一种聚谷氨酸-磷肥及其制备方法技术

本发明专利技术属于农作物肥料领域，具体涉及一种聚谷氨酸-磷肥及其制备方法。聚谷氨酸-磷肥组成和结构为： ，式中，m和n为平均聚合度，m=1~9，n=20~100,R1为金属离子或磷酸根或磷酸衍生物，R2为磷酸根或磷酸衍生物，本发明专利技术将磷肥结合在聚谷氨酸分子上，保留了聚谷氨酸与磷肥的特性，同时磷肥与聚谷氨酸分子的结合可有效防止磷肥被土壤固定，提高了磷肥的利用率，促进了作物生长，且对环境也不会产生污染。

【技术实现步骤摘要】
一种聚谷氨酸-磷肥及其制备方法
本专利技术属于农作物的肥料领域，更确切的说是涉及一种具有聚合物性的环境友好型的高分子磷肥。
技术介绍
我国为人口和农业大国，为了满足人类的生活需求，大力发展农业是我国的一项重要措施。化肥在提高粮食作物产量方面扮演重要角色，我国的化肥用量增长很快，销量约占世界化肥消费总量的20%~30%，但肥料当季利用率非常低，氮肥仅有30%~35%，磷肥约为10%~20%，钾肥为35%~50%，低于世界平均水平15%~20%。磷肥在农业中扮演重要角色，是三大元素之一。磷肥在植物生长发育过程中，具有重要作用，可促进作物开花结果，提高产量和品质，增加作物的抗逆性和抗寒性，促进根系生长，对植物起着非常重要的作用。我国为农业大国，磷肥需求量大，我国磷矿资源虽然丰富，但是磷矿品位普遍偏低，在磷矿的开采和选矿方面投入了大量资金。目前我国使用的磷肥主要为磷矿粉，过磷酸钙，重过磷酸钙，磷酸铵，磷酸二氢钾等，磷肥施入土壤中，容易被土壤固定，阻碍了作物对磷肥的吸收，降低了利用率，其次如磷酸铵，磷酸二氢钾等水溶性磷肥，水溶性磷肥溶入土壤中，一部分随着灌溉水和雨水的浇灌淋溶流失，另一部分被土壤固定，大大降低了磷肥的利用率，浪费了磷肥资源。对此，出现了一些缓释型磷肥如包膜肥和高分子肥料，主要以包膜型为主，但包膜型磷肥为高分子类包膜，包膜层破裂后，磷肥释放，也会被固定，且包膜工艺复杂，肥料价格昂贵，影响推广。高分子肥料是利用有机高分子物质与养分离子结合，形成有机共聚物类活性物质，减少肥料流失，提高肥料利用率，克服了水溶性磷肥淋溶流失与被土壤固定的问题，提高磷肥利用效率，满足作物生长需求。中国专利公开号CN1880284A公开了一种多营养元素高分子缓释化肥及其制备方法和用途，该方法是将磷酸二氢钾与脲醛结合，制成高分子缓释肥料，但由于其主要大量为无机聚合，颗粒容易吸潮结块，表面容易发生反应，且制作过程中利用尿素与甲醛进行反应，容易对环境造成污染，再者其合成分子量太高，影响了肥料肥效的释放。中国专利技术专利公开号CN102584458A公开了一种多营养元素高分子缓释碳基化肥及其制备方法，该专利方法是利用磷酸二氢钾与聚羰基脲经过缩聚反应得到。该专利主要是通过磷酸键的特殊，与聚羰基脲发生缩聚反应，但聚羰基脲在热聚合过程中容易发生分解反应，造成了资源的浪费，同时过量的聚羰基脲，使肥料成本增加，价格昂贵，不利于肥料的推广。中国专利技术专利公开号CN102765986A公开了一种有机磷铵钙肥料及其制备方法，该方法是利用磷肥，氮肥，钾肥等与有机物和菌类反应，生成有机磷肥。其中培育出的菌中有效活性菌的数量不高，且该肥料见效慢，肥效低。中国专利技术专利公开号CN103204748A公开了一种提高磷素利用率的有机无机复混肥料及其制备方法，该方法加入了有机结合态磷肥、尿素、硫酸钾、改性腐殖酸、沸石粉、柠檬酸铵溶液、聚谷氨酸溶液，混合而得。该方法将磷肥先与有机物混合，生成有机结合态磷肥，再与腐殖酸有机分子结合，其中含有大量不溶性物质，对肥料的应用有一定的局限性。根据上述，我国目前的磷肥主要存在易被土壤固定，利用率低。而高分子缓释磷肥主要为磷酸盐类与高分子或者有机质进行混合，形成具有一定缓释作用的有机磷肥，肥料见效慢，肥效低，且其中不溶物多，影响使用。其中也存在少量将磷酸盐类与高分子如脲醛，聚羰基脲，腐殖酸等结合，从分子结构上改变肥料特性，形成高分子缓释肥，但在生产过程中容易造成环境污染，资源浪费，肥料成本高，价格昂贵等问题。
技术实现思路
为了解决上述的不足和缺陷，本专利技术提出了一种聚谷氨酸-磷肥，该聚谷氨酸-磷肥主要的原料为磷肥与聚谷氨酸，利用无机磷肥与聚谷氨酸结合，经过缩聚反应合成了新型的高分子聚谷氨酸-磷肥。其中磷肥结合在聚谷氨酸分子上，有效阻止了磷肥与土壤中各金属元素结合，降低了土壤对磷的固定，增加了磷肥的利用率，节省了磷肥的用量，同时聚谷氨酸增大了磷肥的传送速率，能够土壤中其他微量元素，供作物吸收，提高作物的抗病和抗逆环境能力，促进作物增产。本专利技术进一步提供了一种聚谷氨酸-磷肥的制备方法，该方法先利用还原剂将聚谷氨酸中的羧基还原为羟基，在一定的温度下与磷肥发生缩聚反应，合成新型的高分子聚谷氨酸-磷肥。本专利技术一种聚谷氨酸-磷肥，其特征在于，该聚谷氨酸-磷肥具有以下化学通式：，式中，m和n为平均聚合度，m=1~9，n=20~100；式中R1为金属离子；R2为。以还原性聚谷氨酸与磷肥中磷酸根缩聚反应得到，其反应方程式如下：；；其中R2为。本专利技术一种聚谷氨酸-磷肥，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：（1）、将10~20重量份聚谷氨酸与还原剂按比例聚谷氨酸：还原剂=1:1.5~2.5混合均匀，置于冰浴反应釜内，反应釜温度设置为0℃，在THF四氢呋喃溶剂中溶解反应1.5~3h，随着反应进行溶液的颜色逐渐消失；（2）将步骤（1）中所得混合液转移至常温反应釜中，使溶液恢复至室温，加入甲醇至溶液澄清，加入20%氢氧化钾溶液进行淬灭1~5h，用二氯甲烷/乙酸乙酯的混合溶剂进行萃取，合并有机层，分液得下层液体，即为改性聚谷氨酸溶液；（3）将步骤（2）中所得改性聚谷氨酸溶液送入搅拌反应釜中，将60~80重量份的磷肥配制成磷肥溶液或悬浮液，加入搅拌反应釜中，充分混合反应，设定反应温度为60~80℃，搅拌速率为100r/min~500r/min，在此条件下反应生成固体物质后，停止加热，保持温度20~30min后过滤，得到固体物质，在40~60℃的温度下干燥，得到聚谷氨酸-磷肥。上述聚谷氨酸-磷肥，其组成为以下重量份：磷肥：60~80份，聚谷氨酸：10~20份，其中所述的磷肥为以下任意一种或几种混合物：磷酸一铵，磷酸二铵，磷酸二氢钾，磷酸二氢钠，磷酸氢二钾；其中所述的聚谷氨酸为30%的聚谷氨酸粗粉，其聚合度m=1~9。聚谷氨酸含有大量氨基和侧链羧基，氨基可与磷酸进行结合，羧基改性为羟基后，也可与磷酸根发生缩聚反应，聚合生成新型高分子磷肥，可有效阻止磷酸根与土壤中的金属离子进行接触，防止了磷肥被土壤固定。同时聚谷氨酸与养分离子的吸附交换能力是自然土壤的100倍左右，具有很强的螯合性和生物可降解性，可以螯合土壤中的钙、镁、铁等离子，供植物生长所需，提高了肥料的肥效，随着聚谷氨酸缓慢被降解，肥效缓慢释放出来，为作物持续提供营养，具有缓释效果，提高了肥料的利用率。聚谷氨酸分解后产物为小分子量的谷氨酸，能直接被作物根部吸收，促进了作物体内蛋白质的合成，促进了作物生长，增强了作物的抗病性和抗逆性，减少了肥料和农药的施用量，提升了作物产品品质，提高作物产量。对环境无污染，为了绿色生物大分子。上述步骤（1）所述的还原剂为硼氢化钠/卤素体系，其中卤素为碘液，其比例为硼氢化钠：碘液=2:1~1.5，且加入顺序为聚谷氨酸与硼氢化钠进行混合后再加入碘液，还原剂与聚谷氨酸反应，能将聚谷氨酸中羧基还原成羟基，促进聚谷氨酸与磷肥之间的缩聚反应，增加聚谷氨酸-磷肥中磷肥的含量。先将聚谷氨酸与硼氢化钠进行混合后在加入碘液，具有很好的选择性，可将聚谷氨酸中的羧酸还原成羟基，而其他基团如氨基，碳氮键不受影响，保留氨基性质。反应生成的羟基与氨基都可与磷肥中的磷酸根发生缩聚反应，大大增加了改性聚谷氨酸对磷酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚谷氨酸‑磷肥，其特征在于：该聚谷氨酸‑磷肥的组成和结构为：    ，式中，m和n为平均聚合度，m=1~9，n=20~100；式中R1为金属离子或磷酸根或磷酸衍生物，R2为磷酸根或磷酸衍生物。

【技术特征摘要】
1.一种聚谷氨酸-磷肥，其特征在于：该聚谷氨酸-磷肥的组成和结构为：，式中，m和n为平均聚合度，m=1~9，n=20~100；式中R1为金属离子；R2为。2.根据权利要求1所述的一种聚谷氨酸-磷肥，其特征在于：是以还原性聚谷氨酸与磷肥中磷酸缩聚反应得到，其反应方程式如下：；；其中R2为。3.根据权利要求1所述的一种聚谷氨酸-磷肥，其特征在于：该聚谷氨酸-磷肥的制备方法包括以下步骤：（1）、将10~20重量份聚谷氨酸与还原剂按比例聚谷氨酸：还原剂=1:1.5~2.5混合均匀，置于冰浴反应釜内，反应釜温度设置为0℃，在THF四氢呋喃溶剂中溶解反应1.5~3h，随着反应进行溶液的颜色逐渐消失；（2）将步骤（1）中所得混合液转移至常温反应釜中，使溶液恢复至室温，加入甲醇至溶液澄清，加入20%氢氧化钾溶液进行淬灭1~5h，用二氯甲烷/乙酸乙酯的混合溶剂进行萃取，合并有机层，分液得下层液体，即为改性聚谷氨酸溶液；（3）将步骤（2）中所得改性聚谷氨酸溶液送入搅拌反应釜中，将60~80重量份的磷肥配制成磷肥溶液或悬浮液，加入搅拌反应釜中，充分混合反应，设定...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，张芝媛，
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