一種通過無機(jī)二級(jí)吸附制備緩釋肥料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種復(fù)合生態(tài)肥的制備方法，尤其是涉及一種通過無機(jī)二級(jí)吸附制備 緩釋肥料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 化肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最大的物質(zhì)投資，約占其全部生 產(chǎn)性支出的50%。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織估計(jì)，發(fā)展中國(guó)家糧食的增產(chǎn)中，其55%來自化肥的作 用。我國(guó)化肥的投入和糧食的關(guān)系也基本符合這一規(guī)律，隨著高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展， 化肥在我國(guó)農(nóng)業(yè)中的地位將更為重要，我國(guó)農(nóng)業(yè)已成為世界上最大的化肥生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi) 國(guó)。
[0003] 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐表明，由于肥料性質(zhì)與土壤環(huán)境條件的綜合影響，肥料利用率低是 化肥使用上普遍存在的問題。目前我國(guó)化肥的當(dāng)季利用率較低:氮為30%~35%，磷為10%~ 20%，鉀為30%~35%。其中氮的損失特別嚴(yán)重，不僅造成了直接的經(jīng)濟(jì)損失，而且部分地區(qū)因 施肥不當(dāng)已引起環(huán)境污染，出現(xiàn)地表富營(yíng)養(yǎng)化、地下水和素菜中硝態(tài)氮含量超標(biāo)、氧化亞氮 排放量增加等問題。傳統(tǒng)的肥料利用率低，肥效期短，養(yǎng)分容易淋失、揮發(fā)和固定，而速效性 肥料不僅利用率低，而且成本高，污染嚴(yán)重，也不適應(yīng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的要求。采用針對(duì)性施肥 技術(shù)是從根本解決我國(guó)目前施肥落后現(xiàn)狀的重要途徑，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的必要選擇，發(fā) 展可持續(xù)高效農(nóng)業(yè)已成為世界共同關(guān)注的問題。因此，研究應(yīng)用緩釋性肥料，提高肥料利用 率，減少因施肥而造成的污染，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大而深遠(yuǎn)。
[0004] 緩釋肥料種類較多，按其含義可分為兩類：一類有機(jī)氮化合物，包括脲甲醛縮合 物、其它脲醛和合成氮化合物，例如尿素與甲醛、乙醛、正丁烯醛、異丁烯醛等縮合而成的肥 料。此類肥料被植物吸收后，在植物體內(nèi)的代謝時(shí)間長(zhǎng)，不易排出體外，屬于緩慢代謝類緩 釋肥料；另一類是包膜肥料，包括非有機(jī)物包膜肥料、有機(jī)聚合物包膜肥料、熱塑性樹脂包 膜肥料、聚合物包膜硫包衣尿素和基質(zhì)復(fù)合肥料等。此類緩釋肥中營(yíng)養(yǎng)元素與特定物質(zhì)連 接，在供給營(yíng)養(yǎng)和肥力緩釋方面效果明顯。
[0005] 緩釋肥料按其加工過程的不同，主要分為整體法和微囊法，分別對(duì)應(yīng)上述兩類緩 釋肥料。其中，以整體法制備的有機(jī)氮化合物緩釋肥，需要將肥料溶解后重新造粒，此外還 需借助于難溶于水的高分子聚合物，另外在很多情況下，低分子量脲醛部分提供的氮素比 例在作物生長(zhǎng)前期超過了作物所需要的量，然而高分子量部分提供氮素又太慢，養(yǎng)分釋放 后殘留的聚合物可能帶來二次污染;微囊法是通過包涂惰性物質(zhì)的半透膜，以控制肥料向 外的滲透速率，但此法往往制備成本較高，同時(shí)包膜材料易對(duì)土壤造成污染。
[0006] 綜上考慮到，通過無機(jī)吸附方法制備緩釋基質(zhì)復(fù)合肥料，利用價(jià)格低廉的強(qiáng)吸附 性的無機(jī)材料作為載體，利用整體法原理，在一定條件下能夠快速將無機(jī)材料與營(yíng)養(yǎng)元素 有機(jī)結(jié)合，是制備緩釋肥的極佳選擇。因此，本發(fā)明具有很大的理論及實(shí)踐意義落。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種通過無機(jī)二級(jí)吸附制備緩釋肥料的方法，以無機(jī)物為 吸附劑，通過二級(jí)吸附使復(fù)合肥能在土壤環(huán)境中保持較穩(wěn)定狀態(tài)，減緩釋放速度，從而制得 綜合性價(jià)比較高的緩釋復(fù)合生態(tài)肥。解決目前緩釋化肥成本高，制備難度大等問題，從而得 到肥效持久，綜合經(jīng)濟(jì)效益良好的緩釋肥料。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種通過無機(jī)二級(jí)吸附制備緩釋肥料的方法，其特征在于通過微孔無機(jī)物的一級(jí)吸附 和大孔網(wǎng)狀無機(jī)物的二級(jí)吸附獲得緩釋肥料，制備緩釋肥的主要原料按重量份計(jì)為:硝酸 鉀35~45份，磷酸|丐5~8份，磷酸氫|丐5~8份，尿素12~20份，凹凸棒土5~10份，膨潤(rùn)土5~10份， 白炭黑5~10份，娃藻土 5~10份，膨脹珍珠巖5~10份。
[0009] -種通過無機(jī)二級(jí)吸附制備緩釋肥料的方法，分為以下六個(gè)階段:硝酸鉀的二級(jí) 吸附，磷酸鈣及磷酸氫鈣的二級(jí)吸附，尿素的二級(jí)吸附，再造粒過程，表面處理過程、再吸附 過程。
[0010]所述硝酸鉀的二級(jí)吸附階段的具體操作方法為：取凹凸棒土及膨潤(rùn)土，置于低速 攪拌器中，加入無水乙醇作分散劑，攪拌2~2.5h。然后加入硝酸鉀粉末，攪拌20~30min。最后 加入正娃酸乙酯，繼續(xù)攪拌2~4h。
[0011] 優(yōu)選的，每克硝酸鉀對(duì)應(yīng)的無水乙醇的加入量為5~10mL，對(duì)應(yīng)正硅酸乙酯的加入 量為1~2mL。
[0012]優(yōu)選的，低速攪拌機(jī)的攪拌速度為30~50r/min。
[0013] 所述磷酸鈣及磷酸氫鈣的二級(jí)吸附階段的操作方法為：取凹凸棒土及膨潤(rùn)土，置 于低速攪拌器中，加入去離子水作分散劑，攪拌1~2h。然后加入磷酸鈣及磷酸氫鈣粉末，攪 拌20~30min。最后加入正娃酸乙酯，繼續(xù)攪拌4~6h。
[0014] 優(yōu)選的，去離子水的加入量為凹凸棒土及膨潤(rùn)土重量的30~50倍，每克磷酸鈣及磷 酸氫1丐對(duì)應(yīng)正娃酸乙酯的加入量為1~2mL。
[0015]優(yōu)選的，低速攪拌機(jī)的攪拌速度為50~70r/min。
[0016] 所述尿素的二級(jí)吸附階段的操作方法為：取凹凸棒土及膨潤(rùn)土，置于低速攪拌器 中，加入液體四氯化碳作分散劑，攪拌2~2.5h。然后加入尿素粉末，攪拌20~30min。最后加入 正硅酸乙酯，繼續(xù)攪拌1~2h。
[0017] 優(yōu)選的，每克尿素對(duì)應(yīng)的四氯化碳加入量為5~10mL，對(duì)應(yīng)正硅酸乙酯的加入量為1 ~2mL〇
[0018]優(yōu)選的，低速攪拌機(jī)的攪拌速度為30~50r/min。
[0019] 所述再造粒過程階段的具體操作方法為:將上述三個(gè)步驟所得的多孔材料吸附肥 料的混合液分別抽濾，所得固體置于真空烘箱中干燥，并混合，粉碎，使其粒徑為60~100目。
[0020] 優(yōu)選的，所述干燥溫度不宜過高，60~80°C為宜。
[0021]所述表面處理過程階段的具體操作方法為：首先取一定量的白炭黑及硅藻土粉 末，加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，于高速混合機(jī)中攪拌混合。然后取一定質(zhì)量的膨脹珍珠 巖，加熱使其膨脹后，進(jìn)行冷卻，并加入氨水進(jìn)行預(yù)處理，再與3-氨基丙基三乙氧基硅烷的 無水乙醇混合，置于高速混合機(jī)中，加熱攪拌。
[0022]優(yōu)選的，所述3-氨基丙基三乙氧基硅烷的加入量為無機(jī)物質(zhì)量的1~3%，無水乙醇 的質(zhì)量為3-氨基丙基三乙氧基硅烷的1~2倍。
[0023] 優(yōu)選的，所述高速混合的溫度為100~110°C，轉(zhuǎn)速為100~120r/min，時(shí)間為20~ 30min〇
[0024] 所述再吸附過程階段的具體操作方法為:將上述經(jīng)二級(jí)吸附作用得到的肥料，與 上述經(jīng)表面處理后的白炭黑，硅藻粉及膨脹珍珠巖，以一定比例混合，置于低速攪拌器中， 攪拌至均勻分散并有效吸附。
[0025] 優(yōu)選的，所述攪拌速度為30~50r/min，時(shí)間為1~3h。
[0026]所述凹凸棒土，為鏈層狀鎂硅酸鹽粘土礦物，層間有通道，比表面積大，氨氮吸附 能力強(qiáng);所述膨潤(rùn)土為鈉基膨潤(rùn)土，層間陽離子為Na+，是以蒙脫石為主的含水粘土礦，具 有物理、化學(xué)及離子交換吸附功能;所述白炭黑為無定型粉末，多孔性物質(zhì)，有著良好的親 和性和化學(xué)穩(wěn)定性，具有極強(qiáng)的吸附能力。所述硅藻土是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖制得 的粉體，礦物成分為蛋白石及其變種，具有特殊多孔網(wǎng)狀構(gòu)造;所述膨脹珍珠巖為加熱后可 膨脹形成多孔結(jié)構(gòu)的礦物巖石，吸附水分和無機(jī)物的能力強(qiáng)。
[0027]本發(fā)明中，先以不同的分散劑，對(duì)凹凸棒土及膨潤(rùn)土進(jìn)行攪拌分散，再對(duì)硝酸鉀， 磷酸鈣，磷酸氫鈣及尿素分別進(jìn)行吸附，其吸附原理符合二級(jí)吸附原理。由于凹凸棒土獨(dú)特 的層鏈狀結(jié)構(gòu)，使其內(nèi)表面積及比表面積很大，吸附能力強(qiáng)。而膨潤(rùn)土具有很強(qiáng)的物理，化 學(xué)及離子交換吸附能力。因此，二級(jí)吸附的吸附率較高。為使吸附平衡處于較高點(diǎn)，二級(jí)吸 附需在較低的溫度下進(jìn)行。為使二級(jí)吸附后的復(fù)合肥能在土壤環(huán)境中保持較穩(wěn)定狀態(tài)，減 緩釋放速度，采用多孔網(wǎng)狀的白炭黑，硅藻土及膨脹珍珠巖對(duì)以吸附好的材料進(jìn)行再吸附， 以進(jìn)一步提高其性能。白炭黑和硅藻土具有多孔結(jié)構(gòu)，而膨脹珍珠巖在加熱條件下膨脹，體 積增大數(shù)十倍，形成很多孔洞，他們經(jīng)表面改性后，表面形成超細(xì)粉粒子，具有更好的吸附 效果，從而制得綜合性價(jià)比較高的緩釋復(fù)合生態(tài)肥。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益 效果： (1)本發(fā)明所使用的強(qiáng)吸附性能的無機(jī)材料可與肥料營(yíng)養(yǎng)元素有機(jī)結(jié)合，肥效持久，緩 釋性能佳。
[0028] (2)本發(fā)明所選無機(jī)材料價(jià)格低廉，制備過程相對(duì)簡(jiǎn)化，整體造價(jià)低。無機(jī)材料作 為肥料粘結(jié)劑，造粒成型率高，時(shí)間短，生產(chǎn)能力強(qiáng)。
[0029] (3)本發(fā)明所選無機(jī)材料除吸附營(yíng)養(yǎng)元素外，本身具有懸浮劑、乳液分散劑、顆粒 劑等作用，在發(fā)揮緩釋肥料基本功能的同時(shí)，對(duì)于發(fā)揮農(nóng)藥藥效、改良土壤等都具有突出作 用。
[0030] (4)本發(fā)明所用的部分吸附材料具有離子交換吸附能力，進(jìn)入土壤后可與其他離 子作用，有利于土壤保持適宜的PH值。
[0031] (5)本發(fā)明中使用的無機(jī)材料內(nèi)部孔洞多，在制備過程中不可能達(dá)到吸附飽和，其 進(jìn)入土壤后，能吸附部分水分子，達(dá)到一定的保水作用，在干旱地區(qū)能改善土壤缺水狀態(tài)。 [0032] (6)本發(fā)明使用的白炭黑和硅藻土的主要成分為二氧化硅，其能有效提高粉末的 流動(dòng)性，防止肥料在貯存過程中結(jié)塊，提高貯存穩(wěn)定性。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下所述【具體實(shí)施方式】，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形 式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如下，然而并非用以限定本發(fā)明，任何在不脫 離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，利用下述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動(dòng)或修飾為等同 變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以下 實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
[0034] 實(shí)例 1 先將3kg凹凸棒土與2kg膨潤(rùn)土加入低速攪拌器中，加入245mL無水乙醇作分散劑，以 40r/min的速度攪拌2h。然后加入35kg硝酸鉀粉末，繼續(xù)攪拌20min，再加入70mL正娃酸乙 酯，繼續(xù)攪拌2h。以上述類似的方法及配比，將2kg凹凸棒土與2kg膨潤(rùn)土，以去離子水為分 散劑，將6kg磷酸鈣及6kg磷酸氫鈣吸附；并將3kg凹凸棒土與2kg膨潤(rùn)土，以四氯化碳為分散 劑，將15kg尿素吸附。然后將所得肥料分別抽濾，在真空烘箱中干燥，并粉碎至60~100目。然 后取8kg白