CN104058870B - 一种水溶性复合肥增效剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水溶性复合肥增效剂，该水溶性复合肥增效剂是由无机基体与羧酸、酰胺材料聚合而成的微细凝胶颗粒，其组成按重量份为：无机基体50-60份，羧酸25-30份，酰胺材料5-15份，催化剂3-5份，增粘剂1-3份，氨基酸化物0.5-1份。通过凝胶型的无机基体材料酸化与酰胺聚合、微细包覆而成，微细凝胶颗粒在水中能够快速分散，具有鳌合吸附功效，可以富集、吸附多种中化肥养分，对氨气、铵态氮、硝酸根、可溶磷、钾离子均有吸附收集性，并附着在植物根部，提供局部微循环***，促使植物对养分吸收，防止养分流失，同时避免了N素易挥发、P素易固定、K素易渗漏的缺陷，使水溶性复合肥肥效大幅提升。

Description

一种水溶性复合肥增效剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及肥料增效领域，具体涉及一种水溶性复合肥增效剂以及其制备方法。

背景技术

在使用肥料时，通过增加肥量可以提供N、P、K等植物必需的养分。然而，施入土壤的肥料养分仅有部分真正被植物吸收，相当大的一部分养分并未被吸收，而是进入地下水或者挥发至大气中。因此，简单依靠过量施肥增加肥效，不但造成肥料的浪费，而且会造成环境污染。缓释肥通过缓慢释放来防止肥效流失，但由于肥效缓慢，见效慢，无法适应高效农业的需求。近几年，水溶性肥料得到了快速的发展。

水溶性肥料（Water Soluble Fertilizer）是一种能够完全溶解于水的多元素复合型肥料，相对于传统的过磷酸钙、造粒复合肥等非全水溶肥料和缓释品种，由于其具有速溶、吸收率高、见效快、无残渣、施用方便等显著优点，得到了迅猛的发展。尤其是在面对温室效应所带来的日趋严重的环境保护及水资源匮乏的情况下，滴灌***、喷施喷灌等具有显著节水、节肥功能的新型施肥方式开始得到推广应用，使农业施肥者对肥料的认识发生了根本的变化。水溶性复合肥作为目前灌溉施肥的主流，尽管可以节水、节肥、节省工时，但由于水溶肥由不同性能的水溶性肥料复配而成，在肥料配伍时因物理、化学性质的不同，导致肥效降低或者损失。比如，会不会发生酸碱反应、会不会发生复分解反应产生沉淀、会不会发生络合反应等等。另外，由于碱性土壤的影响，铵态氮在碱性环境下容易挥发，特别是在地表温度会达到50度以上，更容易造成铵态氮的挥发。可溶性磷酸盐会与土壤中呈溶解形式的钙或铁离子形成磷酸盐沉淀，从而使得磷被固定，失去水溶肥的意义。再者，水溶性复合肥水溶后如果植物不能及时吸收，可溶性硝酸根、钾离子等养分则会渗入地下，不但造成肥效损失，而且会对地下水造成污染。因此，随着水溶性复合肥在灌溉施肥的大量应用，如何提高肥效和防止肥效流失成为提升水溶性复合肥的利用率和品质的关键。

中国发明专利CN101298399B公开了一种水性复混肥料增效剂及其制备和应用，该发明组成包括DCD（双氰胺）、ATC（4-氨基***）、NBPT（N-(正-丁基)硫代磷酰三胺）S-80（失水山梨醇脂肪酸脂），通过硝化抑制剂和尿酶抑制剂提高了肥料有效性。

中国发明专利CN 102491829B公开了一种氮素肥料增效剂组合物，其组成包括聚天门冬氨酸、氢醌、双氰胺，该发明能提高氮肥利用率、能促进植物生长、提高植物抗逆能力。

中国发明专利CN 102515959 B公开了一种用于化肥的水溶性高分子增效剂，该化肥增效剂包括10%-20%的瓜儿豆胶、20%- 30%的非离子型聚丙烯酰胺、20% -30%的聚丙烯酸钾、20%-30%的聚硅酸钾，水溶性高分子增效剂能明显增加磷在土壤中的传输速度和传输距离，降低磷被固定的机率，提高土壤的保水性能和保肥性能。

中国发明专利CN101823914A公开了一种肥料速效增效剂的制备方法，该方法将2.4-二硝基苯酚钠、a-萘乙酸钠、吲哚丁酸钾、聚谷氨酸、6-苄氨基嘌呤、2-甲氧基-5-硝基苯酚按比例粉碎过筛达到20-60目粉状或颗粒状,加入0.1-5%的氢氧化钾或氢氧化钠得到。通过植物生长调节剂达到肥料增效的目的。

上述专利，为了防止氮的挥发损失，目前主要通过加入固氮剂如尿酶抑制剂和硝化抑制剂来稳定氮，从而提升肥效，但由于尿酶抑制剂和硝化抑制剂极易污染水体，因此固氮技术面临着新的挑战。为了防止水溶性复合肥水溶后养分的失活、渗漏，主要通过增加水溶性高分子的隔离来增加磷的传输以防止失活，但会影响复合肥中其他养分的溶解和吸收。甚至现有肥料增效剂依靠植物生长调节剂来达到增效的目的，大量使用植物生长调节剂也是不可取的，因为植物生长调节剂如果过量使用或者盲目使用则会导致被人体摄入的危险，影响人体生长发育。

水溶性复合肥不同于单一的养分的化肥，含有可溶性的N、P、K以及其他中微量元素，由于保证了良好的水溶性，因此水溶肥通常活性较好，但直接造成N元素更易挥发，P元素以磷酸根的形式更易于土壤中的二价金属离子板结从而失去活性，K离子则更容易渗漏至地下水。正是因为水溶性复合肥的易溶性，更易导致肥效流失。由于以上养分流失的于机理不同，因此无法同时保证多种养分被植物很好的吸收。

发明内容

针对目前成分复杂的水溶性复合肥在使用时N素易挥发、P素易固定、K素易渗漏的缺陷，本发明提供一种水溶性复合肥增效剂，该水溶性复合肥增效剂是由无机基体与羧酸、酰胺材料聚合而成的微细凝胶颗粒，在水中以微细凝胶颗粒形式快速分散，其可以吸附并携带水溶性复合肥中的N素、P素、K素，并附着在植物根部，提供局部微循环***，促使植物对养分吸收，防止养分流失。本发明进一步的目的是提供该水溶性复合肥增效剂的制备方法。

一种水溶性复合肥增效剂，其特征在于为一种无机聚合凝胶微细颗粒，由下列重量份组成：

无机基体            50-60份，

羧酸                25-30份，

酰胺材料            5-15份，

催化剂              3-5份，

增粘剂              1-3份，

氨基酸化物          0.5-1份，

其中，所述的无机基体为凝胶型的硅胶、高岭土、凹凸棒土、硅藻土、钠基膨润土、硅酸镁锂中的至少一种；所述的羧酸为一元羧酸或者二元羧酸，其中，一元羧酸为苯甲酸、醋酸、丙酸、对甲苯甲酸、对硝基苯甲酸中的至少一种，二元羧酸为丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、酒石酸、苹果酸中的至少一种；所述的酰胺材料为尿素、甲酰胺、乙酰胺中的至少一种；所述的催化剂为硫代硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾、亚硫酸钠中至少一种；所述的增粘剂为环糊精、羟丙基甲基纤维素、丙烯酰胺中的至少一种；所述的氨基羧酸化物为1,2- 二氨基乙烷四乙酸、乙二胺二琥珀酸化物、二亚乙基三胺五乙酸化物、羟基乙二胺三乙酸化物中的至少一种。

本发明一种水溶性复合肥增效剂，其特征是制备方法按照如下方式进行：

（1）将50-60重量份的无机基体在搅拌状态下，通过微波振荡搅拌制成浓度10-20wt％的悬浮液，然后加入磷酸盐进行分散20-30min，所述磷酸盐为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠中的一种，加入量为无机基体质量的0.2-0.5%；

（2）在60-80℃条件下，将步骤1)得到的悬浮液与25-30重量份的羧酸进行搅拌酸化处理1-2h，然后陈放24-48h；

（3）将步骤2)得到的酸化物与5-15重量份的酰胺材料、3-5重量份催化剂在反应釜中进行聚合，反应釜聚合条件为:压力5-7MPa，温度80-100℃，桨叶搅拌速度100-200rpm，搅拌反应时间30-60min，使酸化无机基体与酰胺材料聚合为聚氨基羧酸无机材料，然后滤干；

（4）将1-3重量份增粘剂、0.5-1重量氨基酸化物与步骤3)得到的聚氨基羧酸无机材料在分散机中进行分散包覆，分散转速1000-1200 rpm ，分散时间控制在3-5min，在机械力化学作用下，增粘剂、氨基酸化物附着在聚氨基羧酸无机材料微粒表面，得到一种水溶性复合肥增效剂。

上述制备步骤（3）所述的反应釜为通用耐压反应釜，其中设有行星搅拌机构，搅拌机构由搅拌桨、分散浆、刮壁浆构成，反应釜内壁为耐腐蚀性搪瓷。

上述制备步骤（4）所述的分散设备是三腔连续式涡旋气流微细机，通过快速旋转的叶轮产生的离心切向力，使增粘剂、氨基酸化物与聚氨基羧酸无机材料在腔室内与定刀剧烈撞击从而充分接触、分散、包覆，得到的微细凝胶颗粒粒度＜5μm。

本发明通过无机基体材料酸化与酰胺聚合，得到的聚合无机材料为一种微细凝胶颗粒，具有鳌合吸附功效，可以富集、吸附多种化肥养分，对氨气、铵态氮、硝酸根、可溶磷、钾离子均有吸附收集性。其优异的性能是能在水中快速分散，吸附容量大，在植物根部富集养分后，随着植物对养分的吸收，养分易脱离。可有效阻止铵态氮挥发、硝态氮流失、磷素沉淀凝固、钾素流失，适合用于水溶性复合肥的增效，提高肥料利用率，增加肥效，阻止肥料对环境的污染。

将本发明水溶性复合肥增效剂5%与水溶性复合肥95%混合后施肥，水溶性复合肥选用养分含量为25-20-10，包含有铵态氮、硝态氮、磷酸一铵、硫酸钾成分，进行肥效增效测试，测试结果如下：

通过测试结果，使用本发明增效剂可以明显增加水溶性复合肥的肥效，具体表现在：玉米亩产提高13%；90天后土壤测试，土壤全氮素含量高于未加增效剂的土壤，具有较好的固氮性；不溶磷含量低于未加增效剂的土壤，对磷的促活和吸收性增加明显；可溶性钾含量高于未加增效剂的土壤，对防止钾流失作用明显，可减少用肥量30%以上。是一种集螯合、吸附、固氮、传输于一体的水溶肥增效剂。

附图说明

图1是本发明一种水溶性复合肥增效剂制备时所采用的工艺流程简图。

本发明一种水溶性复合肥增效剂及其制备方法，与现有技术相比突出的特点和有益的效果在于：

1、本发明一种水溶性复合肥增效剂，通过凝胶型的无机基体材料酸化与酰胺聚合，得到一种微细凝胶颗粒，可以在水中快速分散，具有鳌合吸附功效，可以富集、吸附多中化肥养分，对氨气、铵态氮、硝酸根、可溶磷、钾离子均有吸附收集性。同时避免了N素易挥发、P素易固定、K素易渗漏的缺陷，使水溶性复合肥肥效大幅提升，可节肥30%以上。

2、本发明一种水溶性复合肥增效剂，可以大容量吸附养分，在植物根部富集养分后，随着植物对养分的吸收，养分极易脱离，输送效果明显，残留体可以疏松土壤，不会对土壤造成污染。

3、本发明一种水溶性复合肥增效剂的制备方法，利用凝胶型无机基体作为反应基体，不但成本低，而且缩短好了反应时间，制备过程简短高效，无废物排放，适合规模化生产。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。

实施例1

（1）将50重量份硅胶在搅拌状态下，通过微波振荡搅拌制成浓度10wt％的悬浮液，然后加入硅胶质量0.2%的三聚磷酸钠分散20-30min；

（2）在65℃条件下，将步骤1)得到的硅胶悬浮液与25重量份的醋酸进行搅拌酸化处理1h，然后陈放24h；

（3）将步骤2)得到的酸化物与5重量份的甲酰胺、3重量份催化剂硫代硫酸钠在搪瓷反应釜中进行聚合，反应釜聚合条件为:压力5MPa，温度100℃，桨叶搅拌速度150rpm，搅拌反应时间30min，使酸化硅胶与甲酰胺聚合为聚氨基羧酸硅胶，然后滤干；

（4）将1重量份α-环糊精、0.5重量乙二胺二琥珀酸化物与步骤3)得到的聚氨基羧酸硅胶材料在三腔连续式涡旋气流微细机中进行分散包覆，分散转速1000-1200 rpm ，分散时间控制在3min，在机械力化学作用下，增粘剂、氨基酸化物附着在聚氨基羧酸硅胶微粒表面，得到一种水溶性复合肥增效剂。

实施例2

（1）将55重量份的凹凸棒土在搅拌状态下，通过微波振荡搅拌制成浓度10wt％的悬浮液，然后加入凹凸棒0.5%的焦磷酸钠进行分散25min；

（2）在80℃条件下，将步骤1)得到的悬浮液与30重量份的庚二酸进行搅拌酸化处理2h，然后陈放48h；

（3）将步骤2)得到的酸化物与10重量份的尿素、5重量份催化剂亚硫酸氢钠在搪瓷反应釜中进行聚合，反应釜聚合条件为:压力7MPa，温度85℃，桨叶搅拌速度200rpm，搅拌反应时间60min，使酸化无机基体与尿素材料聚合为聚氨基羧酸无机材料，然后滤干；

（4）将2重量份丙烯酰胺、1重量二亚乙基三胺五乙酸化物与步骤3)得到的聚氨基羧酸凹凸棒在三腔连续式涡旋气流微细机中进行分散包覆，分散转速1200 rpm ，分散时间控制在5min，在机械力化学作用下，增粘剂、氨基酸化物附着在聚氨基羧酸凹凸棒微粒表面，得到一种水溶性复合肥增效剂。

将实施例2得到的水溶性复合肥增效剂3%与复合肥（磷酸二氢铵+硝酸钾）97%混合后施肥，复合肥养分含量为15-25-20，包含有铵态氮、硝态氮、磷酸二氢根、钾离子成分，进行肥效增效测试，测试结果如下：

通过测试结果，使用本发明实施例2增效剂，可以显著提高棉花产量17-18%，增效作用明显。

实施例3

（1）将60重量份的硅酸镁锂在搅拌状态下，通过微波振荡搅拌制成浓度10wt％的悬浮液，然后加入硅酸镁锂质量0.3%的六偏磷酸钠进行分散20min；

（2）在70℃条件下，将步骤1)得到的悬浮液与25重量份的丁二酸进行搅拌酸化处理1。5，然后陈放24h；

（3）将步骤2)得到的酸化物与15重量份的乙酰胺、4重量份催化剂亚硫酸钠在反应釜中进行聚合，反应釜聚合条件为:压力6MPa，温度80-100℃，桨叶搅拌速度100-200rpm，搅拌反应时间35min，使酸化无机基体与乙酰胺材料聚合为聚氨基羧酸硅酸镁锂，然后滤干；

（4）将3重量份羟丙基甲基纤维素、0.5重量羟基乙二胺三乙酸化物与步骤3)得到的聚氨基羧酸无机材料在分散机中进行分散包覆，分散转速1000-1200 rpm ，分散时间控制在3-5min，在机械力化学作用下，增粘剂、氨基酸化物附着在聚氨基羧酸无机材料微粒表面，得到一种水溶性复合肥增效剂。

实施例4

（1）将55重量份的硅藻土在搅拌状态下，通过微波振荡搅拌制成浓度20wt％的悬浮液，然后加入硅藻土质量0.55的三聚磷酸钠进行分散30min；

（2）在65℃条件下，将步骤1)得到的悬浮液与25重量份的对硝基苯甲酸进行搅拌酸化处理2h，然后陈放30h；

（3）将步骤2)得到的酸化物与12重量份的尿素、5重量份催化剂亚硫酸氢钾在反应釜中进行聚合，反应釜聚合条件为:压力5.5MPa，温度80-100℃，桨叶搅拌速度100-200rpm，搅拌反应时间45min，使酸化无机基体与酰胺材料聚合为聚氨基羧酸无机材料，然后滤干；

（4）将1重量份γ-环糊精、1重量1,2- 二氨基乙烷四乙酸与步骤3)得到的聚氨基羧酸无机材料在分散机中进行分散包覆，分散转速1000-1200 rpm ，分散时间控制在3-5min，在机械力化学作用下，增粘剂、氨基酸化物附着在聚氨基羧酸无机材料微粒表面，得到一种水溶性复合肥增效剂。

实施例5

（1）将50重量份的钠基膨润土在搅拌状态下，通过微波振荡搅拌制成浓度16wt％的悬浮液，然后加入钠基膨润土质量0.35%的焦磷酸钠进行分散25min；

（2）在80℃条件下，将步骤1)得到的悬浮液与30重量份的苹果酸进行搅拌酸化处理1.5h，然后陈放48h；

（3）将步骤2)得到的酸化物与5重量份的甲酰胺、3重量份催化剂亚硫酸氢钠在搪瓷反应釜中进行聚合，反应釜聚合条件为:压力6MPa，温度100℃，桨叶搅拌速度200rpm，搅拌反应时间60min，使酸化无机基体与酰胺材料聚合为聚氨基羧酸无机材料，然后滤干；

（4）将3重量份羟丙基甲基纤维素、0.8重量乙二胺二琥珀酸化物与步骤3)得到的聚氨基羧酸无机材料在分散机中进行分散包覆，分散转速1000-1200 rpm ，分散时间控制在5min，在机械力化学作用下，增粘剂、氨基酸化物附着在聚氨基羧酸无机材料微粒表面，得到一种水溶性复合肥增效剂。

Claims (4)

1.一种水溶性复合肥增效剂，其特征在于是一种无机聚合凝胶微细颗粒，由下列重量

份组成：

无机基体     50-60 份，

羧酸         25-30 份，

酰胺材料     5-15 份，

催化剂       3-5 份，

增粘剂       1-3 份，

氨基酸化物   0.5-1 份，

其中，所述的无机基体为凝胶型的硅胶、高岭土、凹凸棒土、硅藻土、钠基膨润土、硅酸镁锂中的至少一种；所述的羧酸为一元羧酸或者二元羧酸，其中，一元羧酸为苯甲酸、醋酸、丙酸、对甲苯甲酸、对硝基苯甲酸中的至少一种，二元羧酸为丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、酒石酸、苹果酸中的至少一种；所述的酰胺材料为尿素、甲酰胺、乙酰胺中的至少一种；所述的催化剂为硫代硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾、亚硫酸钠中至少一种；所述的增粘剂为环糊精、羟丙基甲基纤维素、丙烯酰胺中的至少一种；所述的氨基羧酸化物为1,2- 二氨基乙烷四乙酸、乙二胺二琥珀酸化物、二亚乙基三胺五乙酸化物、羟基乙二胺三乙酸化物中的至少一种。

2.权利要求1 所述的水溶性复合肥增效剂的制备方法，该方法包括如下步骤：

（1）将50-60重量份的无机基体在搅拌状态下，通过微波振荡搅拌制成浓度10-20wt％的悬浮液，然后加入磷酸盐进行分散20-30min，所述磷酸盐为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠中的一种，加入量为无机基体质量的0.2-0.5% ；

（2）在60-80℃条件下，将步骤1) 得到的悬浮液与25-30重量份的羧酸进行搅拌酸化处理1-2h，然后陈放24-48h ；

（3）将步骤2) 得到的酸化物与5-15重量份的酰胺材料、3-5重量份催化剂在反应釜中进行聚合，反应釜聚合条件为: 压力5-7MPa，温度80-100℃，桨叶搅拌速度100-200rpm，搅拌反应时间30-60min，使酸化无机基体与酰胺材料聚合为聚氨基羧酸无机材料，然后滤干；

（4）将1-3重量份增粘剂、0.5-1重量氨基酸化物与步骤3) 得到的聚氨基羧酸无机材料在分散机中进行分散包覆，分散转速1000-1200 rpm，分散时间控制在3-5min，在机械力化学作用下，增粘剂、氨基酸化物附着在聚氨基羧酸无机材料微粒表面，得到一种水溶性复合肥增效剂。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：制备步骤（3）所述的反应釜为通用耐压反应釜，其中设有行星搅拌机构，搅拌机构由搅拌桨、分散浆、刮壁浆构成，反应釜内壁为耐腐蚀性搪瓷。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：制备步骤（4）所述的分散机是三腔连续式涡旋气流微细机，通过快速旋转的叶轮产生的离心切向力，使增粘剂、氨基酸化物与聚氨基羧酸无机材料在腔室内与定刀剧烈撞击从而充分接触、分散、包覆，得到的微细凝胶颗粒粒度＜5μm。