一种氮掺杂碳纳米粒子缓释氮肥及其制备方法技术

本申请公开了一种氮掺杂碳纳米粒子缓释氮肥的制备方法，包括以下步骤：配制包膜液，包膜固涂布，包膜固化，重复包膜固化，制备得到成品N‑CNPs包膜尿素，即为氮掺杂碳纳米粒子缓释氮肥。本发明专利技术的氮掺杂碳纳米粒子缓释氮肥能显著降低总氮损失量，改善土壤pH值和BS。

【技术实现步骤摘要】
一种氮掺杂碳纳米粒子缓释氮肥及其制备方法
本申请属于肥料制备
，具体地说，涉及一种氮掺杂碳纳米粒子缓释氮肥及其制备方法。
技术介绍
氮肥的施用在促进现代农业生产发展中发挥了重要作用，但较低的氮肥利用率造成的资源、能源的巨大浪费以及农产品和土壤、水体的重度污染。中国科学院南京土壤研究所的朱兆良在总结国内研究结果的基础上,对我国农田中化肥氮的去向进行了初步估计，除了35％为作物吸收及13％无法统计外，其余均以各种途径损失殆尽，其中最主要的途径是表观硝化与反硝化，占据氮肥总施用量的34％。大量损失的氮素进入环境后，造成了大面积的水体污染，以湘江流域株洲-湘潭段为例，一年和二年年总氨氮平均超标率分别高达16.67％和33..33％，长沙城区地下水硝态氮超标率35％，是正常值的1.1-1.4倍，严重影响了该流域居民用水安全。如何提高氮肥利用率，减少氮素损失，避免氮污染成了人们普通关心的问题。生物圈中各个生态系统的N素循环一般以NH3(生物固氮、氮肥施用)的形式输入氮素，经由同化、氨化、硝化、异化性硝酸盐还原等生物转化作用及其相伴的迁移运动，最终借助反硝化作用，以氮气的形式输出N素。在这个地球化学循环过程中，硝化作用对于促进生态系统的N循环、缓解环境压力、保持生态环境健康稳定有着重要意义。但是，经硝化作用形成的硝态氮不易被土壤胶体吸附，成为降低氮肥利用率、污染水体的主要原因。因此，寻找能调控硝化作用的有机或无机物质并进行农业应用开发是缓解氮肥利用率低等一系列问题的有效途径。硝化抑制剂(Nitrificationinhibitor)是一类应用较为广泛的氮肥增效剂，其主要特点在于能显著影响N素的转化过程，提高土壤中N固持量，减少硝酸盐积累，降低N2O的排放量，提升作物品质和产量。目前在农业上大量应用的硝化抑制剂主要有Nitrapyrin(氯甲基吡啶)、DCD(双氰胺)和DMPP(3,4-二甲基吡唑磷酸盐)等，室内研究表明，这几种物质都有着较好的硝化抑制效果。如按纯氮量的0.3％制备氯甲基吡啶乳油剂，在砂土中的硝化抑制率能达到40.0％～79.0％，在粘土上略低为35.7％～53.3％。DCD配施氮肥可使设施番茄氮素的平均利用率由13.84％提高到22.45％。添加纯氮量1％-2％的DMPP可以有效减缓硝化作用过程。而在田间应用条件下，DCD能减少约26％的N2O损失，DMPP的效果更强，能减少约49％N2O损失。这些硝化抑制剂的大规模应用为减少氮肥施用量、降低氮肥污染起到了积极作用。同时对这些硝化抑制剂的作用机理研究也逐步深入，以期更好的发挥硝化抑制剂氮肥增效效果。土壤中的氨在氨氧化细菌(AOB)或氨氧化古细菌(AOA)的作用下转化为亚硝酸盐，这是土壤氮素转化的第一步，也是硝化过程中的限速步骤，因而在氮素地球化学循环中，这类菌群的活性有着极为重要的地位。较早前的研究认为，参与硝化过程的土壤硝化菌群主要为氨氧化细菌(AOB)及亚硝酸盐氧化菌(NOB)，但最新的研究表明，氨氧化古细菌(AOA)也是影响硝化过程的主要菌群。由于氨氧化细菌很难进行纯培养，因而单纯根据培养结果对硝化抑制剂的作用机理进行分析将不准确。随着分子生物学技术的进步，定量分析硝化抑制剂对氮素转化过程中功能微生物种群变化的影响成为可能。杨扬等人(杨扬，孟德龙，秦红灵，吴敏娜，朱亦君，魏文学.硝化抑制剂对蔬菜土硝化和反硝化细菌的影响[J].生态学报，2012，32(21):6803-6810.)运用荧光定量PCR技术研究发现施用DCD会导致土壤中硝化基因amoA丰度显著减少，而amoA基因被认为是AOB菌群中负责将氨转化为羟胺的氨单加氧酶的活性中心。宫平则运用荧光定量PCR技术实时监控DCD和DMPP对棕褐土中AOA及AOB种群数量的影响，结果表明这两种硝化抑制剂能显著降低AOB的数量，但对于AOA种群数量作用不明显，这一定程度上限制了这类硝化抑制剂在以AOA为主要硝化菌群的环境中应用效果。除此之外，作用不稳定、价格昂贵、毒性和污染等缺陷也限制了这类硝化抑制剂的推广。DMPP的抑制效率高低、有效期长短及施用效果，均受到土壤质地、温度、水分、土壤过氧化氢酶活性、土壤pH等诸多因素的影响。DCD被认为虽能减少氮损失，但对于作物增产没有明显影响，反而会因为用量较大而降低农产品实际收入。氯甲基吡啶用量过多就会对植物产生毒害作用，影响作物根系、叶片，不同的用量对不同的作物产生的毒害作用不同。尽管硝化抑制剂在研发和应用过程中还存在不少问题，但其对提高氮肥利用率、减少环境胁迫的贡献是显著而有效的。因此，改良硝化抑制剂的使用方式或寻找适合农业生产且环境无害甚至有益的硝化抑制剂新品种，成为了解决氮肥利用率低这一问题的研究热点。在硝化抑制剂使用方法改良方面，包膜缓释肥料和有机-硝化抑制剂混合肥料有着不错的应用效果。王薇等(王薇,李东坡,王术,武志杰,张玉兰.缓/控释尿素在稻田土壤中养分释放与转化特点及脲酶响应[J].水土保持学报.2010,24(2):116-121.)将脲酶抑制剂N丁基硫代磷酰三胺(NBPT)和硝化抑制剂双氰胺(DCD)混合涂层制备大颗粒尿素，一次施肥可满足作物生长期氮素需求。有机-硝化抑制剂混合也有着较好的效果，将硝化抑制剂DMPP与成熟有机肥混合施用，N2O的损失能减少60％，且效果稳定。直接将DMPP与牛排泄物混合施用，还能在一定程度上消除硝化抑制剂对土壤生态环境的不利影响。而对于新品种的研发，则集中于天然有机材料或新型材料两个方向。Moreta等人(E.Moreta,A.F.Salcedo,M.Ishitani.EvidenceforbiologicalnitrificationinhibitioninBrachiariapastures[J].PNAs.2009,106(41)17302-17307)通过多年的观察研究，从热带牧草根系分泌物中分离出了一种带有环状二萜结构的有机物，并命名为brachialac，这种物质能影响氨单加氧酶和羟胺氧化还原酶活性，持续抑制硝化速度。纳米技术的众多优良特性使得其引入将加速了传统农业生产模式的变革。首先，纳米材料具有较高的比表面积，能极大细化材料与环境(土壤、水体)中生物组织的接触精度和准确度，定位跟踪细胞生理生化过程成为可能。其次，纳米材料的生物化学活性普遍高于常规材料，表现出了较好的抑菌作用，纳米铜和纳米银等金属纳米材料对对植物病原菌即灰霉病、炭疽病、纹枯病、稻瘟病菌等真菌以及革兰氏阳性，革兰氏阴性菌均表现出较强的抑制作用，许多农药公司已经在其农药产品中添加此类纳米材料。最后，纳米材料可以改变普通材料的某些理化性质，金被认为是一种惰性金属，不具备生物活性，然而Chakravarthy等人(A.K.Chakravarthy；AtanuBhattacharyya；P.R.Shashank，DNA-taggednanogold:Anewtoolforthecontrolofthearmyworm,SpodopteralituraFab.(Lepidoptera:Noctuidae)[J].AfricanJournalofBiotechnology.2012,11(38)9295-9031.)的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮掺杂碳纳米粒子缓释氮肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、配制包膜液：将氮掺杂碳纳米粒子制备成胶液，均匀搅拌至无沉淀，向胶液中加入海藻酸钠和羧甲基纤维素钠搅拌均匀，加热，之后降温，制备得到包膜液，备用；步骤2、包膜固涂布：选择颗粒氮素肥料作为包膜核心，先将颗粒氮素肥料预热后转入第一个流化床；利用高压压缩机将包膜液压入喷雾机后喷至转动的颗粒氮素肥料表面进行包膜处理，包膜完成后，持续转动至第二个液化床，制备得到表面均匀涂布有包膜液的颗粒氮素肥料；步骤3、包膜固化：将表面均匀涂布有包膜液的颗粒氮素肥料均匀转动的同时，以喷雾的形式加入CaCl

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂碳纳米粒子缓释氮肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、配制包膜液：将氮掺杂碳纳米粒子制备成胶液，均匀搅拌至无沉淀，向胶液中加入海藻酸钠和羧甲基纤维素钠搅拌均匀，加热，之后降温，制备得到包膜液，备用；步骤2、包膜固涂布：选择颗粒氮素肥料作为包膜核心，先将颗粒氮素肥料预热后转入第一个流化床；利用高压压缩机将包膜液压入喷雾机后喷至转动的颗粒氮素肥料表面进行包膜处理，包膜完成后，持续转动至第二个液化床，制备得到表面均匀涂布有包膜液的颗粒氮素肥料；步骤3、包膜固化：将表面均匀涂布有包膜液的颗粒氮素肥料均匀转动的同时，以喷雾的形式加入CaCl2溶液并开始交联；交联完成后通入热空气，加速交联并将多余水蒸气排出；制备得到半成品；步骤4、重复包膜固化：将步骤3完成的半成品过筛后再次进行包膜固化过程，程序及参数同步骤3；经二次包膜固化工艺后，制备得到成品N-CNPs包膜氮肥，即为氮掺杂碳纳米粒子缓释氮肥。2.根据权利要求1所述的氮掺杂碳纳米粒子缓释氮肥的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的胶液的浓度为0.5-20g/L；搅拌时间为25-35min。3.根据权利要求1所述的氮掺杂碳纳米粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡伟，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43