一种用作缓释肥料的石墨烯基材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于化肥缓释材料，具体涉及到一种用作缓释肥料的石墨烯基材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、膜技术是21世纪最重要的高新技术之一，现已广泛应用于农业领域、化学工业领域、环境检测领域、生物医学领域和电荷传导领域等，膜的负载、选择性与跨膜通量取决于膜孔径、化学功能和施加的压力。现以膜吸附控释，电荷传导、控制释放等原理为依托，膜技术更广泛的应用于农业领域中农药增效、化肥缓释与精准输送、农业灌溉、农作物品质优化等方面。

2、石墨烯被诸多科学家认为是未来革命性的材料。它是含有富π电子芳环的，以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，单层石墨烯基膜可被看做是世界上最薄的膜。而氧化石墨烯作为石墨烯基材料一类重要的衍生物，具有表面积大，官能团含量高的特性。含氧基团的引入不仅使得氧化石墨烯具有化学稳定性，也可为合成石墨烯基与氧化石墨烯基材料提供表面修饰活性位置和较大的比表面积，更是许多离子的优先吸附位点。与二维平面不同，三维氧化石墨烯球不但具有高自由体积和优异的压缩性能，还可通过薄膜紧密堆积不减少有效比表面积。有学者现已证明复合三维褶皱氧化石墨烯有优异的高透水性、选择性与光反应性。并在上述研究基础上加入银离子，使其具有高度稳定、抗聚集，且具有更强的光催化性能。

3、除了氮、磷、钾等主要营养物质外，植物生长和土壤健康还必须依赖铁(fe)、锰(mn)、锌(zn)、硼(b)、钼(mo)和铜(cu)等微量元素，在农业应用中，添加微量元素不仅可以弥补营养缺陷，而且可以提高土壤的生产质量，如锌在植物的光合作用、糖的产生和糖的消耗等过程中广泛的发挥这重要作用，而硼在调节植物激素水平和促进植物正常生长等方面起着关键作用。微量营养元素通常以氧化物、硫酸盐、氯离子、硝酸盐等化学盐形式加入土壤中，但以该种形式添加溶解速度过快，使得它们被冲进深层的土壤层，使植物无法获得营养物质。

4、因此，通过设计一种具有控释肥料性能的新材料，通过控制营养元素的释放速度，来提高微量营养素的有效性是十分必要的。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种用作缓释肥料的石墨烯基材料。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：包括，

5、还原氧化石墨烯基膜，以及负载于所述还原氧化石墨烯基膜表面的微量金属元素；其中，所述微量金属元素基于还原氧化石墨烯基膜的负载量为8％～50％。

6、作为本发明所述用作缓释肥料的石墨烯基材料的一种优选方案，其中：所述微量金属元素基于还原氧化石墨烯基膜的的负载量为10％～35％。

7、作为本发明所述用作缓释肥料的石墨烯基材料的一种优选方案，其中：所述微量金属元素包括锌、铁、铜、锰、钴、钼、铬、镍、钒、锡中的一种或多种。

8、作为本发明所述用作缓释肥料的石墨烯基材料的一种优选方案，其中：所述微量金属元素包括锌、铁、铜、锰中的一种或多种。

9、本发明的再一目的是，提供一种用作缓释肥料的石墨烯基材料的制备方法。

10、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：包括，

11、氧化石墨烯水溶液与微量金属元素混合雾化处理，雾化得到的液滴再通过氮气输送到管状氧化铝反应器中，在50℃～450℃条件下高温反应1～10s，反应物通过膜过滤器负载于膜过滤器内部的纤维素酯基质上，即制得负载微量金属元素的氧化石墨烯基材料；

12、其中，所述微量金属元素的添加量为每100mg/l的氧化石墨烯水溶液添加8～50mg/l的微量金属元素。

13、优选的，高温反应温度为100℃～300℃，高温反应时间为1～3s。

14、作为本发明所述用作缓释肥料的石墨烯基材料的制备方法一种优选方案，其中：所述雾化为在常温下以10～20psi的压力进行雾化。

15、优选的，所述雾化为在常温下以13.5～14.5psi的压力进行雾化。

16、作为本发明所述用作缓释肥料的石墨烯基材料的制备方法一种优选方案，其中：所述雾化得到的液滴再通过氮气输送到管状氧化铝反应器中，其中，输送的流速为10～20l/min。

17、优选的，所述输送的流速为12～13l/min。

18、作为本发明所述用作缓释肥料的石墨烯基材料的制备方法一种优选方案，其中：所述氧化石墨烯水溶液的制备方法包括，

19、膨胀石墨分散于浓硫酸中并置于冰水浴中冷却，再向其中缓慢加入硝酸钠与高锰酸钾，冷藏得到混合物i；

20、混合物i恒温搅拌后置于冰水浴中冷却，向其中加入去离子水稀释，再逐滴加入质量分数为10％的双氧水至不再有气泡生成，得到悬浊液；

21、抽滤悬浊液，依次用盐酸溶液和去离子水对抽滤物进行过滤清洗，将其置于透析袋中，用去离子水分散，并浸泡于去离子水中透析至去除悬浊液中的杂质离子，完成透析后，去除上清液，加入去离子水超声分散，离心即得到氧化石墨烯水溶液。

22、本发明的再一目的是，提供一种石墨烯基材料在提高土壤作物养分含量中的应用。

23、本发明的再一目的是，提供一种石墨烯基材料在建立高营养土质中的应用。

24、本发明有益效果：

25、本发明提供的用作缓释肥料的石墨烯基材料作为新型的微量金属元素载体时具有缓慢释放离子的独特性能，能够使得微量金属元素高效缓释至土壤并转化为易被植物吸收的可交换态，不仅对建立高营养土质尤其有利，也为后续种植富有营养元素的农作物提供了有利条件。

技术特征：

1.一种用作缓释肥料的石墨烯基材料，其特征在于：包括，

2.如权利要求1所述的用作缓释肥料的氧化石墨烯基材料，其特征在于：所述微量金属元素基于还原氧化石墨烯基膜的的负载量为10％～35％。

3.如权利要求1所述的用作缓释肥料的石墨烯基材料，其特征在于：所述微量金属元素包括锌、铁、铜、锰、钴、钼、铬、镍、钒、锡中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的用作缓释肥料的石墨烯基材料，其特征在于：所述微量金属元素包括锌、铁、铜、锰中的一种或多种。

5.一种用作缓释肥料的石墨烯基材料的制备方法，其特征在于：包括，

6.如权利要求5所述的用作缓释肥料的石墨烯基材料的制备方法，其特征在于：所述雾化为在常温下以10～20psi的压力进行雾化。

7.如权利要求5所述的用作缓释肥料的石墨烯基材料的制备方法，其特征在于：所述雾化得到的液滴再通过氮气输送到管状氧化铝反应器中，其中，输送的流速为10～20l/min。

8.如权利要求5所述的用作缓释肥料的石墨烯基材料的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯水溶液的制备方法包括，

9.如权利要求1～4任一所述的用作缓释肥料的石墨烯基材料在提高土壤作物养分含量中的应用。

10.如权利要求1～4任一所述的用作缓释肥料的石墨烯基材料在建立高营养土质中的应用。

技术总结
本发明公开了一种用作缓释肥料的石墨烯基材料及其制备方法和应用，合成得到的还原氧化石墨烯膜能够作为新型的微量金属元素载体，具有缓慢释放离子的独特性能，能够使得金属元素高效缓释至土壤并将其转化为易被植物吸收的可交换态，对建立高营养土质尤其有利，为后续种植富有营养元素的农作物提供了有利条件。

技术研发人员：周铭,朱宏伟,何艺佳,张玮
受保护的技术使用者：广西清鹿新材料科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21