一種降解型控釋化肥的製備方法與流程

2024-04-09 04:55:05 1

本發明屬於化肥技術領域，尤其涉及一種穩定可靠，成本低，總養分高，所用材料可生物降解，不改變土壤環境的降解型控釋化肥的製備方法。

背景技術：

化肥在農業生產中佔有舉足輕重的地位。我國作為一個農業大國，農業生產中對化肥的需求量很高，據統計化肥已經成為農業生產中最大的物質投資，約佔全部生產性支出的50%左右。我國的化肥產量與使用量均為世界第一，其中產量約佔世界化肥產量的20%，使用量已佔世界化肥用量的28%。

然而，由於化肥的性質以及對土壤環境的要求，繼而導致土壤物理性質不斷惡化，這樣不僅影響農作物的提高，而且對環境也造成了巨大汙染。

因此，提高化肥利用率，減少施肥過量，避免環境汙染已經成為發展可持續農業迫切需要解決的問題。緩釋肥料又稱控釋肥料（control release fertilizers）便應運而生。

緩釋化肥有以下優勢：1）減少養分流失，提高化肥利用率。2）使土壤中引起植物不能利用形式的化學與生物固定作用減少。3）減少了脫氮作用以及氮硝化作用而造成的氮元素損失。

然而，現有緩釋化肥存在如下問題：1）包裹層成膜物多為合成高分子聚合物，不易生物降解。2）直接使用純澱粉或各種植物秸稈粉末加化學粘合劑包裹，緩釋周期短或緩釋速率難以控制。3）所用包覆物質價格昂貴如矽烷、鈦酸酯或鋁酸酯等偶聯劑，成本高不利於大規模推廣應用。

技術實現要素：

本發明的目的在於，克服現有技術的不足，提供一種穩定可靠，成本低，總養分高，所用材料可生物降解，不改變土壤環境的降解型控釋化肥的製備方法。

為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案：

一種降解型控釋化肥的製備方法，包括製備乾燥化肥顆粒，包括以下步驟：

1）按重量份計，將100-120份的澱粉、120-150份羥基化改性卵磷脂、50-60份海藻功能母粒與200份花生油在120-150℃、頻率為85MHz超聲震蕩60-75min，得到混合液體，備用；

2）將步驟1）製備的混合液體採用氣壓噴霧方式均勻噴塗在乾燥化肥顆粒表面，噴塗壓力為0.55-0.65MPa，得到塗布後的化肥顆粒，將溫度冷卻至40-50℃；

3）將步驟2）得到的塗布後的化肥顆粒與蓖麻油混合攪拌，得到降解型控釋化肥。

在本技術方案中，與現有使用澱粉膠與粉狀木材剩餘物製造緩釋肥料殼體相比，本發明可彌補因粉狀木材剩餘物顆粒及空隙過大對化肥包裹不均勻，緩釋時間短且不易控制的不足。本發明的步驟2）塗布在化肥顆粒表面為第一包覆層，步驟3）製備的包覆層為第二包覆層，第二包覆層似開關層，通過親水性集團與外界土壤中的水分以氫鍵締合而溶出，為化肥提供向外緩慢釋放的通道，達到控制化肥釋放的速率，從而得到可控制緩釋速率的緩釋化肥。該方法可適用於各種水溶性緩釋化肥的製備，且第一包覆層和第二包覆層所用材料均為可完全生物降解材料，對土壤無汙染， 不改變土壤環境。

作為優選，步驟2）中混合液體與乾燥化肥顆粒的質量比為1.35-1.5:1。

作為優選，步驟3）中塗布後的化肥顆粒與蓖麻油的質量比為1:3-4.2。

作為優選，步驟3）中攪拌速度為2500-3000r/min，溫度為90-95℃，攪拌時間為25-35min。

作為優選，乾燥化肥顆粒的粒徑為2-4.5mm。

作為優選，步驟1）中所述的羥基化改性卵磷脂的製備方法為：將卵磷脂與濃度為50-60wt%的乳酸溶液混合均勻後加熱攪拌，其中所述卵磷脂與乳酸溶液的質量比為100:(4-6)，加熱溫度為70-80℃，加熱時間40-60min；在加熱攪拌過程中向反應液逐漸加入質量為所述卵磷脂20-25%的濃度為30wt%的雙氧水溶液；在加熱攪拌結束後向反應液滴加氫氧化鈉溶液至中性，最後真空乾燥後製得羥基化改性卵磷脂。

作為優選，在步驟2）結束後，將冷卻後的化肥顆粒與其質量0.2-0.5%的白雲石粉混合攪拌15min。

作為優選，步驟1）中所用澱粉為玉米澱粉、土豆澱粉、小麥澱粉、綠豆澱粉或藕澱粉。

作為優選，步驟1）中海藻功能母粒的製備方法如下：取竹粉並添加至其8-12倍質量的濃度為8-12wt%的氫氧化鈉溶液中，分散均勻後，減壓加熱至110-130℃，保溫疏解6-8h；疏解後過濾得到竹粉，再將竹粉添加至其8-12倍質量的濃度為70-80wt%的乙醇溶液中，加熱至80-90℃後保溫3-5h，再次進行過濾，對不溶物加水進行打漿，打漿至漿料叩解度為14-16°SR，然後進行磨漿，磨漿至漿料叩解度為18-22°SR，打漿後用水洗淨並減壓蒸餾後得到纖維素；將纖維素添加至其18-22倍質量的離子液體中，得到纖維素溶液；向纖維素溶液中添加其體積0.4-0.6倍的海藻提取液，攪拌均勻得到混合溶液，然後向混合溶液中添加等體積的濃度為2-4wt%的氯化鈣溶液，在40-50℃下交聯1-2h後，轉移-18℃至-22℃的低溫下冰凍1-2天，然後取出冰凍物，用流水解凍，製得纖維素-海藻酸鈣水凝膠，再用無水乙醇進行溶劑置換，最後經過真空乾燥和研磨後，製得海藻功能母粒。

本發明的有益效果是：與現有使用澱粉膠與粉狀木材剩餘物製造緩釋肥料殼體相比，本發明可彌補因粉狀木材剩餘物顆粒及空隙過大對化肥包裹不均勻，緩釋時間短且不易控制的不足。本發明的步驟2）塗布在化肥顆粒表面為第一包覆層，步驟3）製備的包覆層為第二包覆層，第二包覆層似開關層，通過親水性集團與外界土壤中的水分以氫鍵締合而溶出，為化肥提供向外緩慢釋放的通道，達到控制化肥釋放的速率，從而得到可控制緩釋速率的緩釋化肥。該方法可適用於各種水溶性緩釋化肥的製備，且第一包覆層和第二包覆層所用材料均為可完全生物降解材料，對土壤無汙染， 不改變土壤環境。 所用包覆物均可生物降解，與現有使用各種合成高分子膠黏劑做包裹膠膜相比，可彌補合成高分子不可生物降解，對土壤和環境汙染的不足。本發明的工藝簡單，操作方便，工藝過程周期短，能耗低,且不產生廢棄物，符合原子經濟綠色環保的理念,利於工業化推廣應用。

具體實施方式

下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。

實施例1

一種降解型控釋化肥的製備方法，包括製備乾燥化肥顆粒，乾燥化肥顆粒的粒徑為2-4.5mm，包括以下步驟：

1）按重量份計，將100份的小麥澱粉、120份羥基化改性卵磷脂、50份海藻功能母粒與200份玉米油在120℃、頻率為85MHz超聲震蕩60min，得到混合液體，備用；羥基化改性卵磷脂的製備方法為：將卵磷脂與濃度為60wt%的乳酸溶液混合均勻後加熱攪拌，其中所述卵磷脂與乳酸溶液的質量比為100: 6，加熱溫度為80℃，加熱時間60min；在加熱攪拌過程中向反應液逐漸加入質量為所述卵磷脂25%的濃度為30wt%的雙氧水溶液；在加熱攪拌結束後向反應液滴加氫氧化鈉溶液至中性，最後真空乾燥後製得羥基化改性卵磷脂；

海藻功能母粒的製備方法如下：取竹粉並添加至其8倍質量的濃度為8wt%的氫氧化鈉溶液中，分散均勻後，減壓加熱至110℃，保溫疏解6h；疏解後過濾得到竹粉，再將竹粉添加至其8倍質量的濃度為70wt%的乙醇溶液中，加熱至80℃後保溫3h，再次進行過濾，對不溶物加水進行打漿，打漿至漿料叩解度為14°SR，然後進行磨漿，磨漿至漿料叩解度為18°SR，打漿後用水洗淨並減壓蒸餾後得到纖維素；將纖維素添加至其18倍質量的離子液體中，得到纖維素溶液；向纖維素溶液中添加其體積0.4倍的海藻提取液，攪拌均勻得到混合溶液，然後向混合溶液中添加等體積的濃度為2wt%的氯化鈣溶液，在40℃下交聯1h後，轉移-18℃的低溫下冰凍1天，然後取出冰凍物，用流水解凍，製得纖維素-海藻酸鈣水凝膠，再用無水乙醇進行溶劑置換，最後經過真空乾燥和研磨後，製得海藻功能母粒。

2）將步驟1）製備的混合液體採用氣壓噴霧方式均勻噴塗在乾燥化肥顆粒表面，噴塗壓力為0.55MPa，得到塗布後的化肥顆粒，將溫度冷卻至40℃，將冷卻後的化肥顆粒與其質量0.2%的白雲石粉混合攪拌15min；混合液體與乾燥化肥顆粒的質量比為1.35:1

3）將步驟2）得到的塗布後的化肥顆粒與蓖麻油混合攪拌，攪拌速度為2500r/min，溫度為90℃，攪拌時間為25min，得到降解型控釋化肥；塗布後的化肥顆粒與蓖麻油的質量比為1:3。

實施例2

一種降解型控釋化肥的製備方法，包括製備乾燥化肥顆粒，乾燥化肥顆粒的粒徑為2-4.5mm，包括以下步驟：

1）按重量份計，將110份的綠豆澱粉、135份羥基化改性卵磷脂、55份海藻功能母粒與200份玉米油在130℃、頻率為85MHz超聲震蕩65min，得到混合液體，備用；羥基化改性卵磷脂的製備方法為：將卵磷脂與濃度為55wt%的乳酸溶液混合均勻後加熱攪拌，其中所述卵磷脂與乳酸溶液的質量比為100:5，加熱溫度為75℃，加熱時間50min；在加熱攪拌過程中向反應液逐漸加入質量為所述卵磷脂22%的濃度為30wt%的雙氧水溶液；在加熱攪拌結束後向反應液滴加氫氧化鈉溶液至中性，最後真空乾燥後製得羥基化改性卵磷脂；

海藻功能母粒的製備方法如下：取竹粉並添加至其10倍質量的濃度為10wt%的氫氧化鈉溶液中，分散均勻後，減壓加熱至120℃，保溫疏解7h；疏解後過濾得到竹粉，再將竹粉添加至其11倍質量的濃度為75wt%的乙醇溶液中，加熱至85℃後保溫4h，再次進行過濾，對不溶物加水進行打漿，打漿至漿料叩解度為15°SR，然後進行磨漿，磨漿至漿料叩解度為20°SR，打漿後用水洗淨並減壓蒸餾後得到纖維素；將纖維素添加至其19倍質量的離子液體中，得到纖維素溶液；向纖維素溶液中添加其體積0.5倍的海藻提取液，攪拌均勻得到混合溶液，然後向混合溶液中添加等體積的濃度為2-4wt%的氯化鈣溶液，在45℃下交聯1.5h後，轉移-20℃的低溫下冰凍2天，然後取出冰凍物，用流水解凍，製得纖維素-海藻酸鈣水凝膠，再用無水乙醇進行溶劑置換，最後經過真空乾燥和研磨後，製得海藻功能母粒；

2）將步驟1）製備的混合液體採用氣壓噴霧方式均勻噴塗在乾燥化肥顆粒表面，噴塗壓力為0.58MPa，得到塗布後的化肥顆粒，將溫度冷卻至45℃，將冷卻後的化肥顆粒與其質量0.3%的白雲石粉混合攪拌15min；混合液體與乾燥化肥顆粒的質量比為1.45:1

3）將步驟2）得到的塗布後的化肥顆粒與蓖麻油混合攪拌，攪拌速度為2800r/min，溫度為93℃，攪拌時間為28min，得到降解型控釋化肥；塗布後的化肥顆粒與蓖麻油的質量比為1:3.6。

實施例3

一種降解型控釋化肥的製備方法，包括製備乾燥化肥顆粒，乾燥化肥顆粒的粒徑為2-4.5mm，包括以下步驟：

1）按重量份計，將100份的藕澱粉、150份羥基化改性卵磷脂、60份海藻功能母粒與200份玉米油在150℃、頻率為85MHz超聲震蕩75min，得到混合液體，備用；羥基化改性卵磷脂的製備方法為：將卵磷脂與濃度為50wt%的乳酸溶液混合均勻後加熱攪拌，其中所述卵磷脂與乳酸溶液的質量比為100:4，加熱溫度為70℃，加熱時間40min；在加熱攪拌過程中向反應液逐漸加入質量為所述卵磷脂20%的濃度為30wt%的雙氧水溶液；在加熱攪拌結束後向反應液滴加氫氧化鈉溶液至中性，最後真空乾燥後製得羥基化改性卵磷脂；

海藻功能母粒的製備方法如下：取竹粉並添加至其12倍質量的濃度為12wt%的氫氧化鈉溶液中，分散均勻後，減壓加熱至130℃，保溫疏解8h；疏解後過濾得到竹粉，再將竹粉添加至其12倍質量的濃度為80wt%的乙醇溶液中，加熱至90℃後保溫5h，再次進行過濾，對不溶物加水進行打漿，打漿至漿料叩解度為16°SR，然後進行磨漿，磨漿至漿料叩解度為22°SR，打漿後用水洗淨並減壓蒸餾後得到纖維素；將纖維素添加至其22倍質量的離子液體中，得到纖維素溶液；向纖維素溶液中添加其體積0.6倍的海藻提取液，攪拌均勻得到混合溶液，然後向混合溶液中添加等體積的濃度為4wt%的氯化鈣溶液，在50℃下交聯2h後，轉移-22℃的低溫下冰凍2天，然後取出冰凍物，用流水解凍，製得纖維素-海藻酸鈣水凝膠，再用無水乙醇進行溶劑置換，最後經過真空乾燥和研磨後，製得海藻功能母粒；

2）將步驟1）製備的混合液體採用氣壓噴霧方式均勻噴塗在乾燥化肥顆粒表面，噴塗壓力為0.65MPa，得到塗布後的化肥顆粒，將溫度冷卻至50℃，將冷卻後的化肥顆粒與其質量0.5%的白雲石粉混合攪拌15min；混合液體與乾燥化肥顆粒的質量比為1.5:1

3）將步驟2）得到的塗布後的化肥顆粒與蓖麻油混合攪拌，攪拌速度為3000r/min，溫度為95℃，攪拌時間為35min，得到降解型控釋化肥；塗布後的化肥顆粒與蓖麻油的質量比為1: 4.2。

應當理解的是，對於本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。