缓释二氧化碳气体肥料及其制备方法与用途技术

本发明专利技术提供一种缓释二氧化碳气体肥料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)制备作为碳源的掺杂有晶型控制剂的碳酸钙微球：将晶型控制剂、氯化钙和水混合，形成混合溶液；然后，加入碳酸盐或其溶液，得到掺杂晶型控制剂的碳酸钙微球；(2)制备缓释二氧化碳气体肥料：将步骤(1)中制得的掺杂晶型控制剂的碳酸钙微球、Tris‑HCl缓冲液与多酚类化合物混合并反应，制得多酚类化合物包覆的缓释二氧化碳气体肥料。本发明专利技术制备的气体肥料是固体颗粒，方便运输，还可以应用于大田等开放空间中，可以提高植物的光合作用。

【技术实现步骤摘要】
缓释二氧化碳气体肥料及其制备方法与用途
本专利技术属于肥料
，特别涉及一种缓释二氧化碳气体肥料及其制备方法与用途。
技术介绍
植物体干物质的45％为碳元素，而空气中的CO2是植物碳素的唯一来源，光合作用是碳素摄取的唯一方式。然而，在自然状态下，大气中仅含有0.03％的CO2，故通常需以肥料协助提供CO2以增加光合作用的速率。但CO2浓度过低或过高都会对植物产生影响。例如，CO2浓度过低，会严重影响光合作用的进行，导致植株生长缓慢、落花落果严重、畸形果多、产量低、品质差。但是CO2浓度高于植物饱和浓度时，植株气孔会开启较小，水蒸腾作用减缓，叶内的热量不易散发出来，而使植物体内温度过高导致叶片萎蔫、黄化和脱落。甚至，对CO2敏感的植物叶片和果实还会发生畸形。此外，CO2浓度过高时，还会因叶片内淀粉积累过多，使叶绿素遭破坏，反而抑制光合作用。近年来，缓释技术在农业、医药等方面得到了广泛的应用,缓释肥料由于可降低肥料的流失率、可持续地提供养分、降低使用频率、减少由于过量使用造成的潜在负面影响而受到了极大的关注。其中，包膜肥料是缓释肥料的重要成员，包膜肥料是在粒状肥料表面均匀地包裹上一层阻碍传质的材料，起到减慢肥料的释放速率、延长肥料的释放时间的作用。该肥料施入后，包膜逐渐分解、破损，从而缓慢、稳定、持久地释放有效成分，以供给作物吸收利用。多酚类物质——单宁酸因其无色、无毒、可生物降解、价格低廉、易获得且其酚羟基可在空气中氧化自聚合形成薄膜,从而成为理想的包膜材料。公开号为CN105849066A的专利技术专利申请，公开了一种水悬浮液制剂作为叶面肥料用于植物，其包含具有颗粒直径＜35μm的微粒形水悬浮方解石矿物，植物提取物，以及表面活性剂，以其可将所述的微粒形水悬浮方解石矿物的ξ电位推至负数范围内，将其作为叶面肥用于作物可取得很好的效果。公开号为CN1840509A的专利技术专利申请，公开了一种含有木炭，淀粉，高锰酸钾，氯化亚铁和生石灰的CO2气体肥料，其富集了作物必需的钾、锌、锰、铁、钼等多种微量元素，增加二氧化碳浓度，促进光合作用，使作物增产。公开号为CN1849870A的专利技术专利申请，公开了一种双组分固体挂袋式二氧化碳缓释气肥剂，其包含缓释剂和固体碳酸盐两种固体组分，分别为经过化学改性的硅藻土和碳酸氢铵，施用时将两组分混合置于开有小孔的袋中并悬挂在大棚内。公开号CN103193518A的专利技术专利申请，公开了一种包衣缓释二氧化碳气肥，其将硫酸铝和轻质碳酸钙分别进行造粒和包衣后再按照2.2:1的重量份数比混合均匀，密封包装。但是上述方法普遍存在基础设施投资大，成本高，能耗高，供气速度难控制，生成的气体不纯，安全性不好，产气速度过快，可控性差，CO2利用率低，供气时间短，每日需要多次施肥，劳动强度大，所需仪器庞大，机动性不好，不能保证植物的最佳光合浓度，不适于大田(开放空间)施肥等缺点，转化成实际的生产力有很大困难。因此，必须开发一种产气方法简单、操作安全可靠、气体纯度高、价格便宜、满足植物生长需求和适用于大田的CO2气肥，才能在我国普及施用CO2气肥，以利于发展高效农业和农村经济可持续发展。
技术实现思路
为克服上述问题，本专利技术提供一种缓释二氧化碳气体肥料，其通过将作为碳源的掺杂有聚4-苯乙烯磺酸钠PSS或三聚磷酸钠STP或羧甲基纤维素钠CMC的碳酸钙微球用包膜材料包覆起来，从而达到很好的缓释性能，是更适合植物生长需要的二氧化碳气体肥料。本专利技术提供的缓释二氧化碳气体肥料可以直接应用到大田中。本专利技术提供如下技术方案：一种缓释二氧化碳气体肥料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)制备作为碳源的掺杂有晶型控制剂的碳酸钙微球：将晶型控制剂、氯化钙和水混合，形成混合溶液；然后，加入碳酸盐或其溶液，得到掺杂晶型控制剂的碳酸钙微球；(2)制备缓释二氧化碳气体肥料：将步骤(1)中制得的掺杂晶型控制剂的碳酸钙微球、Tris-HCl缓冲液与多酚类化合物混合并反应，制得多酚类化合物包覆的缓释二氧化碳气体肥料。根据本专利技术，所述制备方法还包括以下步骤：(3)制备改进型缓释二氧化碳气体肥料：将步骤(2)中制备得到的缓释二氧化碳气体肥料、Tris-HCl缓冲液与交联剂混合并反应，制得PEI交联多酚类化合物作为包覆材料的缓释二氧化碳气体肥料。根据本专利技术，所述晶型控制剂选自聚4-苯乙烯磺酸钠(PSS)或三聚磷酸钠(STP)或羧甲基纤维素钠(CMC)，更优选PSS。根据本专利技术，所述步骤(1)中的晶型控制剂PSS或STP或CMC的加入，使得碳酸钙微球形貌更规整，粒径更均一。根据本专利技术，步骤(1)中，所述作为碳源的掺杂有晶型控制剂(优选PSS或STP或CMC)的碳酸钙微球的制备方法为共沉淀法。所述碳源优选为用于植物光合作用供给的二氧化碳气体肥料的碳源。根据本专利技术，步骤(1)中，所述晶型控制剂(优选PSS或STP或CMC)与所述氯化钙的质量比为：1:(10～15)，优选为，1:12。根据本专利技术，步骤(1)中，所述氯化钙在混合溶液中的浓度为0.1～0.6mol/L，优选为，0.33mol/L。根据本专利技术，步骤(1)中，所述碳酸盐与所述氯化钙的质量比为1:(0.5～2)，优选为1:1。根据本专利技术，碳酸盐溶液的浓度为0.1～0.6mol/L，优选为，0.33mol/L。根据本专利技术，步骤(1)中，加入碳酸盐或其溶液所用时间为0.5-2秒。根据本专利技术，步骤(1)中，加入碳酸盐或其溶液后，快速搅拌，搅拌时间为10-50秒，优选为30秒。根据本专利技术，步骤(1)中，所述碳酸盐优选为碳酸钠。根据本专利技术，步骤(1)中，所述掺杂晶型控制剂(优选PSS或STP或CMC)的碳酸钙微球的粒径为2-5μm，优选为3μm。根据本专利技术，步骤(2)中，所述缓释二氧化碳气体肥料为核壳结构的缓释二氧化碳气体肥料。根据本专利技术，步骤(2)中，所述多酚类化合物选自单宁酸、多巴胺、茶多酚、水果多酚、表儿茶素EC，表儿茶素没食子酸ECG，表没食子儿茶素EGC，表没食子儿茶素没食子酸酯EGCG等中的一种或多种。根据本专利技术，步骤(2)中，所述多酚类化合物的浓度为0.2-2.0mg/mL。例如为0.2mg/mL,0.5mg/mL,1.0mg/mL,1.5mg/mL,2.0mg/mL。根据本专利技术，步骤(2)中，Tris-HCl缓冲液的pH值为8.0。根据本专利技术，步骤(2)中，所述反应在室温下进行，温度例如为15-30℃，反应时间为0.5-4小时，优选为1-2小时。根据本专利技术，步骤(2)中，将反应后的反应产物进行离心(优选高速)和洗涤(优选用蒸馏水洗涤)。根据本专利技术，步骤(2)中，反应后将反应产物进行干燥。所述干燥为真空干燥，干燥温度为30-65℃，优选为40℃。根据本专利技术，步骤(2)中，得到多酚类化合物包覆的缓释二氧化碳气体肥料后，可以继续进行步骤(2)一或多次。即，可以根据进行步骤(2)的次数来调节多酚类化合物的包覆厚度。根据本专利技术，步骤(2)的具体步骤优选如下：将步骤(1)制备的晶型控制剂(优选PSS或STP或CMC)掺杂的CaCO3微球分散在Tris-HCl缓冲溶液中，加入多酚类化合物(优选单宁酸)，反应在室温温和条件下反应2小时，对反应后的产物进行高速离心，用大量蒸馏水反复洗涤，40℃真空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种缓释二氧化碳气体肥料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)制备作为碳源的掺杂有晶型控制剂的碳酸钙微球：将晶型控制剂、氯化钙和水混合，形成混合溶液；然后，加入碳酸盐或其溶液，得到掺杂晶型控制剂的碳酸钙微球；(2)制备缓释二氧化碳气体肥料：将步骤(1)中制得的掺杂晶型控制剂的碳酸钙微球、Tris‑HCl缓冲液与多酚类化合物混合并反应，制得多酚类化合物包覆的缓释二氧化碳气体肥料。优选地，所述晶型控制剂选自聚4‑苯乙烯磺酸钠(PSS)或三聚磷酸钠(STP)或羧甲基纤维素钠(CMC)，更优选PSS。

【技术特征摘要】
1.一种缓释二氧化碳气体肥料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)制备作为碳源的掺杂有晶型控制剂的碳酸钙微球：将晶型控制剂、氯化钙和水混合，形成混合溶液；然后，加入碳酸盐或其溶液，得到掺杂晶型控制剂的碳酸钙微球；(2)制备缓释二氧化碳气体肥料：将步骤(1)中制得的掺杂晶型控制剂的碳酸钙微球、Tris-HCl缓冲液与多酚类化合物混合并反应，制得多酚类化合物包覆的缓释二氧化碳气体肥料。优选地，所述晶型控制剂选自聚4-苯乙烯磺酸钠(PSS)或三聚磷酸钠(STP)或羧甲基纤维素钠(CMC)，更优选PSS。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括以下步骤：(3)制备改进型缓释二氧化碳气体肥料：将步骤(2)中制备得到的缓释二氧化碳气体肥料、Tris-HCl缓冲液与交联剂混合并反应，制得PEI交联多酚类化合物作为包覆材料的缓释二氧化碳气体肥料。优选地，交联剂(优选聚乙烯亚胺(PEI)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，聚乙二醇(PEG)，聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)，更优选PEI)。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述作为碳源的掺杂有晶型控制剂(优选PSS或STP或CMC)的碳酸钙微球的制备方法为共沉淀法。所述碳源优选为用于植物光合作用供给的二氧化碳气体肥料的碳源。优选地，步骤(1)中，所述晶型控制剂(优选PSS或STP或CMC)与所述氯化钙的质量比为：1:(10～15)，优选为1:12。优选地，步骤(1)中，所述氯化钙在混合溶液中的浓度为0.1～0.6mol/L，优选为0.33mol/L。优选地，步骤(1)中，所述碳酸盐与所述氯化钙的质量比为1:(0.5～2)，优选为1:1。优选地，碳酸盐溶液的浓度为0.1～0.6mol/L，优选为0.33mol/L。4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，加入碳酸盐或其溶液所用时间为0.5-2秒。优选地，步骤(1)中，加入碳酸盐或其溶液后，快速搅拌，搅拌时间为10-50秒，优选为30秒。优选地，步骤(1)中，所述碳酸盐优选为碳酸钠。优选地，步骤(1)中，所述掺杂晶型控制剂(优选PSS或STP或CMC)的碳酸钙微球的粒径为2-5μm，优选为3μm。5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述缓释二氧化碳气体肥料为核壳结构的缓释二氧化碳气体肥料。优选地，步骤(2)中，所述多酚类化合物选自单宁酸、多巴胺、茶多酚、水果多酚、表儿茶素EC，表儿茶素没食子酸ECG，表没食子儿茶素EGC，表没食子儿茶素没食子酸酯EGCG等中的一种或多种。优选地，步骤(2)中，所述多酚类化合物的浓度为0.2-2.0mg/mL。例如为0.2mg/mL,0.5mg/mL,1.0mg/mL,1.5mg/mL,2.0mg/mL。优选地，步骤(2)中，Tris-HCl缓冲液的pH值为8.0。优选地，步骤(2)中，所述反应在室温下进行，温度例如为15-30℃，反应时间为0.5-4小时，优选为1-2小时。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾鑫，王燕，张亚黎，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：新疆,65