量、品質指標顯著優於普通複合肥料(表1,2)。表1不同施肥處理對玉米農藝性狀及產量的影響表2不同施肥處理對玉米品質的影響實施例2：一種無機膜材與生化抑制劑聯合包膜型緩釋肥料，以高濃度復混肥顆粒(其中氮源應主要為尿素)為核芯、並在其外表面包裹一層包膜材料製成；所述的包膜層由超細磷礦粉、粉煤灰、硝化抑制劑、脲酶抑制劑和粘結劑溶質組成：原料組分按重量份計為：高濃度複合肥100份(n:p2o5:k2o＝19-19-19)、超細磷礦粉15份、將粉煤灰8.75份、hq粉末0.75份、dcd粉末0.25份混合物，攪拌混勻作為固體膜材；製備方法：步驟(1)，將聚乙烯醇和澱粉重量各為50％的粘結劑固體混合物0.25份加入裝有10份蒸餾水的反應容器中，常溫攪拌30分鐘，然後用水浴加熱至75℃，攪拌糊化半小時，把包膜料液轉移至與空氣泵相連的貯液罐中製得包膜用粘結劑溶液；步驟(2)，將待包膜複合肥100份倒入乾燥的轉盤造粒機轉盤中滾動拋光，然後轉鼓以60轉/分滾動，同時將步驟(1)製得的包膜粘結劑經泵送至霧化噴頭，並將其霧化後噴塗到轉盤中的肥料顆粒上，其中所述霧化噴頭為壓力式噴頭，霧化壓力範圍為0.01mpa-0.5mpa，所述包膜液的霧化流速為0.1-0.5kg/分鐘，持續噴霧粘結劑溶液0.5分鐘，待尿素顆粒表面均勻粘附一層粘結劑溶液後，開始用鼓風噴粉機固體包膜材料的混合物五分之一，轉盤穩定轉動1分鐘後，第二次噴灑粘結劑溶液，隨之用鼓風噴粉機噴灑包膜層固體混合材料粉末五分之一，如此循環4次，然後在轉鼓中轉動摔打加固2分鐘後，即可達到包膜厚度0.2mm的包膜肥料要求。隨後用傳送帶送入烘乾設備烘乾，得到本發明的得到本發明膜厚度為0.20mm，膜材料為肥料核芯重25％的包裹型抗鹽緩釋肥(n:p2o5:k2o＝14.25-14.25-14.25)。盆栽試驗：採用冬小麥田間對比試驗，設置兩個處理，每個處理0.5畝。處理1：基施n:p2o5:k2o＝15-15-15的複合肥50kg/畝，一次性施入，拔節期追施5kg的尿素；處理2：基施本實施例肥料50kg/畝，一次性施入不再追肥。試驗結果表明，與對照相比，施用本發明肥料的冬小麥長勢明顯優於普通複合肥料，出苗率、苗期生長指標和農藝學指標顯著優於普通複合肥料(表3,4)。說明自製肥料能顯著促進冬小麥的生長，提高冬小麥的產量。表3不同施肥處理對冬小麥出苗率及幼苗生長的影響表4不同施肥處理小麥產量及其構成因素處理穗數(104/hm2)穗粒數千粒重(g)產量(kg/hm2)處理1504.544.434.66701處理2614.043.037.77704當前第1頁12