CN107141137A - 一种无机膜材与生化抑制剂联合包膜型缓释肥料及其制备方法 - Google Patents

一种无机膜材与生化抑制剂联合包膜型缓释肥料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无机膜材与生化抑制剂联合包膜型缓释肥料及其制备方法，该肥料采用的包膜材料能控制肥料在土壤中缓慢释放与转化，并且肥料在土壤中释放完毕后，所述包膜肥料在土壤中无毒无害，且主要膜材料能为植物供应养分，能避免现有包膜肥料存在的缺陷，从而达到环境友好的需求。

Description

一种无机膜材与生化抑制剂联合包膜型缓释肥料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及农业肥料技术领域，涉及一种无机膜材与生化抑制剂联合包膜型缓释肥料及其制备方法。
背景技术
众所周知，化肥是农作物的“粮食”。目前，我国化肥使用中存在化肥用量大、利用率低的缺陷；同时化肥的施用不合理也带来了环境污染和食品安全问题。据统计，我国每年仅化肥损失带来的经济损失就达上1000亿元；60％左右的氮肥进入环境导致地表水体富营养化和地下水硝酸盐污染，严重影响人类健康；过量残留于农田的化肥导致土壤物理、化学和生物学性状的严重退化。
因而，研发既能促进作物高产，又能提高养分利用率的新型肥料，是当前国内外肥料研究机构追求的重要目标。目前，作物整个生育期一次性施用的新型肥料是新型肥料研究和发展的方向，同时又符合中国的国情。新型肥料是指改变传统化肥的物理化学特性，使之尽可能地与植物各生长阶段的养分需求相一致。控释肥料被称为“21世纪新型环保肥料”，具有提高肥料利用率、减少化肥施用量、降低肥料对环境的污染、减少农业生产成本、降低劳动力投入、增产增效等多方面的优点。控释肥料是化肥工业发展的方向。然而，当前缓释/控释肥生产使用中普遍存在成本高、价格昂贵的问题。现有的树脂包膜肥料是目前缓/控释肥料的主要品种，优点是控释性能较好，但其缺点是成本高，包膜材料难降解，施入土壤易造成二次污染，且生产设备耗能大。因此寻找廉价、高效、环保的包膜材料来研制包膜缓/控释肥是当今新型肥料的发展方向之一。
发明内容
本发明针对现有技术存在的诸多不足之处，提供了一种无机膜材与生化抑制剂联合包膜型缓释肥料及其制备方法，该肥料采用的包膜材料能控制肥料在土壤中缓慢释放与转化，并且肥料在土壤中释放完毕后，所述包膜肥料在土壤中无毒无害，且主要膜材料能为植物供应养分，能避免现有包膜肥料存在的缺陷，从而达到环境友好的需求。
另外，生化抑制剂(脲酶抑制剂、硝化抑制剂)在提高氮素利用效率方面的作用已经得到公认，选择控氮效果好、抑制高效、价格低廉无毒无污染的抑制剂制备新型肥料，来提高氮素利用率、保护环境，促进农业生产也具有重要的现实意义。
本发明的发明人根据我国资源现状，借鉴近年国内外肥料开发利用上的先进经验，选择经过微晶化处理的超细磷矿粉、热电厂的普通粉煤灰及市售氢醌和双氰胺按照适当比例制成固体混合材料作为包膜材料，制备了无机材料物理包膜控释和生化抑制剂抑制型的双控型缓释肥料。旨在研制出价格低廉、施用方便、养分控释效果好、无环境污染的新型包膜缓释肥，其中氢醌和双氰胺作为生化抑制剂提高氮素利用效率，能够保护环境，促进农业生产。
本发明的具体技术方案如下：
一种无机膜材与生化抑制剂联合包膜型缓释肥料，以尿素为主要氮源的高浓度复混肥料颗粒为核心、并在其外表面包裹一层包膜材料制成；所述的包膜层由超细磷矿粉、粉煤灰、氢醌、双氰胺组成，所述包膜层用量为核芯重量的15-25％，包膜厚度为0.05-0.2mm；
所述的核芯与包膜层通过粘结剂结合在一起；
其中，所述肥料颗粒选自普通高浓度复合肥，且该复合肥的氮源成份应以尿素为主，其粒径为2-4mm；
所述超细磷矿粉根据公开号为CN101429071的专利“一种非酸化制备高效磷肥的方法中记载的超微细活化磷矿粉的制备方法制备而得，发明人在此不再赘述；
所述粉煤灰为当地电厂常规粉煤灰，一般控制粒径≦45μm，重金属含量分别为：Cd≦0.30mg kg-1，Cr≦43.9mg kg-1，Pb≦60.0mg kg-1，均低于现行国家标准即可，这样不会对土壤造成重金属污染；
所述超细磷矿粉和粉煤灰为本发明所述肥膜的基材。采用上述两种物质组合，与现有的树脂包膜或硫化物包膜材料相比具有原料容易获取、价格低廉、不污染土壤并且能供应养分的特点。二者在粘结剂作用下成膜迅速、均匀，施入土壤后在土壤水作用下缓慢破碎对肥料核芯养分的释放具有很好的阻控作用。施入土壤崩解完全后对土壤没有任何不良影响，并且能供应大量营养元素磷和部分中微量营养元素。
所述硝化抑制剂为双氰胺(DCD)，化学式C2H4N4，分子量为：84.08；白色结晶粉末，可溶于水、醇、乙二醇和二甲基甲酰胺，几乎不溶于醚和苯。不可燃，干燥时稳定，作为硝化抑制剂添加肥膜中后能够抑制硝化细菌的活性，当肥料施入土壤后能抑制肥料颗粒周围介质中硝化细菌的活性，从而减缓从肥料核芯中释放出的铵态氮转化为硝态氮的速率，在无机材料包膜养分缓释的基础上进一步延长氮肥的肥效，达到双控缓释的效果。
所述脲酶抑制剂为氢醌(HQ)，化学式C6H6O2，分子量为：110.10；无色或白色结晶。在空气中露光易变色。其水溶液在空气中能氧化成褐色，碱性介质中氧化更快。易溶于乙醇，溶于水，微溶于苯，作为脲酶抑制剂添加肥膜中后能够抑制脲酶的活性，当肥料施入土壤后能抑制肥料颗粒周围介质中脲酶的活性，从而减缓从肥料核芯中释放出的尿素转化为铵态氮的速率，在无机材料包膜养分缓释的基础上进一步延长尿素的肥效，达到双控缓释的效果。
本发明所采用的粘结剂选自聚乙烯醇和淀粉的混合物，其中聚乙烯醇为普通聚乙烯醇粘结剂，淀粉是指直链淀粉或支链淀粉，其中优选支链淀粉。
以固体质量计算所述超细磷矿粉、粉煤灰、氢醌、双氰胺、粘结剂溶质的重量比例为60:35:3:1:1～40:55:1:3:1，均具有较好的延长肥料效果的作用。从缓释时间和制作成本上来考虑膜材料组成为60:35:3:1:1的组合在越冬作物上效果更优，40:55:1:3:1更适合夏季作物。另外，对于华北地区的主栽农作物，夏玉米上优选膜材比例为40:55:1:3:1的组合；冬小麦上优选60:35:3:1:1。
本发明包膜复合肥的制备方法，步骤如下：
包裹材料的制备：按重量份计算，将将60-40份超细磷矿粉、35-55份粉煤灰、3-1份氢醌、1-3份双氰胺搅拌混匀，得到包裹层固体材料。
包膜过程：首先将待包膜的肥料颗粒置于转盘造粒机中对肥料进行抛光，同时喷撒粘结剂溶液，然后用喷粉机喷撒固体混合包膜材料，包膜材料用量为肥芯重量的15-25％，包膜厚度为0.05-0.2mm，干燥制得包膜肥。
其中所述粘结剂雾化于肥料颗粒表面是通过雾化压力喷头实现的，所述雾化喷头，雾化压力范围为0.01MPa-0.5MPa，所述包膜液的雾化流速为0.1～0.5kg/分钟。
其中所述的粘结剂溶液可按照下述方法的制备：将聚乙烯醇和淀粉重量各为50％的0.15份固体粘结剂溶质加入装有6份蒸馏水的反应釜中，常温搅拌30分钟，然后用水浴加热至75℃，搅拌糊化半小时，把包膜料液转移至与空气泵相连的贮液罐中制得包膜用粘结剂溶液。
其中，聚乙烯醇为普通聚乙烯醇粘结剂，淀粉是指直链淀粉或支链淀粉，其中优选支链淀粉。
较之现有的制备方法而言本发明所属的制备方法具有需要设备少、操作简单，整个制备过程能耗低的优点。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)相对于常规树脂包膜肥料能显著降低成本，并且既具有物理包膜又具有氮素硝化抑制剂的化学缓释性能是一种典型的双控缓释肥料。
(2)本发明的包膜材料具有环境友好性，不会污染土壤，反而会提供养分，并能延长氮素肥效。
(3)本发明的包膜肥料制作工艺简单，整个流程只需要1.0-1.5小时。
(4)本发明的包膜肥料施入土壤后，可保持氮素肥效延长100-120天。
(5)本发明的包膜肥料适合于各种作物，并且对后茬作物有明显效果。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明，可以使本领域技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。除特殊说明外本发明中所采用的技术均为本领域常规技术；
实施例1：
一种无机膜材与生化抑制剂联合包膜型缓释肥料，以高浓度复混肥颗粒(其中氮源应主要为尿素)为核芯、并在其外表面包裹一层包膜材料制成；所述的包膜层由超细磷矿粉、粉煤灰、硝化抑制剂、脲酶抑制剂和粘结剂溶质组成：
原料组分按重量份计为：高浓度复合肥100份(N-P2O5-K2O＝16-16-16，其中氮源为尿素)、超细磷矿粉6份、将粉煤灰8.25份、HQ 0.15份、DCD 0.45份，搅拌混匀作为固体膜材料备用；
制备方法：
步骤(1)，将聚乙烯醇和淀粉重量各为50％的粘结剂固体混合物0.15份加入装有6份蒸馏水的反应容器中，常温搅拌30分钟，然后用水浴加热至75℃，搅拌糊化半小时，把包膜料液转移至与空气泵相连的贮液罐中制得包膜用粘结剂溶液；
步骤(2)，将待包膜复合肥100份倒入干燥的转盘造粒机转盘中滚动抛光，然后转鼓以60转/分滚动，同时将步骤(1)制得的包膜粘结剂经压力泵送至雾化喷头，将粘结剂雾化后喷涂到转盘中的肥料颗粒上，其中所述雾化喷头为压力式喷头，雾化压力范围为0.01MPa-0.5MPa，所述包膜液的雾化流速为0.1-0.5kg/分钟，持续喷雾粘结剂溶液0.3-0.5分钟，待复混肥颗粒表面均匀粘附一层粘结剂溶液后，开始用鼓风喷粉机喷洒包膜层固体混合材料粉末的三分之一，转盘稳定转动包膜1分钟后，再次喷洒粘结剂溶液，随之用鼓风喷粉机喷洒包膜层固体混合材料粉末的三分之一，如此循环2次，然后在转鼓中转动摔打加固2分钟后，即可达到包膜厚度0.15mm的包膜肥料要求。封送入烘干设备烘干，得到本发明膜厚度为0.15mm，膜材料为肥料核芯重15％的包裹型缓释肥(N:P2O5:K2O＝13.6-13.6-13.6)；
田间试验：在山东农业大学南校区资环学院实验站上采用夏玉米田间示范对比试验，设置2个处理，每个处理0.5亩。处理1：基施N:P2O5:K2O＝15-15-15的复合肥40kg/亩，一次性施入，抽雄期追施5kg/亩的尿素。处理2：基施本实施例肥料40kg/亩，一次性施入不再追肥。试验结果表明，与对照相比，施用本发明肥料的玉米长势明显优于普通复合肥料，农艺学指和产量、品质指标显著优于普通复合肥料(表1,2)。
表1不同施肥处理对玉米农艺性状及产量的影响
表2不同施肥处理对玉米品质的影响
实施例2：
一种无机膜材与生化抑制剂联合包膜型缓释肥料，以高浓度复混肥颗粒(其中氮源应主要为尿素)为核芯、并在其外表面包裹一层包膜材料制成；所述的包膜层由超细磷矿粉、粉煤灰、硝化抑制剂、脲酶抑制剂和粘结剂溶质组成：
原料组分按重量份计为：高浓度复合肥100份(N:P2O5:K2O＝19-19-19)、超细磷矿粉15份、将粉煤灰8.75份、HQ粉末0.75份、DCD粉末0.25份混合物，搅拌混匀作为固体膜材；
制备方法：步骤(1)，将聚乙烯醇和淀粉重量各为50％的粘结剂固体混合物0.25份加入装有10份蒸馏水的反应容器中，常温搅拌30分钟，然后用水浴加热至75℃，搅拌糊化半小时，把包膜料液转移至与空气泵相连的贮液罐中制得包膜用粘结剂溶液；
步骤(2)，将待包膜复合肥100份倒入干燥的转盘造粒机转盘中滚动抛光，然后转鼓以60转/分滚动，同时将步骤(1)制得的包膜粘结剂经泵送至雾化喷头，并将其雾化后喷涂到转盘中的肥料颗粒上，其中所述雾化喷头为压力式喷头，雾化压力范围为0.01MPa-0.5MPa，所述包膜液的雾化流速为0.1-0.5kg/分钟，持续喷雾粘结剂溶液0.5分钟，待尿素颗粒表面均匀粘附一层粘结剂溶液后，开始用鼓风喷粉机固体包膜材料的混合物五分之一，转盘稳定转动1分钟后，第二次喷洒粘结剂溶液，随之用鼓风喷粉机喷洒包膜层固体混合材料粉末五分之一，如此循环4次，然后在转鼓中转动摔打加固2分钟后，即可达到包膜厚度0.2mm的包膜肥料要求。随后用传送带送入烘干设备烘干，得到本发明的得到本发明膜厚度为0.20mm，膜材料为肥料核芯重25％的包裹型抗盐缓释肥(N:P2O5:K2O＝14.25-14.25-14.25)。
盆栽试验：采用冬小麦田间对比试验，设置两个处理，每个处理0.5亩。处理1：基施N:P2O5:K2O＝15-15-15的复合肥50kg/亩，一次性施入，拔节期追施5kg的尿素；处理2：基施本实施例肥料50kg/亩，一次性施入不再追肥。试验结果表明，与对照相比，施用本发明肥料的冬小麦长势明显优于普通复合肥料，出苗率、苗期生长指标和农艺学指标显著优于普通复合肥料(表3,4)。说明自制肥料能显著促进冬小麦的生长，提高冬小麦的产量。
表3不同施肥处理对冬小麦出苗率及幼苗生长的影响
表4不同施肥处理小麦产量及其构成因素
处理 穗数(104/hm2) 穗粒数 千粒重(g) 产量(kg/hm2)
处理1 504.5 44.4 34.6 6701
处理2 614.0 43.0 37.7 7704

Claims (3)

1.一种无机膜材与生化抑制剂联合包膜型缓释肥料，其特征在于：以尿素为主要氮源的高浓度复混肥料颗粒为核心、并在其外表面包裹一层包膜材料制成；所述的包膜层由超细磷矿粉、粉煤灰、氢醌、双氰胺和粘结剂的固体溶质组成，所述包膜层用量为核芯重量的15-25％，包膜厚度为0.05-0.2mm；
所述肥料颗粒选自普通高浓度复合肥，且该复合肥的氮源成份以尿素为主，其粒径为2-4mm；
以固体质量计算所述超细磷矿粉、粉煤灰、氢醌、双氰胺、粘结固体溶质的重量比例为60:35:3:1:1～40:55:1:3:1。
2.权利要求1所述的无机膜材与生化抑制剂联合包膜型缓释肥料的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
包裹材料的制备：按重量份计算，将将60-40份超细磷矿粉、35-55份粉煤灰、3-1份氢醌、1-3份双氰胺搅拌混匀，得到包裹层固体材料；
包膜过程：首先将待包膜的肥料颗粒置于转盘造粒机中对肥料进行抛光，同时喷撒粘结剂溶液，然后用喷粉机喷撒固体混合包膜材料，包膜材料用量为肥芯重量的15-25％，包膜厚度为0.05-0.2mm，干燥制得包膜肥；
其中所述粘结剂雾化于肥料颗粒表面是通过雾化压力喷头实现的，所述雾化喷头，雾化压力范围为0.01MPa-0.5MPa，所述包膜液的雾化流速为0.1～0.5kg/分钟。
3.根据权利要求2所述无机膜材与生化抑制剂联合包膜型缓释肥料的制备方法，其特征在于：所述的粘结剂溶液可按照下述方法的制备：将聚乙烯醇和淀粉重量各为50％的0.15份固体粘结剂溶质加入装有6份蒸馏水的反应釜中，常温搅拌30分钟，然后用水浴加热至75℃，搅拌糊化半小时，把包膜料液转移至与空气泵相连的贮液罐中制得包膜用粘结剂溶液。
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