一种缓释土壤改良剂及其制备方法

本发明涉及土壤修复，尤其是涉及一种缓释土壤改良剂及其制备方法。

背景技术：

1、我国是农业大国，耕地资源安全和粮食安全事关重大。目前我国土壤问题比如土壤沙化、土壤板结、土壤酸化、土壤盐渍化等问题比较多，从而导致耕地面积减少，会进一步影响粮食生产和安全，因此现有技术中改良土壤的方法有很多，比如植物修复、土壤淋洗、微生物降解、施肥或施用土壤改良剂；其中施用土壤改良剂成本低、操作方便，且周期短，其应用更广泛。常用的土壤改良剂比如腐殖酸有机肥、生物炭、微生物改良剂、改良剂阴离子聚丙烯酰胺等，但是土壤修复是一个过程，常规的改良剂随着雨水冲刷或时间推移，其肥力降低，会影响土壤改良效果，因此可以将缓释技术应用于土壤改良，用于延长土壤改良的时间，提高改良剂的利用效率。

2、缓释土壤改良剂是借助可降解的高分子物质与改良剂包埋以实现改良剂的可控释放，一方面减少空气、水分等的影响，另一方面能实现改良剂在土壤中的持久性，减少肥料的施用次数。可是目前制备缓释型土壤改良剂，存在以下难题：改良剂缓释效果不够，包膜材料强度低，缓释时间短；另外包膜材料降解难度大，容易对土壤造成二次污染。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种缓释土壤改良剂，其中包膜材料的力学性能优异，可降解，不会对土壤造成污染，而且改良剂的缓释性能优异。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种缓释土壤改良剂，由96-97wt%的内核和3-4wt%包膜层组成，所述内核包括以下重量份数的原料：凹凸棒土复合材料25-30份、脂肪酸甲酯磺酸钠5-8份、尿素10-15份、磷酸二氢铵10-15份、缓释过氧化钙8-10份、聚乙烯醇2-3份。

4、进一步的，所述凹凸棒土复合材料由以下方法制备而成：凹凸棒土、生物炭和腐殖酸按重量比5：2：1-2混合后加水搅拌12h，温度为45-50℃，固液比为1：3，过滤洗涤后75℃干燥粉碎，得产品。

5、进一步的，所述缓释过氧化钙由以下步骤制备而成：过氧化钙、羧甲基纤维素和无水氯化钙按重量比8-10：1：2混合后，加水造粒，粒径为0.5-0.8mm；然后将聚乙烯醇加水配置成10wt%的溶液，然后加入聚乙烯醇总量0.5wt%的三乙醇胺和10%的丁二酸混合均匀形成包膜溶液，将包膜溶液喷洒在颗粒上进行包膜，干燥后得缓释过氧化钙。

6、进一步的，所述包膜层包括以下重量份数的原料：海藻酸钠3-5份、聚乙烯醇2-3份、丁二酸0.4-0.6份、甘油2-3份、增强晶须1-2份、交联剂0.05-0.1份、水95-100份。

7、进一步的，所述增强晶须由以下步骤制备而成：

8、（1）秸秆粉碎后浸入3-4wt%naoh溶液中，固液比为1：10-15， 80℃水浴处理24h，离心洗涤烘干；

9、（2）浸入1wt %的naclo4中，固液比1：10-15，调节ph为3.0， 60°c水浴处理1h，抽滤水洗烘干，得纤维素纳米晶须；

10、（3）将ca(no3)2·4h2o和(nh4)2·hpo4加水混合均匀，ca/p摩尔比为1.67，加入聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和(nh2)2co，然后加入步骤（2）中的纤维素纳米晶须，用酸调节溶液ph至2.5；

11、（4）然后在100-110℃下反应3-4h，洗涤烘干，得产品。

12、进一步的，所述ca(no3)2·4h2o、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和(nh2)2co的摩尔比为0.2： 0.15：0.15：0.1-0.15，ca(no3)2·4h2o的浓度为0.1mol/l，所述ca(no3)2·4h2o与纤维素纳米晶须重量比为1：1.3-2。

13、一种缓释土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：

14、（1）聚乙烯醇加水配置成粘结剂溶液；脂肪酸甲酯磺酸钠、尿素、磷酸二氢铵和缓释过氧化钙混合均匀后添加50%粘结剂溶液造粒；然后加入凹凸棒土复合材料和剩余的粘结剂溶液继续造粒，干燥得内核；

15、（2）将步骤（1）中的内核放入包衣机，将包膜层原料混合均匀进行包膜，经过2-5次包膜，得产品。

16、本发明的有益效果是：

17、1、本技术缓释土壤改良剂内核包括凹凸棒土复合材料、脂肪酸甲酯磺酸钠、尿素、磷酸二氢铵和缓释过氧化钙，其中凹凸棒土成本低，绿色无毒，比表面积大，吸附能力强，添加在土壤中能改善土壤的透气性和保水性，还能调节土壤酸碱平衡。本技术的凹凸棒土为凹凸棒土、生物炭和腐殖酸经过水热反应而成的复合材料；生物炭可以有效吸附土壤污染物、改善土壤有机质含量，增加团聚体的性能，将其与凹凸棒土复配使用，能够协同改良土壤；再经过腐殖酸改性，在其表面增加大量的官能团，h+能置换其中的na和k，增加离子交换容量，从而进一步增加促进土壤团粒形成的性能以及钝化土壤中重金属的作用。另外还添加有肥效成分尿素和磷酸二氢铵以及释氧剂和脂肪酸甲酯磺酸钠。通过制备工艺使释氧剂和肥效成分包覆在在凹凸棒土复合材料中，起到一定的缓释作用；再通过包膜层进一步包膜起到缓释作用，增加改良剂的作用时间，提高利用率。

18、2、本技术的内核中添加有释氧剂过氧化钙，由于过氧化钙的溶解度低，因此可以在一段时间不断释放氧气，增加土壤透气性，降低土壤中还原性物质对农作物的危害，减轻土壤盐碱化程度，调节土壤ph，对于土壤改良具有很好的效果，为增加过氧化钙利用率，本技术采用聚乙烯醇对其进行包膜，其中聚乙烯醇采用三乙醇胺和丁二酸进行改性，丁二酸上的羧基和聚乙烯醇上的羟基反应，增加交联网络的致密性和耐水性；同时三乙醇胺嵌入聚乙烯醇网络结构中,与聚乙烯醇上的羟基形成氢键，降低其分子链中的氢键作用，从而提高料液流动性，增加成膜性、延展性和增塑性。

19、3、本技术包膜层原料为海藻酸钠-交联剂和聚乙烯醇-丁二酸形成的双交联凝胶体系，能够构成稳固的三维网络结构，极大的提高了包膜的力学性能和耐水性。

20、为增加包膜的柔韧性和力学性能，本技术添加有增强晶须，增强晶须为纤维素纳米晶须和磷酸钙晶须复合而成。其中纤维素纳米晶须具有很高的长径比，比表面积大，表面活性基团多；磷酸钙晶须强度高，可降解，与纤维素纳米晶须复配分散在基体中，与基体的作用力强，在改善膜的力学性能的同时，对透光性影响比较小。

21、增强晶须的制备工艺是先采用碱液对秸秆进行水解和纯化，之后采用高氯酸钠进行氧化，使其表面醛基化，提高其与基体的结合力，制备得到纤维素纳米晶须。然后将纤维素纳米晶须分散在ca(no3)2·4h2o和(nh4)2·hpo4的混合液中，采用尿素作为沉淀剂，还添加有聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇调控离子迁移和成核速度，部分磷酸钙会在纤维素纳米晶须表面或缝隙中沉积和生长，一方面能提高纤维素纳米晶须的强度，而且还能增加增强晶须的比表面积，增加其与基体的粘结力，再者还能避免两种晶须混合时团聚的问题，提高其在基体中的均匀性高；而且聚乙烯醇一方面作为分散剂和调控剂，另外负载在晶须表面还能提高晶须与基体的粘结力。