CN105237177A

CN105237177A - 一种加入纳米肥的活化离子水作为无公害农作物栽培营养液

Info

Publication number: CN105237177A
Application number: CN201510594644.2A
Authority: CN
Inventors: 朱上翔; 徐海双; 曾文威
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2016-01-13

Abstract

本发明公开了一种加入纳米肥的活化离子水作为无公害农作物栽培营养液的制备工艺和流程。所述营养液由强碱性离子水和经过包络改性的纳米金属胶体所组成，兼有植物生长促进剂和施微肥的双重功效。同时还具备杀菌消毒防治植物病害虫的功能。通过将农作物必需的微量元素制成纳米结构材料和生成纳米金属胶体，加入到小分子团碱性离子水中，使多种植物必须的微量元素施肥的有效性得到改善，扩大了应用范围。本发明的营养液可应用于生态农业、园林栽培，大棚种菜和无土栽培等领域。

Description

一种加入纳米肥的活化离子水作为无公害农作物栽培营养液

技术领域

本发明涉及一种活化离子水在农业林业上的应用领域，尤其是碱性离子水加入纳米肥，增强其作为植物生长促进营养液的用途。

背景技术

众所周知，在自来水中加入微量食盐(Nacl)之后成为有较高电导率的电解液。当直流电通过这种电解液时，水和盐都被电解了，在阴极和阳极生成不同的产物。如果在阴极和阳极之间放置离子交换膜，则在靠近两个极板的液体中分别生成了带正电荷和带负电荷的液体。在阴极，除了水之外，还有带负电荷的氢氧根离子OH^-和氢气H₂，加上纳离子Na+以及其他被吸引过来的金属正离子，如Ca⁺ ₂，Mg⁺ ₂，K⁺等矿物质，阴极液体中由于不断水解，OH^-离子越来越多，使这部分液体呈碱性，其特征参数pH值大于7.0。当通过电解液的电荷足够强时，pH值越来越大，可以超过13以上，无限接近14。相应地，在阳极，除了水之外，还有带正电荷的氢离子H⁺，氧气O₂加上被吸引到阳极的氯离子Cl^-和其他酸根SO^- ₂，NO^- ₃等。氯离子从阳极得到正电荷后变成氯气Cl₂。氯气和水反应后，生成次氯酸和盐酸，还有部分次氯酸根。阳极部分的液体由于不断水解，H⁺离子的浓度越来越高，使这部分液体呈酸性，其特征值pH值小于7.0。当电解电荷足够多时，形成强酸，pH值可达到1.0以下，无限接近0。由电解产生的强碱性水，通常称之为强碱性离子水；由电解产生的强酸性水，通常称之为强酸性离子水。这两种水具有特殊的形态。首先是单一的极性：在碱性离子水中，氧化还原电位(ORP)呈负电位；在酸性离子水中，氧化还原电位(ORP)呈正电位。他们都十分稳定。尤其是碱性离子水，只要存储条件合适，如避光、密闭，其有效期可长达一年以上。酸性离子水的有效期相对短些，但只要存储适当，也可保持半年左右。离子碱和离子酸从物理化学特性看，和普通的碱(如Nacl)和酸(如H₂SO₄)有相似的功能。在许多情况下，甚至可以替换。

从化学反应的角度看，氢氧根离子OH^-和氢离子H⁺可以看成是还原剂和氧化剂。含OH^-的碱性离子水，可以看成是“无头之碱”(相比NaOH)；而含H⁺的酸性离子水，可看成是“无尾之酸”(相比Hcl)。这种无头无尾的碱和酸，和普通的强酸和强碱相比，要安全得多和“干净”得多。人的手或皮臂直接接触这种单一电荷的离子酸时，不会迅速发生强烈的氧化还原反应，因此不会灼伤皮肤，你大可放心地把手浸泡于十分强的离子碱水或离子酸水之中而不受伤害(当然不能太长久)。试设想，你用强硫酸、盐酸、硝酸或火碱泼到双手或脸部时，会产生多么恐怖的灼伤后果！另外，无头(无金属离子)、无尾(无酸根)的酸或碱，在用来替代普通酸、普通碱完成类似的化学反应过程中，不留下有害的残留物。属于绿色环保的清洁剂或杀菌剂制。正因为离子酸、离子碱有如此美好的品质，近年来，除了普通流行的将弱电解水作为保健饮料应用之外，正在尝试将这种绿色安全的功能水应用于工业清洗、农业生产和日常洁净、消毒等领域。本发明着重解决将强碱性离子水通过添加某些助剂后，应用于农业生产中，以便强化单一离子水的功效，扩大它的应用范围。目前在应用强碱性离子水于农作物养殖时，还局限于将单一的离子碱水用来浸泡种子、强壮枝干、促进光合作用等，以达到增产增收的目的。同时，可以部分起到生态农业，降低营运成本的作用。实际上，要实现真正的增产增收，还要使农作物获得足够的养料。至今，农户们已普遍尝到使用化肥可大幅度增产的甜头，但是忽略了(或者为了商业的目的全然不顾)过量使用化肥会给环境、土壤、水源和用户健康造成危害这种负面作用。这个问题应该妥善解决。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种综合运用碱性离子水于农作物和林业果木养殖过程中，兼有促进生长和补充养料的双重作用的解决方案。首先要做到科学地选用碱性离子水的酸碱度，即严格控制所使用的离子水的pH值。究竟选用多大pH值的碱水，必须根据植物的不同品种、不同的生长期和不同的需求来选用。同时，离子水的施洒工艺、施洒时间，都要全面考虑。为了增强离子水的效力，应同时施加微量元素肥料(微肥)。微量元素肥(简称微肥)的含量是植物生长发育不可缺少的营养元素，包括锰，铁，锌，钼，铜，硼，钴等七种元素。植物缺乏微肥就像人缺乏维生素一样。植物除了需要常规肥，如氮、磷、钾等之外，必须伴随施加微肥。据统计，合理使用微肥的效果十分明显，增产效果达15～50％。但是，施用微肥要求很严格。要适量，太多了会中毒。另外，之所以缺乏微量元素，很重要原因是施肥的有效性不高，不能吸收。根据金属元素的化学活跃性，发现土壤或肥料的酸碱程度对上述七种微量元素的有效性影响很大。进行分析后，有如下规律：铁、锰、铜、锌和钴这五种元素在pH值小于6～4的酸性条件下，容易溶解，十分有效。在其他范围，pH大于6～12以上的碱性条件下，基本失效。而钼的特性却相反，在pH值为6～4的酸性条件下，溶解性差，效率低。但pH低于4和大于6以上的条件下，有效性都好。硼的情况复杂一些：在pH＝5～7范围内易溶解，有效性好，但pH小于5和7＜pH＜8.5这两个范围内，有效性差。当pH大于8.5到高pH值(强碱)范围内，有效性又逐渐提高。因此，在施用微肥时必须根据不同元素的特点，创造最有效的施肥环境，否则施了也无效。注意到只有M。这一种元素，是喜好碱环境的，其他六种元素：Fe、Mn、Cu、Zn、Co和B都是喜欢酸环境的，在强碱条件下基本无效。这表明：微肥和活化离子水合起来用，是有严格限制的。要满足离子水的性能和微肥中主要微量元素保持最高有效性的环境相配合。由此可知，微肥虽好，但是，用起来很复杂，弄不好，施了肥，如果不符合有效性条件，植物仍然吸收不到养料。所以，本发明设计的营养液，是在活化离子水中添加纳米量级的新型肥料-纳米肥。做法是将微肥中的微量元素制作成纳米材料，再生成纳米金属胶体，使用时加入到碱性离子水中。近年来世界各国十分重视纳米技术在农业领域的应用。无论是常规肥料还是微肥，利用纳米技术制成纳米材料，再包络改性后，肥效加大，便于植物吸收，对环境污染少，使用方便，作物的产量明显提高。而且，具有消毒杀菌功能，即，兼有替代部分农药的作用。纳米肥，属于“环境友好型”肥料。但是，目前制作纳米肥的成本太高，价格太贵，一般农民或小农场还用不起。为此，本发明推荐了一种简易、经济的制作纳米微肥的技术。根据发明者多年从事纳米银胶体制作和应用方面积累的经验，(参见发明专利“一种制取稳定电解银胶体的方法”(ZL201110242390.X)，提出了一种解决方案：首先将所需要的微量元素利用液相沉淀法或高能球磨技术或超高速气流粉碎技术做成纳米量级的结构材料，其粒径平均在50-80nm之间。其表面原子数目占完整粒子原子总数的80％以上，由于表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性，易与其他原子相结合而稳定下来，表现出很高的化学特性。然后，将这些纳米材料进行包络、改性，变成纳米胶体。通常可采用具有抗沉淀、防团聚、分散性好、渗透性强的表面活性剂，加上大功率超声波水解后可形成稳定的胶粒。由于所生成的胶粒都是有极性的，界面电位为负值，胶粒之间同性相斥，形成一个稳定的胶体***。图1展示了铜、锌、铁、锰和钴等微量元素的正离子和氢氧根结合形成稳定胶粒的示意图，其中M是金属的通用代号，M⁺代表某种微量元素的正离子。另外，选用事先制备的碱性小分子团六角水做分散剂，使得纳米胶粒活性更强，也利于形成更多的有效胶粒。由于生成的胶体***都呈负电位，在碱性水中的界面电位也是负电位，能溶合在一起，加上小分子团水的动能大、活化力强，这种含有纳米胶粒的碱性水可作为叶面肥在植物叶子的正反两面喷洒，植物的细胞就可充分吸收各种制成纳米胶粒的微量元素。胶粒中的金属离子是正价离子，阳离子易于被植物吸收，而碱性水则具有促进光合作用，对植物生长有促进作用。另外，碱性离子水有负氧化还原电位，有很好的抑菌作用。一般来说，碱性离子水没有杀菌消毒作用，只有抑菌作用。而所述的一种加入纳米肥的活化离子水作为无公害农作物栽培营养液，由于金属纳米胶体也具有很好的杀菌消毒功能，所以也充当了绿色农药的作用，可谓一举两得。前面提到施洒微肥时要根据不同种类植物的具体情况，妥善选择离子碱水的pH值。但是，使用纳米微肥，就简单得多了。没有那么多的限制。使得那些在常规条件下只能限制在有限的、严格的范围才能施洒的微量元素，变成纳米肥后，就可以在酸性或碱性的任意条件下使用。

为了更方便地使用活化离子水，这里介绍一下改变离子水浓度的简易方法。通常，首先制备pH值比较高的碱性离子水。在应用时，进行稀释，获得不同的pH值。由于pH值的定义是碱水中氢氧根OH^-离子浓度(以10的幂方表示)的十进对数冠以负号，所以pH值和碱基浓度之间的关系呈非线性。在稀释时，添加的水量和对应的pH值不是线性关系，而是十为底的指数关系，需要进行指数、反对数的数学演算。为了方便使用者，在本发明说明书中附有图2，供稀释离子水时，正确掌握勾兑中性水的倍数和添加自来水的容量，查表便知。

附图说明

图1微肥中的金属离子形成稳定胶粒的分子结构示意图

图2离子碱原液稀释比例表

具体实施方式

一种加入纳米肥的活化离子水作为无公害农作物栽培营养液，包括如下制作步骤：

(1)制备pH值为13的强碱性离子水，水压为0.1-0.2Mpa的自来水，加入0.1％左右的氯化钠(Nacl)作为电解液注入电解槽，调整好直流电流强度I(安培)和总流量q(L/H)。然后，将碱性离子水的流量调节到和酸性离子水的流量相等，启动离子水制水机，获得等量或不等量的碱性和酸性离子水。

(2)根据农作物的需求，选定所需喷洒的离子水的pH值，从图2表中查到稀释比例，确定添加中性水的容量，搅拌均匀。检测离子水的pH值，如有需要，通过增减原液或自来水量，可适当调整pH值。然后，使用塑料容器将调配好的离子水储存起来。

(3)、制备所需要施洒的微肥元素的纳米金属胶体。

采用液相沉淀法或高能球磨技术或超高音速气流粉碎技术，制备微量元素的纳米结构材料。也可从市售商店购买该种金属的纳米粉。

(4)、用类似与(1)的方法制备作为制取纳米金属胶体的小分子团碱性离子水分散剂。这部分离子水的pH值的确定，可参考专利“一种制取稳定电解银胶体的方法”(ZL201110242339)建议的方法，采用最佳匹配pH值，如下表所示：

其中胶体浓度，指某种微量元素肥料的含量，用ppm(mg/L)表示

(5)将(3)制备好的纳米金属粉，加上相当于纳米粉重量的1/20～1/12。的羧甲基纤维素(CMC)，1/20～1/12的脂肪醇聚氯乙烯酸(AEO-3)和1/20～1/12的十二烷基苯碳酸钠。在混合前，用纯净水充分溶解，搅拌均匀(搅拌40分钟左右)

(6)将(5)制备好的所有组分倒入分散剂中，再倒入超声波发生器槽内，启动超声波发生器，将混合后的液体加热至40℃-60℃，保持温度。同时打开搅拌器。超声波的功率应大于150W-200W/每升水，超声波发生器工作2-4小时后停止工作，得到稳定、均匀的纳米胶体，胶粒直径为50nm-100nm，这就是纳米肥。盛装到不透光或深褐色容器中，加盖、密封、冷藏。

(7)使用时，将制得的纳米肥液体，根据需求计算出用量，倒入碱性离子水中，充分搅拌均匀，就可作为叶面肥或根茎肥喷洒。

(8)施肥时间应在早晨或太阳落山之后，雨天不宜施肥。

(9)除了可以作为营养液当叶面肥，也可以对作物根茎喷施，还可以作为种子处理用，浸泡种子或拌种。

(10)这种复合营养液，只在必须施肥时才加入纳米肥溶质。可以加入单一的元素，也可以同时加入几种元素。如果只作为日常为植物保健、促进茎叶生长时，可不必加入纳米肥，只喷洒碱性离子水。

(11)植物对微肥的需求量并不大，要和常规肥同时使用，要在农业技师的指导下制定施肥方案，要适量，严禁超量使用，太多了植物药会中毒。使用本发明的营养液，比普通方法施微肥的用量少得多，因为纳米肥料粒子活性强，有效性高。农作物生长过程中，只要喷洒几次纳米肥。每次的量不多。

例如：硼砂的浸种浓度为0.01％，每500公斤的种子仅用5升营养液。大豆用钼元素纳米肥拌种，每公斤只需要10克到20克，甚至更少。

(12)上述的制备纳米肥的方法，也可用更简单有效的电解法替代，电极由高纯度的、所需要施肥的某种微量元素金属制成，电解完成后就同时完成了制取金属纳米结构材料和生成分散性、稳定性好，不会凝聚、不沉淀的纳米金属胶体，通过“一步法”就制成了纳米肥。

我们进行的实验表明，使用本发明的营养液来栽培农作物的效果是十分显著的。用碱性离子水(pH＝8-9)浸泡大蒜发芽和自来水相比发芽率提高10％以上，而且幼苗粗壮，苗势良好，根系发达；用离子水浸泡萝卜种子的发芽率与自来水相比，发芽率提高了20-36％，而且幼芽粗壮，长势良好。

以上是本发明提供的一种加入纳米肥的活化离子水作为无公害农作物栽培营养液进行详细的介绍。文中应用本发明的方法、原理及实施方法，进行了阐述，目的是为了帮助更好地理解本发明的核心思想。应当指出，对于技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明做出某些改进和变更，但这些改进和变更也都归入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种加入纳米肥的活化离子水作为无公害农作物栽培营养液，其特征在于：活化离子水是强碱性、负电位、小分子团，对人体无伤害，能促进植物生长的电解功能水；纳米肥是将植物必需的微量元素锰、铁、锌、铜和钴等金属制成的纳米结构材料并经过包络改性处理后生成稳定的纳米金属胶体；活化离子水和纳米肥按一定浓度比例混合后，成为无公害农作物栽培营养液。

2.根据权利要求1所述的一种加入纳米肥的活化离子水作为无公害农作物栽培营养液，其特性在于：活化离子水是小分子团、负电位、强碱性电解功能水，pH值为9-11，对人体无伤害，不含有害化学成分。

3.根据权利要求1所述的一种加入纳米肥的活化离子水作为无公害农作物栽培营养液，其特征在于：植物生长所必需的微量元素被制成纳米结构材料，其粒径在50-80mm，然后，将这种纳米结构材料进行包络、改性，成为纳米金属胶体。

4.根据权利要求3所述的一种加入纳米肥的活化离子水作为无公害农作物栽培营养液，其特征在于：在对纳米结构材料进行包络改性时，加上相当于纳米金属粉重量的1/20～1/12的羧甲基纤维素(CMC)、1/20～1/12的脂肪醇聚氧乙烯酸(AEO-3)和1/20～1/12的十二烷基苯磺酸钠(LAS)；在混合前，各组分物质用40℃-60℃纯净水充分溶解，搅拌均匀(搅拌40分钟左右)。

5.根据权利要求3所述的一种加入纳米肥的活化离子水作为无公害农作物栽培营养液，其特征在于：将制备好的所有组分倒入分散剂中，再置于超声波发生器槽内，将混合后的液体加温至40℃-60℃，保持温度，启动超声波发生器，同时打开搅拌器，超声波的功率应大于150W-200W/每升水，超声波发生器工作2-4小时后，停止工作，得到稳定、均匀的纳米胶体，胶粒直径为50nm-100nm，这就是纳米肥，盛装在不透光的或深褐色容器中，加盖，密封，冷藏。

6.根据权利要求1所述的一种加入纳米肥的活化离子水作为无公害农作物栽培营养液，其特征在于：在使用时，将制得的纳米肥液体，根据需要，计算出用量，按一定比例倒入碱性离子水中充分搅拌均匀，就可作为叶面肥或根茎肥喷洒。

7.根据权利要求1所述的一种加入纳米肥的活化离子水作为无公害农作物栽培营养液，其特征在于：施肥时间应在早晨或太阳落山之后，雨天不宜施肥。

8.根据权利要求1所述的一种加入纳米肥的活化离子水作为无公害农作物栽培营养液，其特征在于：根据需要，这种复合营养液，只在必须施肥时才加入纳米肥，可以只加入单一的某种元素，也可同时加入几种不同的元素，如果只是作为日常植物保健，促进茎叶生长时，不必加入纳米肥，只喷洒碱性离子水。

9.根据权利要求3所述的一种加入纳米肥的活化离子水作为无公害农作物栽培营养液，其特征在于：所述的制备纳米肥的方法，也可用更简单有效的电解法替代，电极由高纯度的、所需要施肥的某种微量元素金属制成，电解完成后就同时完成了制取金属纳米结构材料和生成分散性、稳定性好，不会凝聚、不沉淀的纳米金属胶体，通过“一步法”就制成了纳米肥。