专利名称：一种以纳米材料为载体的聚合物乳液包覆缓释肥及其制备方法
技术领域：
本发明涉及化工技术，特别是涉及一种以纳米材料为载体的聚合物乳液包覆缓释肥及其制备方法。
背景技术：
化肥的大量使用，提高了作物产量，满足了日益增长的粮食需求且增加了耕作者收入，历史作用勿庸置疑；然而，化肥的长期过量使用造成的直接后果，也正在受到广泛关注一是土地日益板结，增产的空间越来越小，农产品品质不断下降；二是现行施肥技术中，施到地里的肥料，60%左右被流失或被土壤固定，污染地下水或变成无效态的肥料。目前，以氮为主的化肥在施用过程中，由于具有速溶、速效、不缓释控释的特点， 45%左右的肥料氮流出土壤、作物体系以外，使地下水的硝酸盐含量严重超标；在大雨冲刷和大水漫灌的条件下，又使土壤中积累的硝态氮随水下移，流入江河，污染水体。据相关资料报道，我国化肥的当季利用率中，氮为30 35%，磷为10 25%，钾为35 50%，肥料的利用率是很低的。研究和采用技术手段来提高肥料的利用率，可以有效地减少甚至阻止养分流失， 无论是从节约资源还是从减少污染的角度出发，都是十分必要的；而肥料的缓控释，即将肥料制备成缓控释肥料则是解决这些问题的最佳选择。近些年来，关于缓释肥料的研究开发和实际使用方面发展很快，相继出现了不少的缓释化学肥(复合肥、复混肥)、微生物肥等品种，中国专利一种生物有机肥料及其制备方法(CN200320108605)，将秸秆、杂草或工业糟粕、下脚料、人畜禽粪、尿液等经微生物发酵和加入一定量氮、磷、钾养分获得的有机肥，其对作物的品质保证和土壤的改良具有一定的效果，但是肥效不高，也不具备明显缓释的作用。目前，有效的缓释技术手段更多的是采用包膜(包衣)的形式，称之为缓释肥的肥料，多为采用包膜形式制备成的化学肥料，其具备较好的缓释功能，可以在相当程度上满足作物各生长阶段对营养成分的需求，因而发展较快。但现有的包覆型缓释肥多利用在肥料中加入一定比重的桥联剂、溶剂等，以便在肥料表面形成包膜(包衣)的形式，中国专利一种膨润土片层桥联包覆型缓释复合肥料及其制备方法(CN20061005^99)，采用桥联剂进行化学反应将蒙脱石(膨润土中的有效成分)片层结构桥联，将氯化钾、磷酸二氢铵、碳酸氢铵、氯化铵、尿素粉碎混合加入到原料中得到肥心，最后在肥心表面喷上桥联剂，最终得到膨润土成为复合肥的包覆缓释材料，但随着社会需求、环境意识的提高，高效、缓释、具有环保性能的新型复合有机肥料才能有效保证绿色食品的生产，因而新型的复合有机肥料更具发展前景。
发明内容
本发明的目的即在于提供一种以纳米材料为载体的聚合物乳液包覆缓释肥及其制备方法，以有机肥料为基础，实现水、肥在载体间的吸附，并能缓慢释放或溶出水分、养分，成为具有可设计性的缓释肥。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种以纳米材料为载体的聚合物乳液包覆缓释肥，将处理后的纳米土质材料、适度发酵处理后的菌渣以及养分原料均勻混合， 然后在此混合料中加入已配有交联剂的有机硅改性丙烯酸酯乳液并混合均勻，制备成一种表面有憎水膜的以纳米材料为载体的聚合物乳液包覆缓释肥，它由以下重量比的组分组成纳米土质材料15 20，适度发酵菌渣10 15，适度发酵厩肥18 22，适度发酵绿肥 10 15，洗煤泥15 20，氮磷钾肥8 12，氧化淀粉5，有机硅改性丙烯酸酯乳液10，交联剂 0. 02。所述的适度发酵菌渣发酵前由以下重量比的组分组成废弃菌渣60 80 菌种 1 3 粉煤灰0. 5 2 有机或无机氮源1 10 辅助物料5 30。所述的交联剂包括硼砂或氧化锌之一种或一种以上组合材料。所述的菌种为常见的酵素菌。所述的辅助物料是指能调节初始碳氮比或有利于疏松的物料，包括秸秆、锯末、木屑、鸡粪之一种或一种以上组合材料。制备上述的一种以纳米材料为载体的聚合物乳液包覆缓释月巴的方法，包括以下步骤(1)原料的预处理①菌渣的发酵，将前述重量比的废弃菌渣、菌种、粉煤灰、有机或无机氮源、辅助物料均勻混合，然后进行发酵(如条跺型二次发酵等)，发酵的时间为25 30天，堆体温度不超过65°C，发芽指数大于80%，得到适度发酵的菌渣；②土质材料的处理，将天然土质材料进行烘干、粉碎，过100 300目筛，加水，使固液比达到1 2. 5 6，搅拌并加入专用处理液，加热至80 120°C，控制PH为4. 6 7. 4继续搅拌0. 5 2. Oh,然后用硫酸调整pH至4. 2 5，在天然土质材料富含的蒙脱土纳米尺度的结构片层间进行插层置换反应所获得纳米土质材料，过滤、干燥、粉碎即得到纳米土质材料；③其它有机原料的发酵，将厩肥、绿肥进行发酵，发酵的时间为25 30天，堆体温度不超过65°C，发芽指数大于80 %，得到适度发酵厩肥和适度发酵绿肥；(2)将前述重量比的纳米土质材料、适度发酵菌渣、适度发酵厩肥、适度发酵绿肥、 洗煤泥、氮磷钾肥、氧化淀粉依次加入到混合机中，混合5 6分钟；(3)将前述重量比的交联剂加入有机硅改性丙烯酸酯乳液中，并喷洒入上述混合均勻的物料中，确保乳液与上述混合物料充分接触、在肥料表面交联成膜，致密的膜层可以保证水分和营养成分不至于很快地释放，而氧化淀粉的被逐步分解(降解)又能够使水分和养分逐步地释放出来，喷洒乳液后的粉状肥料也可以通过冷压造粒形成粒状而更利于缓释效果的发挥；(4)观察混合机内物料混合良好、色泽均勻即可出料，定量包装或输送至造粒机造粒。所述的天然土质材料包括膨润土、海泡石或坡缕石之一种或一种以上组合材料。所述的专用处理液由以下重量比的组分组成硫酸氟磷酸钙3fe3(P04)2CaF2 磷石膏CaSO4 · 2H20 水秸秆粉氮肥化合物的重量配比为1.5 2. 3 0. 4 1.0 0.5 1.3 1.4 2. 8 0. 6 0. 9 0. 4 2. 2，专用处理液的制备方法为将15 25kg氟磷酸钙加到30 45kg水中，搅拌均勻，加80 IOOkg 93%的硫酸于95士5°C 反应；35 45min，再加入磷石膏20 30kg，氨水80 IOOkg和秸秆粉25 :35kg，继续反应lh，待反应温度下降到70士5°C，pH升至4. 0士0. 2，加水40 60kg，搅拌混合均勻即可得到专用处理液。所述的适度发酵是指发酵前物料初始粒度为30 70mm，初始碳氮比为观 32 1，含水量为50% 60%，初始有机质含量20% 80%，必要条件为发酵完成后的发芽指数大于80%。经过处理后的土质材料中富含的蒙脱土纳米尺度的结构片层间形成了良好的“刚性柱撑”，具有1-2 μ m的层间距和比表面，为肥效分子、微生物、水分等的着床提供了一个很好的微空间，具有良好的土壤固粒结构构形因子水平以及层间距和比表面，为蓄水、蓄肥和水肥缓释提供了基础条件；经过适度发酵的菌渣具有改善土壤团粒结构与保水性，与厩肥， 绿肥，洗泥煤等配制成肥料，而加入有机硅改性丙烯酸酯乳液及交联剂，在肥料表面(颗粒或粉状)形成一层致密的憎水膜，赋予肥料表面以憎水作用。本发明选用经过适度发酵、具有改善土壤团粒结构与保水性能的菌渣作为主要原料，由于菌类和植物对养分需求的差异，导致菌渣中含有大量未被利用的养分，在食用菌采摘收获后遭到废弃、造成污染；采用创造良好的温度、湿度等条件，选用菌种和翻抛进行适度发酵的方式，可以使废弃的菌渣具有改善土壤团粒结构以及保水的功能，且其内的有机质适量的转化为植物生长所需的腐殖酸，转化成为可供植物吸收的营养成分。本发明选用的有机硅改性丙烯酸酯乳液为市面上易购得的硅丙乳液。同时在发酵过程中通过调整湿度的方式加入了适量的无机氮(尿素等， 1% -10% )以调节碳氮比，经过发酵过程中微生物的代谢从而实现无机氮的有机化转变。在发酵过程中还加入工业粉煤灰与洗泥煤实现发酵过程pH值的调节以及肥料的微量元素的平衡，洗煤泥中含有腐植酸及适量微量元素。以下是本发明的对比试验(一 )与普通非缓释肥的电导检测值对比表一本发明的主要原料表一
序号原料名称单位数量1纳米土质材料膨润土kg182菌渣kg123厩肥kg204绿肥kg145洗煤泥kg156氮磷钾肥kg9
表二本发明的主要原料表
权利要求
1.一种以纳米材料为载体的聚合物乳液包覆缓释肥，其特征在于它由以下重量比的组分组成纳米土质材料15 20，适度发酵菌渣1(Γ15，适度发酵厩肥If 22，适度发酵绿肥1(Γ15，洗煤泥15 20，氮磷钾肥纩12，氧化淀粉5，有机硅改性丙烯酸酯乳液10，交联剂 0. 02。
2.根据权利要求1所述的一种以纳米材料为载体的聚合物乳液包覆缓释肥，其特征在于所述的适度发酵菌渣发酵前由以下重量比的组分组成废弃菌渣6(Γ80 菌种广3 粉煤灰0. 5 2 有机或无机氮源广10 辅助物料5 30。
3.根据权利要求1所述的一种以纳米材料为载体的聚合物乳液包覆缓释肥，其特征在于所述的交联剂包括硼砂或氧化锌之一种或一种以上组合材料。
4.根据权利要求2所述的一种以纳米材料为载体的聚合物乳液包覆缓释肥，其特征在于所述的菌种为酵素菌。
5.根据权利要求2所述的一种以纳米材料为载体的聚合物乳液包覆缓释肥，其特征在于所述的辅助物料是指能调节初始碳氮比或有利于疏松的物料，包括秸秆、锯末、木屑、 鸡粪之一种或一种以上组合材料。
6.如权利要求1所述的一种以纳米材料为载体的聚合物乳液包覆缓释肥的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)原料的预处理；①菌渣的发酵，将前述重量比的废弃菌渣、菌种、粉煤灰、有机或无机氮源、辅助物料均勻混合，然后进行发酵，发酵的时间为25 30天，堆体温度不超过65°C，发芽指数大于80%， 得到适度发酵的菌渣；②土质材料的处理，将天然土质材料进行烘干、粉碎过10(Γ300目筛，加水，使固液比达到1 :2. 5飞，搅拌并加入专用处理液，加热至8(T12(TC，控制pH为4. 6^7. 4继续搅拌 0. 5^2. 0h，然后用硫酸调整pH至4. 2 5，在天然土质材料富含的蒙脱土纳米尺度的结构片层间进行插层置换反应所获得纳米土质材料，过滤、干燥、粉碎即得到纳米土质材料；③其它有机原料的发酵，将厩肥、绿肥进行发酵，发酵的时间为25 30天，堆体温度不超过65°C，发芽指数大于80%，得到适度发酵厩肥和适度发酵绿肥；(2)将前述重量比的纳米土质材料、适度发酵菌渣、适度发酵厩肥、适度发酵绿肥、洗煤泥、氮磷钾肥、氧化淀粉依次加入到混合机中，混合5飞分钟；(3)将前述重量比的交联剂加入有机硅改性丙烯酸酯乳液中，并喷洒入上述混合均勻的物料中；(4)观察混合机内物料混合良好、色泽均勻即可出料，定量包装或输送至造粒机造粒。
7.根据权利要求6所述的一种以纳米材料为载体的聚合物乳液包覆缓释肥的制备方法，其特征在于所述的天然土质材料包括膨润土、海泡石或坡缕石之一种或一种以上组合材料。
8.根据权利要求6所述的一种以纳米材料为载体的聚合物乳液包覆缓释肥的制备方法，其特征在于所述的专用处理液由以下重量比的组分组成硫酸氟磷酸钙30 (PO4) 2CaF2 磷石膏CaSO4 · 2H20 水秸秆粉氮肥化合物的重量配比为1. 5 2. 3 0. Γ . 0 0. 5 1. 3 1. 4 2. 8 0. 6 0. 9 0. 4 2. 2。
9.根据权利要求6所述的一种以纳米材料为载体的聚合物乳液包覆缓释肥的制备方法，其征在于所述的适度发酵是指发酵前物料初始粒度为3(T70mm，初始碳氮比为 28^32 :1，含水量为50% 60%，初始有机质含量20% 80%，发酵完成后的发芽指数大于80%。
全文摘要
本发明公开了一种以纳米材料为载体的聚合物乳液包覆缓释肥，将处理后的纳米土质材料、适度发酵处理后的菌渣以及养分原料均匀混合，然后在此混合料中加入已配有交联剂的有机硅改性丙烯酸酯乳液并混合均匀，制备成一种表面有憎水膜的以纳米材料为载体的聚合物乳液包覆缓释肥。本发明的有益效果表现在实现了水、肥在载体间的吸附，为肥料的长效缓释提供了基础，提高了该类缓释肥的肥效和缓释性能，对农产品的品质有着很好的促进作用。
文档编号C05G3/00GK102180731SQ20111003914
公开日2011年9月14日 申请日期2011年2月16日 优先权日2011年2月16日
发明者莫敬源, 薛合伦, 赖中元 申请人:成都正光投资集团有限公司