风化煤腐殖酸/脲醛化合物反应挤出制备工艺及施肥方法技术

本发明专利技术涉及非金属化合物技术领域，具体涉及一种风化煤腐殖酸/脲醛化合物反应挤出制备工艺及施肥方法，在碱性环境中，多聚甲醛解聚为甲醛小分子并与体系中的尿素反应，生成一羟甲基脲和二羟甲基脲。之后，在双螺杆反应挤出机螺杆的强烈剪切作用下，体系中的大分子风化煤腐殖酸裂解为相对小分子的风化煤腐殖酸并暴露出大量的活性基团羧基，其中的一部分立刻与体系中在反应挤出过程中缩聚生成的脲醛分子上的氨基发生脱水缩合反应，生成风化煤腐殖酸/脲醛化合物并得到其颗粒。制备的化合物颗粒的压缩强度高，能够避免储存、运输和施用过程中肥料颗粒的破碎，还可以利用种肥同播一体机在播种的同时施肥，省工省时省肥省力。省工省时省肥省力。省工省时省肥省力。

【技术实现步骤摘要】
风化煤腐殖酸/脲醛化合物反应挤出制备工艺及施肥方法


[0001]本专利技术涉及非金属化合物
，具体涉及一种风化煤腐殖酸/脲醛化合物反应挤出制备工艺及施肥方法。

技术介绍

[0002]风化煤是褐煤、烟煤以及无烟煤的露头煤，出露于地表或埋藏于浅部的煤层，风化作用后，其的化学和物理性质发生了极为显著的变化，发热量低，因此失去了燃烧价值。但是，风化作用使风化煤的含氧量增高，再生腐殖酸含量较高，因此被广泛应用于工业、农业、医药、环境保护等领域。
[0003]腐殖酸类肥料具有养分利用率高、肥效显著、可改良土壤并显著提高农产品品质等优势，备受农民的青睐。但是，含有大量腐殖酸的风化煤必须经过一定的活化处理，使其含有的难以被作物直接吸收的结合态腐殖酸和部分游离态腐殖酸转化为水溶性腐殖酸后，才能够应用于农业领域。额外的活化工艺增加了风化煤腐殖酸(YHA)利用过程中的成本和环境风险，因此限制了风化煤腐殖酸的广泛利用。
[0004]脲醛（UF）肥料是最早被研发成功且最先实现商业化生产的生物降解高分子缓/控释化肥。在微生物的作用下，脲醛可以缓慢降解并逐步释放氮养分。与传统肥料相比，脲醛肥料不会增加综合施用成本、氮素利用率高、一次施用不需追肥，因此能够实现节肥增效。此外，脲醛肥料还具有促进土壤团粒结构形成、改善土壤通透性、提高作物根系穿透力等作用，已经成为最具潜力的缓/控释肥料品种。然而目前，常规脲醛肥料制备过程中所使用的原料多为甲醛水溶液，存在运输困难、存储性较差、气味较大等问题，此外还导致脲醛的合成都是在液相中进行的，而这不仅使这一过程难以控制，通常导致过快的聚合速度，可加工性差，而且还使脲醛肥料的价格较高。已有研究使用固体多聚甲醛与尿素反应生成脲醛，然而固相间较短的反应时间导致制备的脲醛的初期氮释放率较高。此外，脲醛肥料中的低聚合度组分的氮释放速率高于作物生长初期的需氮量，而高聚合度组分的氮释放速率慢于作物生长中、后期的需要量。因此，对实际应用来说，脲醛的养分释放时间往往太长，比植物生长所需时间要长。这些是目前脲醛聚合物作为缓/控释肥料不受欢迎的主要原因，尽管脲醛的氮含量比其它商业产品高。
[0005]反应挤出技术已经成为近年来兴起的一种新型高分子材料成型技术，它将聚合过程和加工过程合二为一，在加工机械中同时进行化学反应以及连续生产。反应挤出将挤出机作为反应容器，以螺杆和料筒组成的塑化挤压系统作为连续化反应器，将预反应的各种原料组分，如单体、引发剂、聚合物、助剂等一次或分次由相同或不同的加料口加入到螺杆中，在螺杆转动过程中实现各原料之间的混合、输送、塑化、反应以及从模头挤出的过程。具有可连续化大规模生产、投资少且成本低、不使用或很少使用对人体和环境有害的溶剂、对制品和原料的选择余地大、可简化聚合物脱除挥发物和造粒以及成型加工过程、反应效率高、产品性能均一等方面优点，具有良好的发展前景。

技术实现思路

[0006]为提高脲醛缓释肥的氮养分利用效率并降低其生产成本，本专利技术提供了一种风化煤腐殖酸/脲醛化合物反应挤出制备工艺及施肥方法。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种风化煤腐殖酸/脲醛化合物反应挤出制备工艺，包括如下步骤：(1)往反应器中加入计算量的尿素、多聚甲醛和水，调节体系pH，一定温度下反应一定时间，得到羟甲基脲溶液；(2)往步骤(1)得到的羟甲基脲溶液中加入计算量的风化煤腐殖酸和碱性活化剂，一定温度下反应一定时间，得到混合溶液；(3)将反应挤出一体机反应单元和挤出单元间的模口密封，然后将步骤(2)得到的混合溶液调节pH后打入到反应挤出一体机反应单元的双螺杆反应挤出机中；(4)开启反应挤出一体机反应单元的双螺杆反应挤出机的螺杆，同时启动反应挤出一体机反应单元的双螺杆反应挤出机的抽真空脱挥装置以脱除反应体系中的水分，设定温度和设定螺杆转速下反应一定时间；(5)打开反应挤出一体机反应单元和挤出单元间的模口，启动反应挤出一体机挤出单元的双螺杆挤出机，则双螺杆反应挤出机将反应产物输送至双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机在设定温度和设定转速下挤出，得到条状产物；(6)将步骤(5)得到的条状产物在设定温度下烘干后切粒，即得到粒形良好的一种风化煤腐殖酸/脲醛化合物圆柱状颗粒。
[0008]本领域技术人员也可以根据不同的需求，通过控制反应原料尿素、多聚甲醛、风化煤腐殖酸的加入量，制备出各种不同氮含量的风化煤腐殖酸/脲醛化合物。
[0009]作为本专利技术技术方案的进一步改进，在步骤(1)中，尿素与多聚甲醛的质量比为2~4:1，水的加入量为尿素和多聚甲醛总质量的10~50%。
[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至8~12，30~80℃下反应1~3h。
[0011]作为本专利技术技术方案的进一步改进，在步骤(2)中，所述风化煤腐殖酸的加入量为尿素和多聚甲醛总质量的10~50%；所述碱性活化剂的加入量为风化煤腐殖酸质量的0~10%。
[0012]作为本专利技术技术方案的进一步改进，在步骤(2)中，加入风化煤腐殖酸和碱性活化剂后，反应温度为30~80℃，反应时间为5~30min。
[0013]作为本专利技术技术方案的进一步改进，在步骤(3)中，将混合溶液的pH值调节至3~5。
[0014]作为本专利技术技术方案的进一步改进，在步骤(4)中，反应挤出一体机反应单元的双螺杆反应挤出机的挤出温度为50~90℃，螺杆转速为50~150rpm，反应时间为10~30min。
[0015]作为本专利技术技术方案的进一步改进，在步骤(5)中，反应挤出一体机挤出单元的双螺杆挤出机的挤出温度为50~90℃，螺杆转速为50~150rpm。
[0016]本专利技术进一步提供了一种风化煤腐殖酸/脲醛化合物的施肥方法，采用的是上述风化煤腐殖酸/脲醛化合物反应挤出制备工艺制备获得的风化煤腐殖酸/脲醛化合物圆柱状颗粒，采用种肥同播一体机，在播种的同时施用。
[0017]作为本专利技术施肥方法技术方案的进一步改进，所述风化煤腐殖酸/脲醛化合物圆柱状颗粒的施用量为8~15公斤氮/亩。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有如下所述的优越性：(1)本专利技术利用分布广、储量大、价格低廉的风化煤腐殖酸改性脲醛，不仅能够提升脲醛肥料颗粒的强度并改善其缓释性能，而且还可以大幅降低脲醛的制备成本，同时实现了废弃煤基材料的有效利用，变废为宝。
[0019](2)本专利技术利用多聚甲醛替代目前广泛使用的甲醛水溶液，避免了液体原料甲醛水溶液存在的运输困难、储存危险等问题，同时也解决了固体多聚甲醛与尿素熔融缩聚反应制备的脲醛的初期氮释放率高的问题。
[0020](3)本专利技术工艺能够在双螺杆反应挤出机中同时进行风化煤腐殖酸的活化反应、羟甲基脲反应挤出生成脲醛的缩聚反应、生成的活化风化煤腐殖酸和生成的脲醛之间的脱水缩合反应，从而可避免单独的风化煤腐殖酸的活化工序以及该工序产生的大量活化废弃物，因此节约人力、物力并避免了环境污染，三位一体的反应赋予该工艺低成本、绿色、高效且稳定的优势。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风化煤腐殖酸/脲醛化合物反应挤出制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：(1)往反应器中加入计算量的尿素、多聚甲醛和水，调节体系pH，一定温度下反应一定时间，得到羟甲基脲溶液；(2)往步骤(1)得到的羟甲基脲溶液中加入计算量的风化煤腐殖酸和碱性活化剂，一定温度下反应一定时间，得到混合溶液；(3)将反应挤出一体机反应单元和挤出单元间的模口密封，然后将步骤(2)得到的混合溶液调节pH后打入到反应挤出一体机反应单元的双螺杆反应挤出机中；(4)开启反应挤出一体机反应单元的双螺杆反应挤出机的螺杆，同时启动反应挤出一体机反应单元的双螺杆反应挤出机的抽真空脱挥装置以脱除反应体系中的水分，设定温度和设定螺杆转速下反应一定时间；(5)打开反应挤出一体机反应单元和挤出单元间的模口，启动反应挤出一体机挤出单元的双螺杆挤出机，则双螺杆反应挤出机将反应产物输送至双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机在设定温度和设定转速下挤出，得到条状产物；(6)将步骤(5)得到的条状产物在设定温度下烘干后切粒，即得到粒形良好的一种风化煤腐殖酸/脲醛化合物圆柱状颗粒。2.根据权利要求1所述的一种风化煤腐殖酸/脲醛化合物反应挤出制备工艺，其特征在于，在步骤(1)中，尿素与多聚甲醛的质量比为2~4:1，水的加入量为尿素和多聚甲醛总质量的10~50%。3.根据权利要求1所述的一种风化煤腐殖酸/脲醛化合物反应挤出制备工艺，其特征在于，在步骤(1)中，调节体系pH至8~12，30~80℃下反应1~3h。4.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚青，仝迎芳，李旭，武朝阳，段浩瑜，苗睿，连凯，周紫璇，张伟，邰杰宇，
申请(专利权)人：山西中北新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：