一种可生物降解的纳米复合包膜控释肥料及其制备方法与流程

本发明涉及控释肥料生产，具体涉及一种可生物降解的纳米复合包膜控释肥料及其制备方法。

背景技术：

1、化肥是农业可持续发展的物质保证，是粮食增产的物质基础。但大量的化肥使用可能造成环境污染，因此，如何提高肥料利用率并减轻肥料施用所造成的环境污染成为了亟需解决的问题。

2、使用缓控肥是解决上述问题的有效途径之一，这种新型肥料可以有效地避免养分的流失，提高肥料利用率，同时，可降低肥料对土壤和环境的污染；目前关于包膜控释肥的专利很多，所用膜材主要有硫和高分子材料等，但硫包膜为随机破裂式释放，养分释放很难控制；高分子材料包膜的尿素虽然具有较好的控释性能，而目前采用的高分子材料多为难降解的聚烯烃材料、热固性材料。因此，选用更优良的材料用于控释肥包膜材料具有迫切需求。

3、对于包膜控释肥，材膜的选择除了无机膜材料和有机膜材料之外，也可以采用无机-有机复合材料。生物质材料因其来源广泛、易于成膜而被用作包膜材料。聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates,pha)是由微生物合成的细胞内聚酯，是一种天然的高分子生物材料，属于生物质材料。由于pha同时具有良好的生物相容性能、生物可降解性和塑料的热加工性能，所以它同时可作为生物医用材料和生物可降解包装材料。聚羟基脂肪酸酯使用于土壤中可被微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，因此聚羟基脂肪酸酯具有应用于膜材料的潜能。

4、膜材料的可降解性只是其中一个方面，膜材料的化学组成和物理结构对其缓控释性能起关键的作用，不同的材料具有不同的渗透性和溶解性，从而影响养分的释放速率和持续时间。在将膜材料制作成膜后，膜的厚度、结构和膜材料的降解速率也都对包膜控释肥的释放性能产生影响。聚羟基脂肪酸酯由于力学性能差、亲水性高、抗氧化性差等原因，在应用上受到限制。一些无机材料和有机材料具有较好亲和性，能与生物质材料形成复合材料用作肥料包膜材料，如何使复合后的膜材料兼具无机包膜材料和有机包膜材料的优点，显著提高肥料的缓控释效果，对于将聚羟基脂肪酸酯应用于包膜材料具有重要意义。

技术实现思路

1、针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种可生物降解的纳米复合包膜控释肥料及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一方面，提供一种包膜材料，所述包膜材料由聚羟基脂肪酸酯、纳米碳纤维和膨润土组成；纳米碳纤维的质量为聚羟基脂肪酸酯质量的0.1-40％，膨润土的质量为聚羟基脂肪酸酯质量的1-30％。

4、进一步的，聚羟基脂肪酸酯的分子量为100-800kda。

5、进一步的，膨润土的颗粒粒度为200-400目。

6、进一步的，纳米碳纤维的尺寸为10-100纳米。

7、本发明的第二方面，提供所述包膜材料在制备可生物降解的控释包膜肥料中的应用。

8、本发明的第三方面，提供一种可生物降解的控释包膜肥料，包括核心层和所述包膜材料，包膜材料质量为核心层质量的1-10％。

9、进一步的，所述控释包膜肥料粒径为1-10mm。

10、本发明的第四方面，提供所述的可生物降解的控释包膜肥料的制备方法，包括如下步骤：

11、(1)将聚羟基脂肪酸酯、膨润土和纳米碳纤维依次溶于溶剂中，常温搅拌后制得包膜溶液：

12、(2)将步骤(1)中包膜溶液喷涂到核心层表面，即得可生物降解的控释包膜肥料。

13、进一步的，步骤(1)中，所述溶剂为二氯甲烷。

14、进一步的，步骤(2)中，采用流化床喷涂技术包膜，流化床的运行参数：肥料颗粒预热温度为45-50℃；喷头雾化压强为0.5-1mpa。

15、本发明的有益效果：

16、本发明控释包膜肥料由控释包膜肥料由核心层和包膜材料，核心层为基础肥料，包膜材料为聚羟基脂肪酸酯、膨润土和纳米碳纤维。包膜层可以减少核心元素的迁移和流失，起到养分缓慢释放的作用，从而提高氮或钾素利用率。本发明所使用的包膜材料成膜性能好，该材料在土壤中可发生降解，在肥料长期使用中不会发生膜材料的累积现象；降解的最终产物为二氧化碳和水，长期使用不会对环境造成任何影响。本发明通过新材料的应用以及合理配比，实现了肥料的控释，不仅能有效减缓养分向外界的释放速度，而且所用膜材料可以生物降解，且降解产物对土地没有二次污染；进一步在包膜材料中添加纳米碳纤维，用以增强膜材韧性。本发明将膜材料降解与控释过程结合，不仅实现了肥料的有效利用，还实现了膜材料的绿色化，对于农业可持续发展具有重要意义。

技术特征：

1.一种包膜材料，其特征在于，所述包膜材料由聚羟基脂肪酸酯、纳米碳纤维和膨润土组成；纳米碳纤维的质量为聚羟基脂肪酸酯质量的0.1-40％，膨润土的质量为聚羟基脂肪酸酯质量的1-30％。

2.根据权利要求1所述的包膜材料，其特征在于，聚羟基脂肪酸酯的分子量为100-800kda。

3.根据权利要求1所述的包膜材料，其特征在于，膨润土的颗粒粒度为200-400目。

4.根据权利要求1所述的包膜材料，其特征在于，纳米碳纤维的尺寸为10-100纳米。

5.权利要求1-4任一项所述包膜材料在制备可生物降解的控释包膜肥料中的应用。

6.一种可生物降解的控释包膜肥料，其特征在于，包括核心层和权利要求1-4任一项所述包膜材料，包膜材料质量为核心层质量的1-10％。

7.根据权利要求6所述的可生物降解的控释包膜肥料，其特征在于，所述控释包膜肥料粒径为1-10mm。

8.权利要求7所述的可生物降解的控释包膜肥料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的可生物降解的控释包膜肥料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶剂为二氯甲烷。

10.根据权利要求8所述的可生物降解的控释包膜肥料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，采用流化床喷涂技术包膜，流化床的运行参数：肥料颗粒预热温度为45-50℃；喷头雾化压强为0.5-1mpa。

技术总结
本发明公开了一种可生物降解的纳米复合包膜控释肥料及其制备方法，属于控释肥料生产技术领域。本发明控释包膜肥料由核心层和包膜材料组成，包膜材料由聚羟基脂肪酸酯、纳米碳纤维和膨润土组成。本发明通过新材料的应用以及合理配比，实现了肥料的控释，不仅能有效减缓养分向外界的释放速度，而且所用膜材料可以生物降解，且降解产物对土地没有二次污染；进一步在包膜材料中添加量纳米碳纤维，用以增强膜材韧性。本发明将膜材料降解与控释过程结合，不仅实现了肥料的有效利用，还实现了膜材料的绿色化，对于农业可持续发展具有重要意义。

技术研发人员：丁方军,王海卫,孟庆羽,杨永成,李强,宋挚,郭新送,陈士更,刘禄
受保护的技术使用者：山东农大肥业科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/5