一种壳聚糖缓释肥料微球及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种壳聚糖缓释肥料微球及其制备方法，该缓释肥料是由可生物降解的壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠和化肥组成。将壳聚糖溶于乙酸溶液中，取化肥和聚乙烯醇溶解在壳聚糖乙酸溶液中，加入离子交联剂得到微球，将微球置于海藻酸钠溶液中超声振荡，形成壳聚糖缓释肥料微球。在交联成微球的过程，肥料分子黏结、包裹在壳聚糖微球的交联网络微孔中，改变肥料分子的溶解性和释放能力，养分随着壳聚糖微球的降解缓慢释放；同时微球表面包裹了一层海藻酸钠电解质膜，有利于降低养分在释放初期产生的突释现象。该缓释肥的制备工艺简单，成本较低，环保无毒，适合工业生产。

【技术实现步骤摘要】
一种壳聚糖缓释肥料微球及其制备方法
本专利技术属于缓释肥料领域，特别涉及一种以壳聚糖和化肥混合制备缓释肥料微球及其制备方法。
技术介绍
我国是农业大国，随着农业生产技术的改进和产量的提高，对于化肥的依赖程度越来越高。但传统化学在粮食增长的贡仅献率为46.3%，远远低于世界发达国家水平。肥料利用率低下是一直困扰着人们的问题，导致肥料利用率低主要的原因是肥料的淋失和挥发，肥料的大量淋失不但使土壤肥力下降，农作物质量降低，造成大量的经济损失，而且还会造成环境污染。因此，需要开发一种新型肥料。缓释肥料是化肥发展的一种最新趋势，其养分释放速度和数量具有一定的可控性，可以根据作物生长需要释放养分，使其在农作物的整个生长期内长期有效，可以大大提高肥料的利用率，减少用量和施用次数。目前国内的缓释肥料大多以包膜型缓释肥和无膜型缓释肥为主。包膜型缓释肥是利用硫化床或转鼓包膜机等将缓释材料包裹在肥料颗粒的表面，该产品其生产工艺复杂且价格昂贵，仅适用于花卉、蔬菜等经济价值较高的领域，同时有些包膜材料不易降解，污染土壤环境，因此不适合在农田里大面使用。无膜型缓释肥料是将肥料养分均匀地分散或吸附在某种特殊功能材料中，肥料养分在功能材料的降解过程中逐渐释放出来，利用率高，制造工艺简单、生产成本低，且缓释材料易于降解，适合大面积推广使用。中国专利公开号为CN103254024A公开了一种凹凸棒矿粉缓释肥料，该缓释肥由凹凸棒矿粉和家禽粪便经发酵制备而成，可以减少污染和优化土壤环境，但以凹凸棒土作为缓释剂，量少使缓释效果不明显，量多会使养分释放速度太慢，且凹凸棒土的吸水性很强，将该缓释肥施用在土壤中，凹凸棒土很快吸收土壤中的水分使肥料溶解，达不到长期缓释效果。中国专利公开号为CN102826920A公开了一种以珍珠岩为载体的复混缓释肥料，该缓释肥以珍珠岩为载体，将硫酸、氮肥、钾肥水溶液混合喷洒在珍珠岩颗粒上，同时喷洒磷粉肥料形成三元复婚缓释肥料，利用珍珠岩的吸附性使肥料缓释释放；由于珍珠岩具有很强的吸水性，在土壤中很容易吸收水分使负载在多孔中的肥料溶解释放，缓释速率相对较快，不能达到养分长期释放的效果，不适合生长期较长的作物生长。中国专利公开号为CN1470485A公开了载体型缓释肥料及其制备方法，该方法将化肥与载体物质搅拌混合，加入交联剂充分反应而得。直接将高分子有机物载体如聚乙烯醇、聚乙二醇与肥料溶液混合，通过交联剂只能将部分肥料分子与高分子材料聚合，需要增加载体物质和交联剂的用量才能增大肥料的负载量，但成本也有所增加；同时采用的高分子载体在水中具有一定的溶解性，肥料养分的释放速率比较快，不能有效延缓肥料的溶解性。根据上述，以无机物和高分子有机物为缓释材料的缓释肥，肥料负载量不大、肥料的养分释放比包膜材料相对较快，达不到理想中的缓释效果。壳聚糖是一种可生物降解的高分子材料，具有良好的吸附性能，其完全降解后可以作为一种生物微肥，起到改良土壤和调节植物生长的作用；但是壳聚糖易溶解在pH较低的水溶液中，引起壳聚糖的大量流失，不能直接用来制备缓释肥，因此需要对壳聚糖进行改性，提高其在缓释肥料领域的应用价值。
技术实现思路
本专利技术针对上述缓释肥料技术中存在的不足与缺陷，提供一种壳聚糖缓释肥料微球，该肥料以壳聚糖、聚乙烯醇、化肥、海藻酸钠为主要原材料，利用离子交联剂聚合成微球。壳聚糖微球是一种球形的多孔微球，具有较大的比表面积和较强的吸附能力，将肥料混合在壳聚糖溶液中，在交联剂的作用下，壳聚糖固化成微球，在此过程中，肥料与壳聚糖之间通过分子间的极性吸引力结合，肥料分子固定在壳聚糖微球具有网状结构的交联微孔中。将缓释肥料微球施到土壤中，微球吸收土壤中的水分，微球表面负载的肥料养分溶解释放，由于微球表面负载了一层海藻酸钠电解质层，减缓表面肥料养分的释放速率；随着时间的延长，微球吸水溶胀，固定在微球网络结构中的肥料养分开始缓慢释放，当微球吸水量趋于饱和时，肥料养分只能随着壳聚糖微球的缓释降解释放出来，达到缓释控释的目的。本专利技术进一步的目的是提供一种壳聚糖缓释肥料微球的制备方法，该方法是将壳聚糖溶于乙酸溶液中，取化肥和聚乙烯醇溶解在壳聚糖乙酸溶液中，加入离子交联剂得到微球，将微球置于海藻酸钠溶液中超声振荡，形成壳聚糖缓释肥料微球。在交联成微球的过程，肥料分子黏结、包裹在壳聚糖微球的交联网络微孔中，养分随着壳聚糖微球的降解缓慢释放，同时微球表面包裹了一层海藻酸钠电解质膜，有利于降低养分在释放初期产生的突释现象。本专利技术一种壳聚糖缓释肥料微球，其特征在于该缓释肥料微球由60-80重量份的化肥、10-20重量份的壳聚糖、1.0-3.0重量份的聚乙烯醇和1.0-5.0重量份的海藻酸钠组成，该微球的比表面积为60-100m2/g，粒径分布在10-120μm之间，孔径为5-100nm，孔容为1.0-3.5cm3/g，孔隙率为70-90%。上述所述的化肥为氮肥、磷肥、钾肥和微量元素肥，其中氮肥为尿素、氯化铵、硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵的至少一种；磷肥为过磷酸钙、重过磷酸钙、磷酸一铵、磷酸二铵的至少一种；钾肥为氯化钾、硫酸钾、硝酸钾、磷酸一氢钾的至少一种；微量元素肥为硫酸镁、硫酸锰、硝酸铁、硫酸锌、硫酸铜的至少一种；所述的壳聚糖相对分子质量为10000-200000，脱乙酰度为80-95%。本专利技术一种壳聚糖缓释肥料微球的制备方法，其特征在于制备方法包括以下步骤：（1）将10-20重量份的壳聚糖固体投入到搅拌器中，加入质量分数为3-5%的醋酸溶液，制得质量分数为1-5%的壳聚糖醋酸溶液；再加入60-80重量份的化肥和1.0-3.0重量份的聚乙烯醇，以500-1000r/min的速度下搅拌2-5min，完全溶解得到壳聚糖和化肥的复合溶液；（2）将1.0-5.0重量份的海藻酸钠溶解在水中，配成质量分数为0.2-0.5%的海藻酸钠溶液，待用；（3）将壳聚糖和化肥的复合溶液投入到微波反应器中，在200-500r/min搅拌速度下向壳聚糖和化肥的复合溶液中加入1.0mol/L的KOH溶液，用pH计调节复合溶液的pH=4.5-6.5；（4）设置微波反应器的参数：温度50-80℃、转速600-1000r/min，在此条件下将0.4-0.8g/L的离子交联剂溶液缓慢加入到步骤（3）中的复合溶液中，交联剂与壳聚糖的质量比为1:3-8，继续搅拌15-30min，得到壳聚糖和化肥的微球溶液；（5）将制备好的壳聚糖和化肥微球溶液用离心机离心5min，转速为4000r/min，倒去上层清液，分离出壳聚糖缓释肥料微球；将微球置于步骤（2）中的海藻酸钠溶液中，常温下超声振荡10min，离心分离，将产物在60-80℃温度下干燥15-30min，得到壳聚糖微球缓释肥料。上述步骤（4）中所述的离子交联剂为焦磷酸钠、三聚磷酸钠、四聚磷酸钠、六偏磷酸钠中的任意一种。上述步骤（1）中所使用的搅拌机为高速搅拌机，转速≥400r/min，搅拌机叶片最高线速度在15s以内，能在1-3min内将浆液搅拌均匀。上述步骤（3）中所使用的微波反应器中置有磁力搅拌器，搅拌速度连续可调并实时显示，温度控制范围：0-250℃，可以安装滴加装置；利用微波辐射可以加快反应速率，微球产率高，反应条件易于控制，能较好的控制微球形貌，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种壳聚糖缓释肥料微球，其特征在于该缓释肥料微球由60‑80重量份的化肥、10‑20重量份的壳聚糖、1.0‑3.0重量份的聚乙烯醇和1.0‑5.0重量份的海藻酸钠组成。

【技术特征摘要】
1.一种壳聚糖缓释肥料微球，其特征在于该缓释肥料微球由60-80重量份的化肥、10-20重量份的壳聚糖、1.0-3.0重量份的聚乙烯醇和1.0-5.0重量份的海藻酸钠为主要原料制备而成，所述的壳聚糖缓释肥料微球由以下方法制备所得：（1）将10-20重量份的壳聚糖固体投入到搅拌器中，加入质量分数为3-5%的醋酸溶液，制得质量分数为1-5%的壳聚糖醋酸溶液；再加入60-80重量份的化肥和1.0-3.0重量份的聚乙烯醇，以500-1000r/min的速度下搅拌2-5min，完全溶解得到壳聚糖和化肥的复合溶液；（2）将1.0-5.0重量份的海藻酸钠溶解在水中，配成质量分数为0.2-0.5%的海藻酸钠溶液，待用；（3）将壳聚糖和化肥的复合溶液投入到微波反应器中，在200-500r/min搅拌速度下向壳聚糖和化肥的复合溶液中加入1.0mol/L的KOH溶液，用pH计调节复合溶液的pH=4.5-6.5；（4）设置微波反应器的参数：温度50-80℃、转速600-1000r/min，在此条件下将0.4-0.8g/L的离子交联剂溶液缓慢加入到步骤（3）中的复合溶液中，交联剂与壳聚糖的质量比为1:3-8，继续搅拌15-30min，得到壳聚糖和化肥的微球溶液；（5）将制备好的壳聚糖和化肥微球溶液用离心机离心5min，转速为4000r/min，倒去上层清液，分离出壳聚糖缓释肥料微球；将微球置于步骤（2）中的海藻酸钠溶液中，常温下超声振荡10min，离心分离，将产物在60-80℃温度下干燥15-30min，得到壳聚糖微球缓释肥料。2.根据权利要求1所述的一种壳聚糖缓释肥料...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，孙丽枝，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51