CN101891549A - 一种黄腐酸螯合纳米元素增效尿素及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种黄腐酸螯合纳米元素增效尿素，其包括如下重量百分比的组分：黄腐酸盐3～8％、纳米竹炭粉0.1～0.3％、纳米钛粉0.05～0.2％、防结块包膜剂0.15～0.3％、尿素91.55～96.45％。本发明还提供上述增效尿素的制备方法。本发明的黄腐酸螯合纳米元素增效尿素是一种新型的氮肥产品，其能有效活化土壤养分，促进作物对养分的吸收、利用，增强作物的光合作用；能显著提高尿素氮元素的利用率，增加作物产量，实现尿素的长效和增效化，从而实现农业领域的“节能减排和环境友好”的理念；并且，本发明制备方法工艺简单，生产条件温和且成本低廉。

Description

一种黄腐酸螯合纳米元素增效尿素及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型增效尿素肥料，具体地说，涉及一种黄腐酸螯合纳米元素增效尿素及其制备方法，属于农业技术领域。

背景技术

目前，随着我国农业发展，化肥已成为农业生产中最大的物质投入，化肥支出比重约占全部生产性支出的40％。2007年我国氮肥表观消费量达3965万吨N，其中农业消费约3500万吨。其中，尿素的施用量逐年提高，2007年我国尿素生产总量为2485.6万吨(折纯)，同比增长11.5％，我国尿素生产与消费均居世界之首。1998年***院士指出当时主要粮食作物氮肥利用率为30～35％，而目前，我国氮肥利用率不断下降，中科院通过对2002～2005年全国20个省、50个养分监测村开展的165个田间试验统计得出，中国三大粮食作物(水稻、夏玉米、冬小麦)氮肥当季利用率平均值为28.7％，低于农业发达国家30～40个百分点。可见，我国巨大的氮肥消费量，极低的利用率将造成资源浪费、环境污染、生产成本增加等系列问题。如何提高农业生产中氮肥特别是尿素的肥料利用率和增产效果，已成为涉及农业生产、肥料技术、环境保护等专业领域的重要课题之一，研究并利用长效、高效新型尿素产品成为提高尿素氮元素利用率的重要途径。

从已公开的各种技术文献和专利技术来看，目前腐植酸增效尿素产品主要分为三类：

(1)包囊型腐植酸尿素

所述包囊型腐植酸尿素是在尿素外面包被一层腐植酸，以达到长效、缓释的目的。例如，中国专利公开号CN1376652，公开日2002年10月30日，发明名称为“一种包囊型腐植酸尿素及其制备方法”，公开了一种包囊型腐植酸尿素，其为采用煤炭腐植酸经活化后与尿素颗粒反应交包涂的方法制备而成。

(2)共混络合型腐植酸尿素

所属共混络合型腐植酸尿素是将腐植酸与尿素混合后搅拌、加热，使其充分络合，制备而成。例如，中国专利CN1169975，公开日1998年1月14日，发明名称“一种腐植酸尿素络合物的制备方法”，公开了一种腐植酸尿素络合物，其为将浓度为5～10％的氨水80～200份，低级别煤(折成纯腐植酸)10～90份及尿素90～10份，在60～105℃下连续搅拌反应2～6小时进行络各反应，然后经沉降固液分离后，干燥制成。

(3)内核型腐植酸尿素

所述内核型腐植酸尿素是将熔融态的尿素喷涂在腐植酸颗粒表面制备而成。例如，中国专利CN101429063，公开日2009年5月13日，发明名称“腐植酸尿素及其制备方法”，公开了一种尿素包裹腐植酸型的腐植酸尿素，其是在70～150℃温度下将尿素加热熔融为液态后，以0.4～0.6MPa的压力喷涂到转鼓中转动的腐植酸颗粒表面，冷却制成。

以上列举的现有技术中提供的腐植酸增效尿素产品均存在不同缺点。其中，包囊型腐植酸尿素类产品存在包囊层易粉化、脱落，不利于农业生产操作；利用低级别风化煤，其腐植酸含量低、水溶性差、作物吸收利用率差等不足。共混络合型腐植酸尿素和内核型腐植酸尿素类产品，更多还是在强调尿素的缓慢释放及分解，以减少氮元素损失，但较少考虑在相对低的养分环境下，促进释放土壤养分，刺激作物根系的养分吸收能力，来实现氮元素利用率的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种黄腐酸螯合纳米元素增效尿素，该增效尿素是一种新型的氮肥产品，其能够有效活化土壤养分，促进作物对养分的吸收、利用，显著提高尿素氮元素的利用率，实现尿素的长效和增效化。

本发明的另一目的在于提供所述增效尿素的制备方法。

为了实现本发明的目的，本发明的黄腐酸螯合纳米元素增效尿素包括如下重量百分比的组分：黄腐酸盐3～8％、纳米竹炭粉0.1～0.3％、纳米钛粉0.05～0.2％、防结块包膜剂0.15～0.3％、尿素91.55～96.45％。

其中，所述黄腐酸盐为天然黄腐酸钾，其有效成分按重量百分比计为：黄腐酸≥55.0％、K₂O≥10.0％。

所述纳米竹炭粉的粒度为20～100nm，其为竹木经高温碳化后超微研磨制备而成，可以通过市售获得。

所述纳米钛粉为锐钛型纳米二氧化钛，其粒度为10～80nm，可以通过市售获得。

所述防结块包膜剂的组分按重量百分比计包括：固体石蜡15～25％、十二烷基苯磺酸钠2～5％、丙三醇3～8％、机械油70～80％。

本发明的增效尿素，其为将黄腐酸盐及纳米竹炭粉、纳米钛粉，与熔融状态的尿素充分混合并造粒，最后用防结块包膜剂包膜制得。

本发明还提供上述增效尿素的制备方法，包括如下步骤：

a、将尿素加热熔融，制得尿素熔融液，备用；

b、将黄腐酸盐、纳米竹炭粉和纳米钛粉充分混合；然后与步骤a的尿素熔融液均匀混合；

c、将步骤b制得的混合液喷进造粒塔进行干燥、造粒，制得增效尿素颗粒；

d、将防结块包膜剂在70～75℃温度下熔化，然后喷涂到步骤c制得的增效尿素颗粒上，制得黄腐酸螯合纳米元素增效颗粒。

其中，步骤a采用蒸汽加热，温度控制在120～130℃，以免引起氮元素损失和缩二脲的产生，熔融时间为10～20分钟。

步骤c是将熔融混合液喷进造粒塔后，利用冷空气充分干燥，冷凝成粒，制得的增效尿素颗粒的粒度为1.18～3.35mm。

本发明所述的防结块包膜剂，其是将固体石蜡、十二烷基苯磺酸钠、丙三醇和机械油放入恒温反应器中，加热至70～75℃，搅拌混合反应30～40分钟，即得。

本发明所述的防结块包膜剂还可以与调理剂类材料(如滑石粉、凹凸棒粉、硅藻土等)联合使用。

本发明采用黄腐酸盐(天然黄腐酸钾)作为尿素的增效成分，与现有技术中采用腐植酸作为尿素的络合增效剂相比，由于黄腐酸盐比腐植酸盐的官能团更多、络合能力更强，从而能够与尿素形成相当稳定的络合物；同时，黄腐酸盐较腐植酸盐能更有效抑制脲酶活性、延缓尿素分解；更重要的是，黄腐酸盐能有效促进作物光合作用，仅叶绿素的含量就可提高30％以上；且黄腐酸盐比腐植酸更容易进入作物体内并且作用更持久。

光合作用在本质上是无机的二氧化碳中的碳原子被还原、水分子中的氢原子转移到碳原子上，太阳光能转变成化学能的过程。经研究表明，黄腐酸盐比腐植酸盐具有更多的酚醌互变来促进光合作用，如下所示：

当酚变成醌时，可以提供两个氢原子，而醌和水分子反应生成酚，即：

以上即为酚醌互变过程，该变化的实质就是使水分子分解为两个氢原子和1/2个氧分子，显然黄腐酸盐的酚醌互变反应起到了分解水的催化剂的作用。酚醌互变生成的氢原子，使光合反应更容易进行：

O＝C＝O+2H→H₂CO(甲醛)+1/2 O₂

H₂CO(甲醛)→C₆(H₂O)₆(葡萄糖)

但是单分子的酚醌互变几乎不可能发生，这是因为醌是很难再生成酚的。而黄腐酸盐却是一种理想的能够酚醌互变的物质，酚醌的数量几乎保持在一个固定值，这可能与黄腐酸盐中含有大量的自由基有关。据测定，黄腐酸盐中这两种官能团数量上差不多，均约为10²¹/g，如此之多的酚醌互变源源不断地提供氢原子，从而促进作物光合作用的进行。黄腐酸盐还能有效促进根系发育和根系分泌物产生量的增加，提高作物对氮元素的吸收和利用。

此外，本发明采用“纳米蜂巢嵌合技术”，将植物质纳米竹碳粉及纳米钛粉的混合物，在尿素熔融液中与黄腐酸盐(天然黄腐酸钾)充分螯合，在增效尿素的同时，充分发挥了纳米材料特有的电、磁效应，刺激作物对氮元素的吸收利用。国内外多项研究结果表明，钛元素作为痕量元素，对作物增产具有神奇的效果，本发明使用的锐钛型纳米二氧化钛，极易被作物根系吸收与利用，能促进作物的新陈代谢，进而提高作物对氮元素的利用率。

另外，本发明还利用防结块包膜剂对增效尿素颗粒外层进行喷涂。所述防结块包膜剂中，固体石蜡能封闭肥料表面，防止肥料内部水汽外渗造成晶桥的形成，同时阻止外来水汽的附着；阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠和稠度调节剂丙三醇，即可以提高防结块包膜剂在喷涂时的延展性和附着力，增加包膜均匀度，又可以利用十二烷基苯磺酸钠的疏水基防止外来水汽的进入。

本发明的优点在于：本发明的黄腐酸螯合纳米元素增效尿素是一种新型的氮肥产品，其能有效活化土壤养分，促进作物对养分的吸收、利用，增强作物的光合作用；能显著提高尿素氮元素的利用率，增加作物产量，实现尿素的长效和增效化，从而实现农业领域的“节能减排和环境友好”的理念；并且，本发明制备方法工艺简单，生产条件温和且成本低廉。

附图说明

图1为本发明制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

以下通过具体实施例来进一步说明本发明，但不用来限制本发明的范围。下述实施例均为根据图1所示的工艺流程，制备黄腐酸螯合纳米元素增效尿素。

实施例1

防结块包膜剂的预制备：将20kg固体石蜡、5kg丙三醇、2kg十二烷基苯磺酸钠及73kg机械油(46#)，依次放入恒温反应釜中，在70℃条件下反应40分钟，即得100kg防结块包膜剂粘稠状液体。

增效尿素的制备：将930kg尿素通过斗料机输送到尿素熔融罐中，利用蒸汽加热至125℃，加热15分钟，使尿素熔融，然后通过压力泵将尿素熔融液输送到造粒塔顶部的混合槽；然后将2kg粒度均值为30nm的纳米竹炭粉(上海海诺碳业有限公司，下同)、1kg粒度均值为20nm的锐钛型纳米二氧化钛(上海沪正纳米科技有限公司，下同)及65kg天然黄腐酸钾(太原美邦生物科技有限公司，下同)在混合斗料机中混合，然后输送至混合槽，与上述尿素熔融液均匀混合；将上述混合液喷淋入造粒塔，利用冷空气对其充分干燥、冷凝造粒，得到增效尿素颗粒，粒度为1.18～3.35mm；再将2kg防结块包膜剂在70℃温度下熔化，经包膜机高压喷嘴喷涂于上述增效尿素颗粒表面，即得增效尿素成品。

实施例2

防结块包膜剂的预制备：与实施例1相同。

增效尿素的制备：将915.5kg尿素通过斗料机输送到尿素熔融罐中，利用蒸汽加热至130℃，加热10分钟，使尿素熔融，然后通过压力泵将尿素熔融液输送到造粒塔顶部的混合槽；然后将1kg粒度均值为30nm的纳米竹炭粉、0.5kg粒度均值为20nm的锐钛型纳米二氧化钛及80kg天然黄腐酸钾在混合斗料机中混合，然后输送至混合槽，与上述尿素熔融液均匀混合；将上述混合液喷淋入造粒塔，利用冷空气对其充分干燥，冷凝造粒，得到增效尿素颗粒，粒度为1.18～3.35mm；再将3kg防结块包膜剂在75℃温度下熔化，经包膜机高压喷嘴喷涂于上述增效尿素颗粒表面，即得增效尿素成品。

实施例3

防结块包膜剂的预制备：将15kg固体石蜡、3kg丙三醇、2kg十二烷基苯磺酸钠及80kg机械油(46#)通过实施例1方法制得。

增效尿素的制备：将959kg尿素通过斗料机输送到尿素熔融罐中，利用蒸汽加热至120℃，加热20分钟，使尿素熔融，然后通过压力泵将尿素熔融液输送到造粒塔顶部的混合槽；然后将3kg粒度均值为30nm的纳米竹炭粉、1.5kg粒度均值为20nm的锐钛型纳米二氧化钛及35kg天然黄腐酸钾在混合斗料机中混合，然后输送至混合槽，与上述尿素熔融液均匀混合；将上述混合液喷淋入造粒塔，利用冷空气对其充分干燥，冷凝造粒，得到增效尿素颗粒，粒度为1.18～3.35mm；再将1.5kg防结块包膜剂在70℃温度下熔化，经包膜机高压喷嘴喷涂于上述增效尿素颗粒表面，即得增效尿素成品。

实施例4

防结块包膜剂的预制备：将25kg固体石蜡、3kg丙三醇、2kg十二烷基苯磺酸钠及70kg机械油(46#)通过实施例1方法制得。

增效尿素的制备：将964.5kg尿素通过斗料机输送到尿素熔融罐中，利用蒸汽加热至130℃，加热15分钟，使尿素熔融，然后通过压力泵将尿素熔融液输送到造粒塔顶部的混合槽；然后将2kg粒度均值为30nm的纳米竹炭粉、2kg粒度均值为20nm的锐钛型纳米二氧化钛及30kg天然黄腐酸钾在混合斗料机中混合，然后输送至混合槽，与上述尿素熔融液均匀混合；将上述混合液喷淋入造粒塔，利用冷空气对其充分干燥，冷凝造粒，得到增效尿素颗粒，粒度为1.18～3.35mm；再将1.5kg防结块包膜剂在70℃温度下熔化，经包膜机高压喷嘴喷涂于上述增效尿素颗粒表面，即得增效尿素成品。

以下通过试验例来进一步说明本发明。

试验例1冬小麦-夏玉米等量试验

对本发明实施例1的增效尿素，于2008年10月～2009年10月期间，在河北马庄农场进行田间试验，潮土土类，土壤质地为粉砂土。2008年10月15日开始种植冬小麦(品种Y119)，冬小麦与夏玉米(郑单958)轮作，2009年10月18日收获夏玉米。试验三次重复，采用随机区组设计，小区面积334m²，设如下3个处理：

CK为空白对照：不适用氮肥，仅施用磷、钾肥；

T1处理：施用普通尿素(一级品)，冬小麦种植季施氮量为225kgN/hm²，1/2作基肥，1/4返青追施，1/4拔节期追施；夏玉米种植季施氮量为180kg N/hm²，1/2作基肥，1/2大喇叭口期追施；

T2处理：施用实施例1制备的增效尿素，施氮量同T1处理，均作基肥。

各处理磷、钾肥用量与当地习惯相同，均作基肥。结果如表1～8所示。

表1不同肥料处理冬小麦产量及氮元素利用率结果分析

表2不同肥料处理冬小麦产量构成因素

表3不同肥料处理对冬小麦品质的影响

从表1～3可以看出，与施用普通尿素处理相比较，施用本发明增效尿素处理的冬小麦产量提高17.3％，差异极显著，氮元素利用率提高12.7％；株高、穗长、小穗数、穗粒数和千粒重等产量构成因素明显增加，分别提高8.5％、8.5％、5.9％、35.3％和15.6％，为冬小麦的增产奠定了基础。结果表明，本发明增效尿素的施用在促进冬小麦增产的同时，有利于冬小麦品质的提高，籽粒蛋白质、湿面筋和氨基酸含量分别提高2.7％、12.2％和10.1％。

表4不同肥料处理夏玉米产量及氮元素利用率结果分析

表5不同肥料处理夏玉米产量构成因素

表6不同肥料处理对夏玉米品质的影响

从表4～6可以看出，施用本发明增效尿素处理与施用普通尿素处理相比，夏玉米产量提高20.6％，差异极显著，氮元素利用率提高15.1％；穗长、穗粒数和千粒重等产量构成因素明显增加，分别提高15.2％、17.3％和17.7％，秃尖长降低15.0％。结果表明，施用本发明增效尿素处理促进夏玉米的品质显著提高，蛋白质、脂肪、淀粉和氨基酸含量分别提高8.9％、3.4％、12.1％和10.2％。

表7不同肥料处理0～120cm土体硝态氮积累量(kg/hm²)

表8不同肥料处理土壤剖面硝态氮表观淋失率(％)

表7～8比较了经过大田作物两个生长季后，施用本发明增效尿素与普通尿素的0～120cm土体硝态氮累积量和表观淋失率，结果表明，本发明增效尿素处理0～120cm土体的硝态氮累积量较施用普通尿素处理降低56.9％，表观淋失率减少72.8％。可见，与施用常规尿素相比，增效尿素的施用明显降低土体中氮元素的淋失强度，从而有效降低地下水硝酸盐含量超标的风险，在提高氮元素利用率的同时，具有重要的环境效益。

试验例2春玉米减量试验

于2009年5月～2009年10月，在吉林省榆树市环城乡进行田间试验，黑土土类，土壤质地为壤土。2009年5月6日种植，2009年10月11日收获。春玉米品种为先玉335，种植密度65000株/hm²。试验三次重复，采用随机区组设计，小区面积667m²，设如下3个处理：

CK为空白对照：不适用氮肥，仅施用磷、钾肥；

T1处理：施用普通尿素(一级品)，施氮量为225kg N/hm²，1/2作基肥，1/2拔节期追施；

T2处理：施用实施例1制备的增效尿素，施氮量180N/hm²，均作基肥。

各处理磷、钾肥用量与当地习惯相同，均作基肥。结果如表9～10所示。

表9不同肥料处理春玉米产量及氮元素利用率结果分析

表10不同肥料处理春玉米产量构成因素

从表9～10可以看出，施用本发明增效尿素处理较施用普通尿素处理的春玉米产量提高17.7％，差异极显著，氮元素利用率提高20.5％；施用本发明增效尿素有利于穗长、穗粒数和千粒重等产量构成因素的增加，分别提高10.6％、6.4％和9.0％，而秃尖长降低了27.8％。结果表明，施用本发明增效尿素能减少氮肥用量和追施次数，有效实现了氮肥减施增效的目标。

试验例3水稻减量试验

于2009年4月～2009年10月在黑龙江省桦川县江川农场进行田间试验，黑土土类，土壤质地为盐渍型水稻土。2009年4月18日育苗，5月16日插秧，栽植密度为29.7cm×13.2cm，每穴3～4株。水稻成熟后分区考种、测产，10月20日分区收割、脱谷。水稻品种为东农429，试验三次重复，采用随机区组设计，小区面积667m²，设如下3个处理：

CK为空白对照：不适用氮肥，仅施用磷、钾肥；

T1处理：施用普通尿素(一级品)，施氮量为180kg N/hm²，1/4作基肥，1/4作返青肥，1/4一次分蘖肥，1/4二次分蘖肥；

T2处理：施用实施例1制备的增效尿素，施氮量144N/hm²，1/2作基肥，1/2作返青肥。

各处理磷、钾肥用量与当地习惯相同，均作基肥。结果如表11～12所示。

表11不同肥料处理水稻产量及氮元素利用率结果分析

表12不同肥料处理水稻产量构成因素

从表11～12可以看出，在减施20％氮元素用量的条件下，施用本发明增效尿素处理较施用普通尿素处理的水稻产量提高14.9％，差异极显著。氮元素利用率提高22.7％；施用本发明的增效尿素有利于穗数、穗粒数、结实率和千粒重的增加，分别提高10.3％、9.7％、4.7％和1.7％。结果表明，施用本发明的增效尿素可减少氮肥用量，提高氮元素利用率，体现出良好的经济效益和环境效益。

Claims (10)

1.一种黄腐酸螯合纳米元素增效尿素，其特征在于：所述增效尿素包括如下重量百分比的组分：黄腐酸盐3～8％、纳米竹炭粉0.1～0.3％、纳米钛粉0.05～0.2％、防结块包膜剂0.15～0.3％、尿素91.55～96.45％。

2.根据权利要求1所述的增效尿素，其特征在于，所述黄腐酸盐为天然黄腐酸钾，其有效成分按重量百分比计为：黄腐酸≥55.0％、K₂O≥10.0％。

3.根据权利要求1所述的增效尿素，其特征在于，所述纳米竹炭粉的粒度均值为20～100nm。

4.根据权利要求1所述的增效尿素，其特征在于，所述纳米钛粉为锐钛型纳米二氧化钛，其粒度均值为10～80nm。

5.根据权利要求1所述的增效尿素，其特征在于，所述防结块包膜剂的组分按重量百分比计包括：固体石蜡15～25％、十二烷基苯磺酸钠2～5％、丙三醇3～8％、机械油70～80％。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的增效尿素，其特征在于，所述增效尿素，其为将黄腐酸盐及纳米竹炭粉、纳米钛粉，与熔融状态的尿素充分混合并造粒，最后用防结块包膜剂包膜制得。

7.制备权利要求1-6任意一项所述增效尿素的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、将尿素加热熔融，制得尿素熔融液，备用；

b、将黄腐酸盐、纳米竹炭粉和纳米钛粉充分混合；然后与步骤a的尿素熔融液均匀混合；

c、将步骤b制得的混合液喷进造粒塔进行干燥、造粒，制得增效尿素颗粒；

d、将防结块包膜剂在70～75℃温度下熔化，然后喷涂到步骤c制得的增效尿素颗粒上，制得黄腐酸螯合纳米元素增效尿素颗粒。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤a采用蒸汽加热，温度控制在120～130℃，熔融时间为10～20分钟。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤c是将熔融混合液喷进造粒塔后，利用冷空气充分干燥，冷凝成粒。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤c中增效尿素颗粒的粒度为1.18～3.35mm。

Images