通过构筑纳米速溶位点调控氮释放速率的磷酸盐改性脲醛缓控释肥料制造技术

本发明专利技术属于缓/控释化肥领域，尤其涉及一种通过构筑纳米速溶位点调控氮释放速率的磷酸盐改性脲醛缓控释肥料，本发明专利技术采用溶液聚合配合原位挤出造粒技术，在脲醛的前体羟甲基脲原位反应生成脲醛的过程中，将磷酸盐穿插在形成的脲醛大分子链间，制备得到新型含氮、磷养分的生物降解缓控释肥料。由于磷酸盐晶体表面的磷氧键和羟基可以与脲醛分子链上的脲基形成强烈的氢键作用，因而可以破坏脲醛基体原有分子链间的规整排列结构。本发明专利技术从分子水平调控脲醛分子链的长度以及结晶度，从而提高磷酸盐改性脲醛生物降解缓控释肥料的养分释放速率，从根本上解决脲醛肥养分释放率过低的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
通过构筑纳米速溶位点调控氮释放速率的磷酸盐改性脲醛缓控释肥料


[0001]本专利技术属于缓/控释化肥领域，尤其涉及一种通过构筑纳米速溶位点调控氮释放速率的磷酸盐改性脲醛缓控释肥料。

技术介绍

[0002]化学肥料自诞生之日起便被广泛应用于农业生产，它为作物增产、解决人类粮食短缺等问题起到了重要作用。随着传统速效肥料应用的日益广泛，传统肥料利用率低、对土壤和环境造成的危害引起了人们的广泛关注。因此缓/控释肥料应运而生。缓/控释肥料是指养分释放速率缓慢、释放期较长，在整个生长期内都可以满足作物生长需求的肥料。按照制备工艺，缓/控释肥料可以分为化学改性型、物理包膜型和生化抑制型。物理包膜型缓/控释肥料是目前市场上应用较为广泛的缓/控释肥料，合成出的很多包膜肥料虽然能达到比较理想的缓释效果，但是合成聚合物的残留物在土壤中难以降解，可能会成为新的污染源污染土壤。从环保的角度考虑，天然聚合物对土壤无毒，易于生物降解，更适合作为肥料的包膜材料。但是，天然聚合物的成本过高，缓/控释效果不理想等因素也成为其大范围推广生产的阻力。生化抑制型缓控释肥料所添加的酶抑制剂效果好、易降解，但是成本比较高。因此，研发高效、廉价、环保的新型缓释化肥以及简单易行的生产工艺成为我国缓释化肥推广应用的首要目标。
[0003]脲醛（UF）在农业领域是应用比较早的缓/控释肥料，其是尿素和甲醛在一定条件下缩合生成的由不同聚合度聚亚甲基脲组成的混合物。UF在微生物的作用下缓慢降解并逐步释放氮养分，具有良好的肥效。但是UF在国际缓释化肥市场的占有率却逐年降低，原因在于UF肥料中低分子量的部分在作物生长初期释放速率快，而高分子量部分在作物生长后期释放速率慢，释放周期可达1
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2年，氮养分的释放速率很难满足作物正常生长的需求量，因此需要对其改性以改善UF肥料的氮素释放速率。
[0004]为拓宽UF肥料的应用范围，目前通用的做法是将易溶的小分子氮肥，如尿素、硝态氮肥或铵态氮肥等与UF通过物理混合的方式制备得到脲醛基复混肥，其中的小分子氮肥为作物生长前期提供营养，为速效养分，UF 组分为作物生长中后期提供营养，为缓释养分。该方法虽然可以在一定程度上缓解单一UF前期养分供应不足的问题，但是并未能从根本上解决脲醛肥氮养分释放率过低的问题。
[0005]前人的研究工作表明，导致UF降解速率过慢的原因主要是相邻脲醛分子链上的脲基基团可以形成强烈的氢键作用，促使分子链进行规整排列，从而形成难以被降解的结晶区域。因此，只要能够有效降低UF的结晶度，其降解性能就能被显著改善。目前，国内外对改性UF进行了大量研究，目的是提高其的缓释性能，使其可以应用于农作物生产中。研究发现磷酸盐晶体表面的磷氧键和羟基可以与脲醛分子链上的脲基形成强烈的氢键作用，从而破坏脲醛基体原有分子链间的规整排列结构，提高脲醛基体的氮释放速率。同时磷酸盐可以为植物提供生长所需的磷养分，此外磷酸盐具有易获得、表面活性高等特点，在制备聚合物
复合肥料中应用前景广泛。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决脲醛肥氮养分释放率过低的问题，提供了一种通过构筑纳米速溶位点调控氮释放速率的磷酸盐改性脲醛缓控释肥料。本专利技术使用磷酸盐对UF进行改性，不仅可以调整UF的养分释放速率，还有助于提升肥料的降解性能，从而使其对环境更加友好。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案实现的：通过构筑纳米速溶位点调控氮释放速率的磷酸盐改性脲醛缓控释肥料的制备方法，包括如下步骤：（1）在反应容器中加入一定量的尿素和甲醛，调节体系pH，在一定温度下反应一段时间后，将体系温度升至设定温度，然后加入一定量的磷酸盐继续反应，直至体系生成类膏状固体；（2）将步骤（1）得到的类膏状固体通过挤出机挤出造粒并在设定温度下烘干至恒重，则得到生物降解的磷酸盐改性脲醛缓控释肥料。
[0008]作为本专利技术技术方案的进一步改进，在步骤（1）中，所述尿素和甲醛的摩尔比为1:1
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3:1。
[0009]作为本专利技术技术方案的进一步改进，在步骤（1）中，调节体系pH至8
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10。
[0010]作为本专利技术技术方案的进一步改进，在步骤（1）中，调节体系pH后，体系的反应温度为30
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80℃，反应时间为1
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3h。
[0011]作为本专利技术技术方案的进一步改进，在步骤（1）中，设定温度为50℃
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80℃。
[0012]作为本专利技术技术方案的进一步改进，磷酸盐改性脲醛缓控释肥料中N与P2O5的质量比为1
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3:0.5
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1.5。
[0013]作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述磷酸盐为磷矿粉、羟基磷灰石、磷酸二氢钙、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠和磷酸二氢钾中的任意一种或多种的组合。
[0014]作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述磷酸盐改性脲醛缓控释肥料中营养元素氮的含量为20wt%
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40wt%，以P2O5计的营养元素磷的含量为0wt%
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20wt%且不为0。
[0015]本领域的技术人员也可以根据不同作物对养分的需求，通过控制反应原料中尿素、甲醛、磷酸盐的加入量，制备出各种不同氮、磷或其它中微量元素含量的含多种营养元素的生物降解高分子缓控释肥料。
[0016]与现有肥料相比，本专利技术具有如下所述的优越性：（1）本专利技术采用溶液聚合配合原位挤出造粒技术，在脲醛的前体羟甲基脲原位反应生成脲醛的过程中，将磷酸盐穿插在形成的脲醛大分子链间，制备得到新型含氮、磷养分的生物降解缓控释肥料。由于磷酸盐晶体表面的磷氧键和羟基可以与脲醛分子链上的脲基形成强烈的氢键作用，因而可以破坏脲醛基体原有分子链间的规整排列结构。本专利技术从分子水平调控脲醛分子链的长度以及结晶度，从而提高磷酸盐改性脲醛生物降解缓控释肥料的养分释放速率，从根本上解决脲醛肥养分释放率过低的问题。
[0017]（2）本专利技术制备的新型含氮、磷养分的生物降解缓控释肥料具有优异的氮、磷元素缓释性能，可大幅提高肥料利用效率，减少肥料养分流失及其带来的环境问题。同时可避免在作物生长周期中多次施肥，费时费力。
[0018]（3）本专利技术制备的磷酸盐改性脲醛生物降解缓控释肥料工艺简单，易操作，可大大
节约成本，易于工业化生产。
附图说明
[0019]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为实施例2和对比例1制备的缓释肥的FTIR谱图。为了解磷酸盐改性脲醛肥料的结构特点，通过 FTIR 分析官能团特点，如图1所示。由图1（A）可知本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.通过构筑纳米速溶位点调控氮释放速率的磷酸盐改性脲醛缓控释肥料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）在反应容器中加入一定量的尿素和甲醛，调节体系pH，在一定温度下反应一段时间后，将体系温度升至设定温度，然后加入一定量的磷酸盐继续反应，直至体系生成类膏状固体；（2）将步骤（1）得到的类膏状固体通过挤出机挤出造粒并在设定温度下烘干至恒重，则得到生物降解的磷酸盐改性脲醛缓控释肥料。2.根据权利要求1所述的通过构筑纳米速溶位点调控氮释放速率的磷酸盐改性脲醛缓控释肥料的制备方法，其特征在于，在步骤（1）中，所述尿素和甲醛的摩尔比为1:1
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3:1。3.根据权利要求1所述的通过构筑纳米速溶位点调控氮释放速率的磷酸盐改性脲醛缓控释肥料的制备方法，其特征在于，在步骤（1）中，调节体系pH至8
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10。4.根据权利要求1所述的通过构筑纳米速溶位点调控氮释放速率的磷酸盐改性脲醛缓控释肥料的制备方法，其特征在于，在步骤（1）中，调节体系pH后，体系的反应温度为30
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80℃，反应时间为1
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【专利技术属性】
技术研发人员：李旭，刘亚青，赵贵哲，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：