CN103304313B

CN103304313B - 高保水缓控释肥

Info

Publication number: CN103304313B
Application number: CN201310233337.2A
Authority: CN
Inventors: 陈奎; 张健荣; 杨柯; 何震; 曾小梅
Original assignee: CHONGQING HENGYUAN JINTONG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHONGQING HENGYUAN JINTONG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2015-02-11
Anticipated expiration: 2033-06-13
Also published as: CN103304313A

Abstract

本发明属于有机化学领域，涉及缓释有机肥的制备，有机肥由有机肥和所述的保水缓控释载体组成，以干重计所述保水缓控释载体占所述有机肥重量的2-8%，所述保水缓控释有机肥由丙烯酸和/或丙烯酸衍生物，与含有纤维素的烟梗渣以接枝的方式形成聚合物而成，所述丙烯酸衍生物包括丙烯酰胺或丙烯酸钠；本发明提及的有机肥的保水缓控释载体，吸水量高，保水时间长；本发明涉及的有机肥的保水缓控释载体，成本低，绿色环保，是利用烟草废弃物为原料制备的，当其接枝到丙烯酸或其衍生物上形成聚合物时，具有意想不到的吸水效果，且具有缓释和控释的优点，适用于气候多变易干旱的地区施肥。

Description

高保水缓控释肥

技术领域

本发明属于化学领域，涉及缓释和控释肥料。

背景技术

高吸水性树脂是一类高分子功能材料，吸水量大、保水性强，可以吸收比自身重量更多的水，而且所吸人的水在适当的压力下也不会被挤出。丙烯酸是常用的高吸水性功能材料，其化学式为C₃H₄O₂的有机化合物，为不饱和羧酸，由一个乙烯基和一个羧基组成。纯的丙烯酸是无色澄清液体，带有特征的刺激性气味。它可与水、醇、醚和氯仿互溶，是由从炼油厂得到的丙烯制备的。纤维素类高吸水树脂是指纤维素及其衍生物与丙烯酸通过聚合反应，将纤维素及其衍生物接枝到吸水树脂中，形成的聚合物，其吸水速度快，吸水后形成的凝胶强度大，但其吸水能力不强。根据不同的用途，研究者们合成了不同功能参数的纤维素类高吸水树脂以满足使用需求。如申请号为201010239586.9的中国发明专利，纤维素凝胶/丙烯酸系聚合物组合物，其具有纤维素的优良力学性能、热稳定性和光学透过性,以及丙烯酸系树脂的优良耐候性和柔韧性。

缓释肥料，根据《GB/T23348-2009》的解释，是指通过养分的化学复合或物理作用，使其对作用的有效态养分随着时间而缓慢释放的化学肥料。詹发禄等人《具有缓释肥功能超强吸水树脂研究》一文介绍了用丙烯酸制备高吸水性缓释肥载体的应用，其在室温下30分钟可吸收325倍的蒸馏水，其含P₂O₅为9.2%，含N为15%。申请号为200510018564.9的中国发明申请，介绍了一种将甘蔗渣与丙烯酸盐接枝聚合物，该产品能吸收200-500倍体积的去离子水，但不具有控释效果。申请号为201110206569.X对上述技术进行了改进，由水溶性聚合单体、甘蔗渣或甘蔗渣衍生物、磷矿粉、自由基聚合引发剂和交联剂制备，得到一种一种水肥一体化保水剂，其对蒸馏水的吸水能力不超过500倍，对生理盐水的吸水能力不超过70倍。

烟草是茄科烟草属植物，烟梗即是烟叶之粗硬叶脉，约占叶重25％～30％。作为烟草生产大国，我国每年约有数十万吨烟梗废弃物被弃置浪费。烟梗目前的主要利用形式是提取烟碱、茄呢醇、制烟草薄片等。目前，还没有利用烟梗作为高吸水性树脂聚合物的研究报道。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种有机肥的保水缓控释载体，其吸水能力强，生产成本低。另外，本发明还提供高保水缓控释有机肥，其成本低，具有缓控释作用。

为实现上述目的，本发明的技术方案为:

有机肥的保水缓控释载体，所述有机肥的保水缓控释载体由丙烯酸和/或丙烯酸衍生物，与含有纤维素的烟梗渣（以纤维素为主要组成物）以接枝的方式形成聚合物而成，所述丙烯酸衍生物包括丙烯酰胺或丙烯酸钠，丙烯酸及其衍生物的中和度为70-90%。

优选的，所述纤维素为低结晶改性纤维素。

优选的，所述烟梗渣中还含有木质素和半纤维素，所述纤维素占所述烟梗渣总重量不低于50%。

优选的，所述的有机肥的保水缓控释载体，由15-25重量份所述烟梗渣,与所述60-68重量份丙烯酸和/或丙烯酸衍生物形成的聚合物。

所述的有机肥的保水缓控释载体的制备方法，具体为：将所述含有纤维素的烟梗渣、所述丙烯酸或丙烯酸衍生物、交联剂和引发剂通过聚合反应制得聚合物，所述聚合物为有机肥的保水缓控释载体。

优选的，所述的制备方法，所述原料按重量份计由以下组分组成：烟梗渣的用量为15-25份，所述丙烯酸或丙烯酸衍生物60-80份，引发剂0.2-1份，交联剂4-8份，所述烟梗渣中含有重量不低于50%的纤维素。

优选的，所述的制备方法，聚合反应的温度是50-60℃，反应时间为3-6小时。

进一步，所述引发剂为K₂S₂O₈，或(NH₄)₂S₂O₈，所述交联剂包含Ｎ，Ｎ′-亚甲基双丙烯酰氨，聚乙二醇600和聚乙二醇1000中任一种。

优选的，所述的制备方法，所述原料按重量份计由以下组分组成：烟梗渣的用量为20份，所述丙烯酸70份，引发剂0.8份，交联剂6份，聚合反应的温度是55℃，反应时间为4小时，所述引发剂为K₂S₂O₈，所述交联剂包含Ｎ，Ｎ′－亚甲基双丙烯酰氨，所述烟梗渣中含有重量为55%，含有重量为5%的木质素，含有重量为10%的半纤维素。

有机肥的保水缓控释载体的应用，在农作物曾肥保水中的应用。

高保水缓控释肥，由有机肥和所述的保水缓控释载体组成，所述保水缓控释载体占所述有机肥重量的2-8%。

所述的高保水缓控释肥的制备方法，将有机肥干燥后造粒，然后将保水缓控释载体加热至熔融状态后喷涂于有机肥颗粒表面，喷涂量为有机肥质量的2-8%，冷却干燥后得到成品。

高保水缓控释生物有机肥的制备方法，具体包括以下步骤：

1）烟梗中纤维素的提取

将烟梗粉碎，加10-30倍水，调整pH值为11-13，在功率为100W的微波下处理不少于1分钟，得预处理料；将所得预处理料过滤，滤渣用酸调节pH值为4.0-5.0，反应不低于40分钟，并用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐充分溶解反应，固液分离，液相中加入去离子水，得沉淀物，所述沉淀物为纤维素；

2）发酵制作有机肥

将步骤1）中除去纤维素后的其余部分，调节pH值至6.8-7.5，得烟草培养基；在混合培养基中添加质量比添加0.8-1.2%的生物菌剂，搅拌混合均匀后在37℃下通过固态自然发酵10-25天，发酵后经熟化处理，控制水份至15%以下，即制成有机肥；

所述混合培养基按重量份计由以下组分组成：所述烟草培养基15-20份，麦麸5-10份，氯化钠2-3份；

3）高保水缓控释肥的制备

将步骤1）所得沉淀物与所述丙烯酸或其衍生物、交联剂和引发剂通过聚合反应制得聚合物，所述聚合物为有机肥的保水缓控释载体；将步骤2）所得有机肥干燥后造粒，粒径为2-6mm，然后将保水缓控释载体加热至熔融状态后喷涂于所述有机肥颗粒表面，喷涂量为有机肥质量的2-8%，冷却干燥后得到成品。

所述的制备方法获得的高保水缓控释生物有机肥。

本发明的有益效果在于：1）本发明提及的有机肥的保水缓控释载体，吸水量高，保水时间长。2）本发明涉及的有机肥的保水缓控释载体，成本低，绿色环保，是利用烟草废弃物为原料制备的，当其接枝到丙烯酸或其衍生物上形成聚合物时，具有意想不到的吸水效果，且具有缓释和控释的优点，适用于气候多变易干旱的地区施肥。

具体实施方式

下述实施例中的各项指标的检测方法，或为本领域常规技术，或参见符合GB/T23348-2009提及的方法。

实施例1有机肥的保水缓控释载体

一烟梗的处理

所述烟梗渣中还含有木质素和半纤维素，所述纤维素占所述烟梗渣总重量不低于50%。也可以用其他部位的烟草废弃物制作。

所述纤维素优选为低结晶改性纤维素。所以，可通过氢氧化钠溶液改性。详见鲁杰等人《NaOH预处理对植物纤维素酶解特性的影响》一文及其参考文献。

纤维素提取方法可参见申请号为201210042673.4的中国专利申请。

或具体如下：

将烟梗粉碎，加20倍重量的水，调整pH值为12，在功率为100W的微波下处理不少于1分钟，得预处理料；将所得预处理料过滤，滤渣用酸调节pH值为4.5，反应60分钟，并用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐充分溶解反应，固液分离，液相中加入去离子水，得沉淀物，所述沉淀物为纤维素，经检测，所述沉淀中纤维素的质量百分浓度为97%。所得纤维素可用作有机肥的保水缓控释载体的原材料。

另外，将除去纤维素后的其余部分，调节pH值至7.2，得烟草培养基；在混合培养基中添加质量比添加1.2%的生物菌剂，搅拌混合均匀后在37℃下通过固态自然发酵20天，发酵后经熟化处理，控制水份至15%以下，即制成有机肥；所述混合培养基按重量份计由以下组分组成：所述烟草培养基8份，麦麸8份，氯化钠3份。所述生物菌剂为市售河南宝融生物科技有限公司的BM菌剂。

实施例2 有机肥的保水缓控释载体的制备

配方一：

丙烯酸与改性非结晶区纤维素以接枝的方式形成聚合物而成，由8重量份所述沉淀物,与60重量份所述丙烯酸形成的聚合物，丙烯酸中和度70%；还用了引发剂K₂S₂O 0.2重量份，Ｎ，Ｎ′-亚甲基双丙烯酰氨4重量份。

配方二：

丙烯酸与改性非结晶区纤维素以接枝的方式形成聚合物而成，由12.5重量份所述沉淀物,与62重量份所述丙烯酸形成的聚合物，丙烯酸中和度90%；还用了引发剂K₂S₂O 0.4重量份，Ｎ，Ｎ′-亚甲基双丙烯酰氨6重量份。

配方三：

丙烯酰胺与改性非结晶区纤维素以接枝的方式形成聚合物而成，由12.5重量份所述沉淀物,与65重量份所述丙烯酰胺形成的聚合物，其中和度为80%；还用了引发剂(NH₄)₂S₂O₈ 0.8重量份，聚乙二醇（600）6重量份。

配方四：

丙烯酸钠与改性非结晶区纤维素以接枝的方式形成聚合物而成，由11重量份所述沉淀物,与68重量份所述丙烯酸钠形成的聚合物，其中和度为80%；还用了引发剂(NH₄)₂S₂O₈ 0.8重量份，聚乙二醇（1000）6重量份。

配方五：

所述原料按重量份计由以下组分组成：烟梗渣的用量为20份，所述丙烯酸70份，其中和度为70%，引发剂0.8份，交联剂6份，聚合反应的温度是55℃，反应时间为4小时，所述引发剂为K₂S₂O₈，所述交联剂为Ｎ，Ｎ′－亚甲基双丙烯酰氨，所述烟梗渣中含有重量为55%，含有重量为5%的木质素，含有重量为10%的半纤维素。

在上述配方下，聚合反应的温度是50-60℃，反应时间为3-6小时。

吸水率详见下表：

	吸水率	自来水	0.4%盐水
				配方一	855/g	506/g	312/g
配方二	862/g	512/g	367/g
				配方三	870/g	508/g	345/g
配方四	844/g	503/g	377/g
				配方五	876/g	514/g	382/g

60℃时，配方五的水分散失通量与纯水（不加载本保水缓控释载体的纯水相比，仅相当于纯水的53%。水份散失通量的意思是单位面积单位时间水散失的重量。

实施例3 高保水缓控释肥

将有机肥干燥后造粒，然后以实施例二配方五有机肥的保水缓控释载体，加热至熔融状态后喷涂于有机肥颗粒表面，喷涂量为有机肥质量的5%，冷却干燥后得到成品，即高保水缓控释有机肥。经检测，符合GB/T 23348-2009，经检测，其缓释周期为79天。

实施例4

高保水缓控释生物有机肥的制备方法，具体包括以下步骤：

1）烟梗中纤维素的提取

将烟梗粉碎，加20倍重量的水，调整pH值为12，在功率为100W的微波下处理不少于1分钟，得预处理料；将所得预处理料过滤，滤渣用酸调节pH值为4，反应800分钟，并用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐充分溶解反应，固液分离，液相中加入去离子水，得沉淀物，所述沉淀物为纤维素；

2）发酵制作有机肥

将步骤1）中除去纤维素后的其余部分，调节pH值至7.5，得烟草培养基；在混合培养基中添加质量比1.2%的生物菌剂（所述生物菌剂为市售,购自于河南宝融生物科技有限公司的BM菌剂），搅拌混合均匀后在37℃下通过固态自然发酵18天，发酵后经熟化处理，控制水份至13%即制成有机肥；

所述混合培养基按重量份计由以下组分组成：所述烟草培养基17份，麦麸8份，氯化钠3份；

3）高保水缓控释肥的制备

将步骤1）所得沉淀物与所述丙烯酸或其衍生物、交联剂和引发剂通过聚合反应制得聚合物，所述聚合物为有机肥的保水缓控释载体；将步骤2）所得有机肥干燥后造粒，粒径为3mm，然后将保水缓控释载体加热至熔融状态后喷涂于所述有机肥颗粒表面，喷涂量为有机肥质量的8%，冷却干燥后得到成品。有机肥用烟梗提取纤维素产生的废液，经浓缩3倍后各成分含量为：

氮（%）干基	磷（%）干基	钾（%）干基有机质（%）干基	水分
				1．8	0．9	5．563	43

利用废液混合天然有机物质发酵制得优质有机肥，各指标均符合NY-525标准，有机肥检测结果详下表3。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.有机肥的保水缓控释载体，其特征在于：所述有机肥的保水缓控释载体由丙烯酸和/或丙烯酸衍生物，与含有纤维素的烟梗渣以接枝的方式形成聚合物而成，所述丙烯酸衍生物包括丙烯酰胺或丙烯酸钠。

2.根据权利要求1所述的有机肥的保水缓控释载体，其特征在于：所述纤维素为低结晶改性纤维素。

3.根据权利要求2所述的有机肥的保水缓控释载体，其特征在于：所述烟梗渣中还含有木质素和半纤维素，所述纤维素占所述烟梗渣总重量不低于50％,余量为其他物。

4.根据权利要求3所述的有机肥的保水缓控释载体，其特征在于：由15-25重量份所述烟梗渣,与60-68重量份丙烯酸和/或丙烯酸衍生物形成的聚合物。

5.权利要求1-4任一项所述的有机肥的保水缓控释载体的制备方法，其特征在于，具体为：将所述含有纤维素的烟梗渣、所述丙烯酸和/或丙烯酸衍生物、交联剂和引发剂通过聚合反应制得聚合物，所述聚合物为所述有机肥的保水缓控释载体。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：原料按重量份计由以下组分组成：烟梗渣为15-25份，所述丙烯酸和/或丙烯酸衍生物60-80份，引发剂0.2-1份，交联剂4-8份，所述烟梗渣中含有重量不低于50％的纤维素。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：聚合反应的温度是50-60℃，反应时间为3-6小时。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述引发剂为K₂S₂O₈，或(NH₄)₂S₂O₈，所述交联剂包含N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，聚乙二醇600和聚乙二醇1000中任一种。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述原料按重量份计由以下组分组成：烟梗渣为20份，丙烯酸70份，引发剂0.8份，交联剂6份，聚合反应的温度是55℃，反应时间为4小时，所述引发剂为K₂S₂O₈，所述交联剂包含N，N′-亚甲基双丙烯酰胺，所述烟梗渣中含有重量为55％的纤维素，含有重量为5％的木质素，含有重量为10％的半纤维素，余量为烟梗中的其它物质。

10.高保水缓控释肥，其特征在于，由有机肥和权利要求1所述的保水缓控释载体组成，以干重计所述保水缓控释载体占所述有机肥重量的2-8％。

11.权利要求10所述的高保水缓控释肥的制备方法，其特征在于：将有机肥干燥后造粒，然后将保水缓控释载体加热至熔融状态后喷涂于有机肥颗粒表面，喷涂量为有机肥质量的2-8％，冷却干燥后得到成品。

12.高保水缓控释生物有机肥的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

1)烟梗中纤维素的提取

将烟梗粉碎，加10-30倍重量水，调整pH值为11-13，在功率为100W的微波下处理不少于1分钟，得预处理料；将所得预处理料过滤，滤渣用酸调节pH值为4.0-5.0，反应不低于40分钟，并用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐充分溶解反应，固液分离，液相中加入去离子水，得沉淀物，所述沉淀物为纤维素；

2)发酵制作有机肥

将步骤1)中除去纤维素后的剩余部分调节pH值至6.8-7.5，得烟草培养基；在混合培养基中添加质量百分比为0.8-1.2％的生物菌剂，搅拌混合均匀后在37℃下通过固态自然发酵10-25天，控制水份至15％以下，即制成有机肥；

所述混合培养基按重量份计由以下组分组成：所述烟草培养基15-20份，麦麸5-10份，氯化钠2-3份，豆粕3-8份；

3)高保水缓控释肥的制备

将步骤1)所得沉淀物与丙烯酸或其衍生物、交联剂和引发剂通过聚合反应制得聚合物，所述聚合物为有机肥的保水缓控释载体；将步骤2)所得有机肥干燥后造粒，粒径为2-6mm，然后将保水缓控释载体加热至熔融状态后喷涂于所述有机肥颗粒表面，喷涂量为有机肥质量的2-8％，冷却干燥后得到成品。

13.权利要求12所述的制备方法获得的高保水缓控释生物有机肥。