用于施肥的基于纤维素的持续释放常量营养素组合物制造技术

本发明专利技术提供了在羟磷灰石磷酸盐纳米粒子表面上吸附了含氮常量营养素的供植物场所用的常量营养素持续释放组合物，及其制备方法。吸附了常量营养素的羟磷灰石磷酸盐纳米粒子被囊封在木头中存在的腔隙内，这样，木头的生物降解将所吸附的常量营养素以缓慢而持续的方式释放到土壤中。另外，本发明专利技术还涉及将常量营养素粒子囊封在木头的细胞腔内，并将木头用纤维素改性的羟磷灰石磷酸盐纳米粒子进行涂层，这样，纳米涂层的破裂启动氮释放，然后木头的生物降解将其余被吸附的常量营养素化合物以缓慢而持续的方式释放到土壤中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在肥料施加中缓慢并且持续释放的含氮常量营养素组合物。更具体地，本专利技术涉及囊封在包含脉管通道、细胞间隙和细胞的纤维素结构内的脲衍生物。
技术介绍
土壤-植物系统中的养分可用性是由植物根部、土壤微生物、化学反应和损失渠道之间的复杂相互作用决定的。植物需要的常量营养素可以通过化学过程例如交换、固定、沉淀和水解以及物理过程例如淋溶、径流和挥发而损失。在天然土壤中不能充分得到植物大量需要的氮、磷和钾(NPK)来支持植物的持续生长。因此，需要通过肥料外部施加这些常·量营养素(NPK)。水溶性的传统肥料通常导致大量的常量营养素因淋溶和蒸发而损失。开发向植物经久释放常量营养素的持续释放肥料的兴趣日益增长。持续释放肥料的优点是因为肥料经久释放而改善了效率和性质，从而提供了更高的作物产量所需要的足量常量营养素。另外，与传统的水溶性肥料相比，持续释放肥料导致降低了因常量营养素淋溶到水中以及作为气体排放所造成的环境损害。肥料中的常量营养素可以作为粉末或颗粒形式的固体或作为喷雾剂施加于土壤。植物摄取的常量营养素需要通过向土壤定期外部施加进行补偿。氮是农业中特别用于经济作物例如茶、橡胶和椰子的关键常量营养素源。茶叶植物土壤要施加大量的肥料来改善生产的茶叶的质量和产量。例如，日本的一项研究(Yamada等，Journal of WaterandEnvironmental Technology, 7, 4, 331-340，2009)报告，在向茶树施加的大量的氮肥的量中，输入的氮只有12%被植物摄取，剩余的被排到环境中。椰类植物的生长需要高湿度的赤道气候。椰类植物和椰树在不同的土壤类型例如铁矾土、沿海砂地、冲积土并且还在沼泽低地的复垦土壤中生长。椰树和椰类植物的一个独特特性是它耐受盐度和大范围的PH (从5. 0-8.0)。在施肥方面，N、P和K的量需要根据椰子种植园的类型而改变。另外，在有些土壤中，Mg可能变得重要。因此，一个未解决的肥料施加的问题是，相对于施加于土壤的氮量而言，农作物的氮利用效率(NUE)低。这是因为，由于淋溶、排放、和被土壤微生物长期纳入，传统肥料中多达70%的大量的氮损失了。因而，供应氮常量营养素在防止茶树由于退化和老化导致生产力和收益性减退中是关键的(Kamau等，Field Crops Research 1，108，60-70，2008)。增加NUE的尝试迄今为止收效甚微。US2006/0135365公开了含有供短期植物生长的常量营养素盐并在一周时间中释放常量营养素的木屑。US 7165358公开了木屑作为供植物生长的常量营养素的基质。US2714553公开了将木头的木质素转化为糖并形成用于输送常量营养素的脲-甲醛缩合产物。US 6900162公开了包含由粘合剂附着的氮粒子的组合物，所述粘合剂被土壤水分降解，提供缓慢释放。US 721 1275 B2公开了水溶性材料吸附在无机材料上并在医学应用中被酸性流体释放的持续释放复合材料。需要解决办法来提供用于植物生长应用的缓慢而持续释放的常量营养素制剂。因此，可将常量营养素纳入木头中存在的腔隙内来提供缓慢而持续的常量营养素释放，以供植物生长。
技术实现思路
因此，本文提供了一种常量营养素输送系统，其含有吸附在羟磷灰石磷酸盐(HAP)纳米粒子表面上的含氮常量营养素化合物。这些吸附了常量营养素的HAP纳米粒子被囊封在木头中存在的腔隙内。或者，将常量营养素粒子囊封在木头中存在的腔隙内，然后用纤维素改性的HAP纳米粒子进行薄涂层。在实施方式中，含氮的常量营养素化合物例如脲、硫脲或其混合物被吸附在HAP纳米粒子的表面上，并被囊封在木头中存在的腔隙内。本文中还公开了将吸附了常量营养素的HAP纳米粒子/常量营养素囊封在木头中存在的腔隙内的方法。通过这种方法制备的囊封的吸附了常量营养素的纳米粒子或囊封常量营养素的纳米粒子涂层化合物应用于水和陆地环境时，以缓慢而持续的方式释放常量营养素。相信在木头的腔隙中包含吸附了常量营养素的HAP纳米粒子或常量营养素粒子将在水和陆地环境 中释放常量营养素化合物。水和陆地环境的土壤提供了向植物的根部输送常量营养素的介质。实施方式的植物和树包括并且不限于生长在低PH环境下的任何作物(低pH作物)，例如茶树、橡胶和椰子。附图简述图I.合成的HAP纳米粒子的XRD图形图2.合成的HAP纳米粒子的SEM图像图3.吸附了脲的HAP纳米粒子的XRD图形图4.吸附了脲的HAP纳米粒子的SEM图像图5.吸附了脲的HAP纳米粒子的可能结构的示意6.南洋樱(G. sepium)的茎横断面的光学显微镜图像图7. (a)基于囊封于南洋樱腔隙内的吸附了脲的HAP纳米粒子南洋樱腔隙的肥料组合物和(b)商业肥料对于砂质土土壤的氮释放动力学图8. (a)基于囊封于南洋樱腔隙内的吸附了脲的HAP纳米粒子南洋樱腔隙的肥料组合物和(b)商业肥料在1600英尺海拔的土壤中的氮释放动力学图9. (a)基于囊封于南洋樱腔隙内的吸附了脲的HAP纳米粒子南洋樱腔隙的肥料组合物和(b)商业肥料在4000英尺海拔的土壤中的氮释放动力学具体实施例方式下文详细地描述了在肥料施加中缓慢而持续释放的含氮常量营养素组合物。肥料含有植物生长所必需的微量和常量营养素。本文中所指的主要的常量营养素是氮(N)、磷(P)和钾(K)，而钙(Ca)、镁(Mg)和硫(S)是次要的常量营养素。这六种营养素对植物生长全都是重要的。本文中所指的植物生长少量需要的微量营养素是硼(B)、氯(Cl)、锰(Mn)、铁(Fe)、锌(Zn)、铜(Cu)、钥(Mo)和硒(Se)。本文中所指的常量营养素的持续释放是以恒定和连续的方式释放。本文中所指的常量营养素的缓慢释放在延长的时期中向植物逐渐提供营养素。与传统的速释肥料相比，施有含有常量营养素的持续释放肥料的土壤对这样的肥料的施肥需求将减少，并产生更高的常量营养素释放效率。本文中所指的囊封是指将常量营养素局限在木头的腔隙内。囊封可以包括共价键、静电键、范德华键和氢键。本文所定义的吸附是指在腔隙的壁与含氮常量营养素化合物之间、以及含氮常量营养素化合物与HAP纳米粒子之间形成复合物的任何手段。吸附可以包括共价键、静电键、范德华键和氢键。脲被吸附在羟磷灰石磷酸盐(HAP)纳米粒子的表面上。在这些吸附了脲的HAP纳米粒子被囊封在输送介质中存在的腔隙内之后，氮和磷均将被缓慢地释放。如果钾离子被单独囊封在木头腔隙中，那么它们也将被缓慢释放。·本文中定义的涂层是指吸附在木头表面上的纤维素改性纳米粒子薄层。吸附可以包括共价键、静电键、范德华键和氢键。在本文中所指的植物包括树、幼苗和成龄树。本文中所指的输送介质包括具有足够的腔隙来储存和输送常量营养素化合物的任何介质，例如粘土、层状双氢氧化物、木头、橙皮、柠檬皮、香蕉皮、或其它包含木质素或纤维素的材料。本文中所指的腔隙包括粘土和细胞中存在的脉管通道、细胞间隙、间隙。这些腔隙普遍见于木质植物和粘土中。合适的有腔隙木质植物的例子是南洋樱(Gliricidiasepium(Jacq. )Kunth ex Walp)和松柏类植物例如属于松科的那些植物。腔隙的大小随着木质植物的成熟度而异。腔隙例如脉管通道、木质部和韧皮部根据木质植物的年龄而尺寸不同。木本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼尔瓦拉·科特哥达，伊玛尔卡·木纳维拉，利兰塔·萨马拉纳亚克，苏南达·古纳瑟卡拉，阿吉斯·德阿尔维斯，维兰加·卡鲁纳拉特纳，A·纳迪什·马杜桑卡，
申请(专利权)人：斯里兰卡纳米科技协会私人有限公司，
类型：
国别省市：