一种黄土基地质聚合物复合缓释肥料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种黄土基地质聚合物复合缓释肥料的制备方法，该方法是指：首先以碱激发黄土聚合得到黄土基开孔地质聚合物；然后在多羟基高分子水溶液中加入所述黄土基开孔地质聚合物，搅拌后，加入氮肥，继续密封搅拌0.5~2 h，再加入交联剂溶液反应3~5 min，得到胶状物；将所述胶状物注入凝胶模具，于60℃干燥36 h，即制得黄土基地质聚合物复合缓释肥料。本发明专利技术工艺简单，成本低廉，所制得的黄土基地质聚合物复合缓释肥料不仅具有良好的缓释性能，而且具有一定的吸水保水性能，为在化学与农业的跨界应用中提供了一种思路和新型缓释肥料的合成方法，具有较强的实用性和推广性。

【技术实现步骤摘要】
一种黄土基地质聚合物复合缓释肥料的制备方法
本专利技术涉及农业材料领域和复合材料科学
，尤其涉及一种黄土基地质聚合物复合缓释肥料的制备方法。
技术介绍
目前，我国农业生产严重依赖于化肥，但是氮肥的总体利用率仅有30％～35％，其它约30％以上由淋失、挥发、地表径流等损失，约30％左右被微生物分解消耗。多余的肥料会被浪费，造成肥料的利用率较低，尤其是氮肥利用时存在损失特别严重的问题。而肥料利用率的低下，不仅仅直接对经济造成损失，而且流失的肥料往往是进入土壤和水体中，造成地表富营养化、地下水严重污染等问题。因此，有关缓释肥料的研究对于农业产业化发展具有重要的意义。缓释肥料又称缓效肥料或控释肥料，其肥料中含有养分的化合物在土壤中释放速度缓慢或者养分释放速度可以得到一定程度的控制以供作物持续吸收利用。使用缓释肥料可以减少肥料养分特别是氮素在土壤中的损失，减少施肥作业次数，节省劳力和费用，还能避免发生由于过量施肥而引起的对种子或幼苗的伤害。因此，已相继开发出一系列的缓控释肥新产品：如涂层尿素、胶粘肥料、亲水性聚合物肥料以及废塑料膜包膜肥、生物质包膜肥料（CN107473805A）、高聚物缓释土壤改良材料（CN105439682A），但以上缓控释肥仍存在许多不足：生产成本太高、工艺复杂、品种和功能相对单一、价格过高、无法大面积推广、缓控释性能不稳定或缓控释材料在土壤中难生物降解，从而限制了缓控释肥料的推广应用。因此，开发新型、高效、廉价、绿色环保的缓释肥料材料已成为目前研究的关键。地质聚合物是一种碱激发的非晶态硅铝酸盐材料，与普通硅酸盐胶凝材料相比，具有原料来源广泛、成本低廉、环境污染小（基本不排放CO2）、节约能源、气孔率高等优点。尤其是地质聚合物的孔状结构，能有效地将被载对象吸附固定在孔结构中。由于具有诸多优异的性能，其研究领域被大大拓宽，逐渐从常规实验制备转向更具体的应用研究，如用作建筑防火耐热保温材料（CN105621911A）、发泡多孔材料、水处理、空气净化、重金属固化、催化剂载体和核废料固封等。但目前地聚物材料的制备以粘土（如：高岭土）为主，成本高，功能单一且应用范围窄。黄土是一种典型的天然硅酸盐无机矿物原材料，主要分布在世界中纬度地区，占地面积可达64万km2，结构表现为疏松、多孔隙、质地均一、易渗水，伴随有多种可溶性物质，由于属于湿陷性土壤，对水土保持、植被覆盖有着大为不利的影响。因此，如何实现黄土资源利用是固化聚合物一个重要的研究和应用方向。黄土的主要成分有SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3等，将黄土代替黏土矿物制成各种工业用品，而如何利用黄土代替黏土制备地聚物碱性胶凝材料，将具有重大的环境资源现实意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、成本低廉的黄土基地质聚合物复合缓释肥料的制备方法。为解决上述问题，本专利技术所述的一种黄土基地质聚合物复合缓释肥料的制备方法，其特征在于：首先以碱激发黄土聚合得到黄土基开孔地质聚合物；然后在多羟基高分子水溶液中加入所述黄土基开孔地质聚合物，以600~1800r/min的速率搅拌0.5~3h后，加入氮肥，继续密封搅拌0.5~2h，再加入交联剂溶液，反应3~5min，得到胶状物；将所述胶状物注入凝胶模具，于60℃干燥36h，即制得黄土基地质聚合物复合缓释肥料；所述氮肥与所述黄土基开孔地质聚合物的质量比为1：1~1：5；所述交联剂溶液与所述多羟基高分子水溶液的质量比为1：1~1：5。所述黄土基开孔地质聚合物按下述方法制得：⑴将黄土颗粒过300目筛，并干燥，即得干燥的黄土颗粒；⑵在蒸馏水中，磁力搅拌下缓慢加入硅酸盐固体，以400r/min速率搅拌5min，得到无色溶液；再加入碱激发剂固体，并将转速调至800r/min后继续搅拌至溶解，得到混合液；所述硅酸盐固体与所述干燥的黄土颗粒的质量比为3~5：10~14；所述干燥的黄土颗粒与所述蒸馏水的质量比为5~7：5~6；所述碱激发剂固体与所述干燥的黄土颗粒的质量比为0.1~0.5：10~14；⑶所述混合液中加入所述干燥的黄土颗粒，室温搅拌过夜8~24h后，先加入表面活性剂，升高转速至1000r/min，搅拌10~40min；再逐滴加入发泡剂溶液，通过控制滴加速度来减缓发泡量，然后继续搅拌10min，形成均匀的混浊液；所述表面活性剂与所述干燥的黄土颗粒的质量比为0.7~0.9：25~35；所述发泡剂溶液与所述干燥的黄土颗粒的质量比为1：1~1：35；⑷将所述均匀混浊液注入模具，于80℃干燥36h后，即得疏松多孔块状的黄土基开孔地质聚合物。所述步骤⑵中硅酸盐固体是指硅酸钠、硅酸钾或硅酸钠与硅酸钾的混合物中的一种。所述步骤⑵中碱激发剂固体是指氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钠与氢氧化钾的混合物中的一种。所述步骤⑶中表面活性剂是指油酸、硬脂酸、豆蔻酸、葵花油、大豆油、Tween-80中的一种。所述步骤⑶中发泡剂溶液是指由双氧水、铝粉、锌粉、次氯酸钠、过硼酸钠、石灰岩、硅微粉中的一种溶于水得到的质量浓度为5~30%的溶液。所述多羟基高分子水溶液是指先将多羟基高分子Ⅰ溶于蒸馏水中，50~95℃水浴于恒温磁力搅拌器中以800r/min的转速搅拌5~30min至溶解，然后缓慢降温至30~70℃水浴，再加入多羟基高分子Ⅱ，继续搅拌8~10min至充分分散，即得粘稠状多羟基高分子水溶液；所述多羟基高分子Ⅰ与黄土基开孔地质聚合物的质量比为1：0.5~1：10；所述多羟基高分子Ⅱ与黄土基开孔地质聚合物的质量比为1：1~1：20。所述多羟基高分子Ⅰ与所述多羟基高分子Ⅱ均是指可溶性纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚乙烯醇、淀粉、海藻酸钠、羧甲基淀粉、壳聚糖中的一种或几种。所述氮肥是指尿素、氯化铵、硝酸铵、碳酸氢胺、硫胺中的一种。所述交联剂溶液是指由硼酸、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、过硼酸钠中的一种溶于水得到的质量浓度为0.5~15%的溶液。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术以碱激发黄土聚合得到具有多孔结构的黄土基开孔地质聚合物，并负载肥料物质于其孔隙结构中，再经过多羟基高分子作为交联剂形成外层包膜材料。与纯的尿素相比，其具有良好的缓释性能。同时由于含有凝胶结构而使该材料具有一定的吸水保水性能，有望应用于农业种植领域。2、对本专利技术黄土基地质聚合物和黄土地质聚合物复合缓释肥料的形貌与结构分析：①黄土基地质聚合物和黄土地质聚合物复合缓释肥料的宏观形貌本专利技术所制备的黄土基地质聚合物和黄土地质聚合物复合缓释肥料的宏观形貌如图1所示。可以看出，黄土基地质聚合物呈块状结构，表面含有大量孔隙，同时也保留了原黄土的黄土色，说明合成的黄土基开孔地质聚合物是一种新型的材料（图1a）。黄土地质聚合物复合缓释肥料呈粒状结构，同时保留了开孔地质聚合物的孔隙结构（图1b），边缘可以看出凝胶膜的结构，说明凝胶包覆在地质聚合物的结构中，其多孔状结构有利于与土壤接触，并释放养分，该缓释凝胶有利于应用在肥料缓释本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种黄土基地质聚合物复合缓释肥料的制备方法，其特征在于：首先以碱激发黄土聚合得到黄土基开孔地质聚合物；然后在多羟基高分子水溶液中加入所述黄土基开孔地质聚合物，以600~1800 r/min的速率搅拌0.5~3 h后，加入氮肥，继续密封搅拌0.5~2 h，再加入交联剂溶液，反应3~5 min，得到胶状物；将所述胶状物注入凝胶模具，于60℃干燥36 h，即制得黄土基地质聚合物复合缓释肥料；所述氮肥与所述黄土基开孔地质聚合物的质量比为1：1~1：5；所述交联剂溶液与所述多羟基高分子水溶液的质量比为1：1~1：5。/n

【技术特征摘要】
1.一种黄土基地质聚合物复合缓释肥料的制备方法，其特征在于：首先以碱激发黄土聚合得到黄土基开孔地质聚合物；然后在多羟基高分子水溶液中加入所述黄土基开孔地质聚合物，以600~1800r/min的速率搅拌0.5~3h后，加入氮肥，继续密封搅拌0.5~2h，再加入交联剂溶液，反应3~5min，得到胶状物；将所述胶状物注入凝胶模具，于60℃干燥36h，即制得黄土基地质聚合物复合缓释肥料；所述氮肥与所述黄土基开孔地质聚合物的质量比为1：1~1：5；所述交联剂溶液与所述多羟基高分子水溶液的质量比为1：1~1：5。


2.如权利要求1所述的一种黄土基地质聚合物复合缓释肥料的制备方法，其特征在于：所述黄土基开孔地质聚合物按下述方法制得：
⑴将黄土颗粒过300目筛，并干燥，即得干燥的黄土颗粒；
⑵在蒸馏水中，磁力搅拌下缓慢加入硅酸盐固体，以400r/min速率搅拌5min，得到无色溶液；再加入碱激发剂固体，并将转速调至800r/min后继续搅拌至溶解，得到混合液；所述硅酸盐固体与所述干燥的黄土颗粒的质量比为3~5：10~14；所述干燥的黄土颗粒与所述蒸馏水的质量比为5~7：5~6；所述碱激发剂固体与所述干燥的黄土颗粒的质量比为0.1~0.5：10~14；
⑶所述混合液中加入所述干燥的黄土颗粒，室温搅拌过夜8~24h后，先加入表面活性剂，升高转速至1000r/min，搅拌10~40min；再逐滴加入发泡剂溶液，通过控制滴加速度来减缓发泡量，然后继续搅拌10min，形成均匀的混浊液；所述表面活性剂与所述干燥的黄土颗粒的质量比为0.7~0.9：25~35；所述发泡剂溶液与所述干燥的黄土颗粒的质量比为1：1~1：35；
⑷将所述均匀混浊液注入模具，于80℃干燥36h后，即得疏松多孔块状的黄土基开孔地质聚合物。


3.如权利要求2所述的一种黄土基地质聚合物复合缓释肥料的制备方法，其特征在于：所述步骤⑵中硅酸盐固体是指硅酸钠、硅酸钾或硅酸钠与硅酸钾的混合物中的一种。

【专利技术属性】
技术研发人员：何玉凤，闫海彦，景星月，朱新花，戴锋利，王荣民，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62