一种基于秸秆的基质载体型缓释尿素及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于秸秆的基质载体型缓释尿素及其制备方法，包括尿素74～97.48份，秸秆2.5～20份，聚丙烯酰胺0.01～4份，铁盐0.01～2份。将秸秆粉碎，然后与聚丙烯酰胺、铁盐分次或混合后加入到尿素熔浆中；搅拌充分，混合后的料浆制得不同粒径的缓释尿素。本发明研制的基于秸秆的基质载体型缓释尿素施用于农田，降低氮素的挥发、淋溶损失，提高氮素利用率，可为土壤微生物提供碳源，刺激微生物活性，提高氮素的有效性，增加土壤有机质，改良土壤结构。解决化肥利用率低、作物秸秆焚烧带来诸多缺点及秸秆利用难度大等问题。秸秆基载体型缓释尿素的生产工艺简单、成本较低。本发明研制的基于秸秆的基质载体型缓释尿素具有非常广阔的应用前景。
【专利说明】
一种基于秸秆的基质载体型缓释尿素及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种缓释尿素，尤其涉及的是一种基于秸杆的基质载体型缓释尿素及其制备方法。
【背景技术】
[0002]化肥是重要的农业生产资料，是粮食的“粮食”。改革开放以来，我国的农业得到了快速发展，我国以占世界不到10%的耕地养活了世界22%的人口，但由于地少人多，粮食的安全问题仍然是我国农业的核心问题。从1978年到2014年，我国粮食产量从3.05亿吨增加到6.02亿吨，增加了I倍多，而无机化肥的用量(纯量)从不足一千万吨增加到近六千万吨，增加了 5倍多，但粮食作物的耕作面积由1.21亿公顷降低至1.12亿公顷，表明我国粮食增产主要通过提高单位面积的粮食产量来实现的，其中无机化肥起到了至关重要的作用。但无机化肥的过量及不合理施用降低了肥料的养分利用率，带来了诸多恶果，比如大量能源和资源的浪费、潜在的环境风险、农产品品质下降和土壤质量的退化，对环境和可持续发展带来了越来越不利的影响，并由此对人类的生存和健康构成了严重的威胁。除了养分高效型作物的筛选、农艺措施的创新和研究高效施肥技术外，开发适用于大宗粮食作物的缓控释肥料品种，使肥料养分尽可能多地被作物吸收和利用，是提高其养分利用率，实现化肥减量增效，发展现代农业和实施可持续发展战略的重要手段之一。
[0003]缓控释肥料具有提高养分利用率、减少环境胁迫、提高农作物品质和节省施肥成本等诸多优点。基质肥料(Matrix-based fertilizer)是将肥料养分均一地分散或吸附于某种功能性材料中，肥料养分随着功能性材料对养分的解吸、功能性材料的溶蚀或降解释放出来，具有一定的养分缓释效果。与包膜控释肥料相比，基质载体型缓释肥料具备成本低廉、工艺简单等优势，适合大田生产的要求，因此具有广阔的市场前景。目前，关于基质肥料的实验室研究较多，规模化产品较少，其存在的主要问题有:(I)选用的基质载体的养分负载量低，比如水凝胶等物质，等养分量下水凝胶载体肥料的施用重量较大，运输施用成本较高，并且其长期施用有可能破坏土壤物理结构，不利于大规模应用；(2)选用的基质载体为非可再生资源，例如蛭石、沸石、膨润土和蒙脱石等，无机矿物的长期大量施用可能会对土壤原有物理结构造成破坏，并且它们作为非可再生资源，不适宜现代农业的可持续发展；
(3)选用的基质载体的来源相对狭窄，比如陶瓷工业废渣、海藻胶工业废渣、纤维素、木质素和淀粉等物质限制了其在大宗粮食作物上的大规模应用。因此，具有来源广泛、价格低廉、养分负载量大且对土壤环境无破坏性，尤其能够培肥改良土壤等特点的基质载体材料具有广泛的应用前景。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于秸杆的基质载体型缓释尿素及其制备方法，尿素养分被高效利用的同时，能增加农业废弃秸杆的利用途径，并可以培肥改良土壤。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的，本发明一种基于秸杆的基质载体型缓释尿素，包括尿素和基质载体，所述基质载体包括秸杆、聚丙烯酰胺和铁盐;按重量计，所述尿素74?97.48份，秸杆2.5?20份，聚丙烯酰胺0.01?4份，铁盐0.01?2份。
[0006]作为本发明的优选方式之一，所述铁盐为硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁中的至少一种。
[0007]作为本发明的优选方式之一，所述秸杆为茎杆和叶片中的至少一种。
[0008]作为本发明的优选方式之一，所述稻杆选自玉米、水稻和小麦稻杆中的至少一种。并且，秸杆不局限于单一品种或单一生育期。
[0009]作为本发明的优选方式之一，所述秸杆经烘干粉碎处理。
[0010]作为本发明的优选方式之一，所述聚丙烯酰胺选自阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、非离子型聚丙烯酰胺、两性离子型聚丙烯酰胺中的一种。
[0011]—种基于秸杆的基质载体型缓释尿素的制备方法，包括以下步骤:
[0012](I)将秸杆粉碎，然后与聚丙烯酰胺和铁盐混合后加入到尿素熔浆中；
[0013](2)搅拌充分，混合后的料浆制得不同粒径的缓释尿素。
[0014]作为本发明的优选方式之一，所述步骤(I)中，秸杆粉碎后过100目筛。
[0015]作为本发明的优选方式之一，所述步骤(I)中，秸杆、聚丙烯酰胺和铁盐依次加入到尿素熔浆中。
[0016]作为本发明的优选方式之一，所述步骤(2)中，所述制造不同粒径的缓释尿素的方法选自高塔、流化床或滚筒中的至少一种。
[0017]本发明相比现有肥料具有以下优点:本发明制得的缓释尿素养分速率较慢，提高化肥当季养分利用率。秸杆、聚丙烯酰胺与尿素熔浆混匀后制得缓释尿素，在这个过程中经过一定的物理、化学过程，尿素的结晶状态被改变，其孔隙率与比表面积有所降低，减缓水分-养分的扩散速度。同时尿素分子与聚丙烯酰胺、秸杆存在氢键和范德华力等作用力，聚丙烯酰胺具有一定的粘结力，并且(亚)铁盐可与聚丙烯酰胺交联反应，进一步束缚了尿素随水分的流失，既提高了氮素的利用率和肥效期，还减少了对水体的面源污染。
[0018]本发明提高氮素有效性，增加土壤有机质，培肥改良土壤。作为该种缓释肥料骨架的秸杆在养分缓慢释放的后期，可以为土壤微生物提供碳源，刺激微生物活性，促进土壤中无机氮向有机氮的转化，促进氮素循环，减少无机氮的挥发、淋溶损失，提高氮素的有效性；同时，秸杆在微生物作用下，逐渐被降解为腐殖酸类等土壤有机质，培肥改良土壤。并且，该种缓释肥料施入土壤之后，随着土壤水分的扩散，粘结剂成分将与尿素颗粒附近的土壤胶体作用，增加土壤的持水保肥能力。
[0019]本发明降低缓释肥料的生产成本，增加农作物废弃秸杆的利用方式，并减缓秸杆焚烧带来的资源浪费、环境污染和交通安全等问题。
[0020]本发明所提供的缓释尿素生产方法简便，只需在原尿素生产工艺中增加秸杆的粉碎过筛设备、少量的物料输送、添加及搅拌设备，即可生产出合格稳定的缓释尿素。
[0021 ]针对现有包膜控释肥料价格较高，并且大部分聚合物其对土壤环境友好性较差；现有载体型缓释肥料多利用非可再生资源的无机矿物和聚合物等材料，均不利于现代农业的高效可持续化发展等不足，本发明创造性的将秸杆、聚丙烯酰胺和铁盐等材料复配，并将其应用于基质载体型缓释尿素的研发，试验结果表明该缓释尿素具有较好的养分缓释效果。同时本发明可以增加农作物秸杆的利用途径，很大程度上解决作物秸杆就地焚烧带来的生物质能源浪费、环境污染、交通运输风险、土地质量下降、人畜生命安全等一系列问题，加之农作物秸杆可以增加土壤微生物活性，提高土壤中矿质养分和有机质含量。
[0022]本发明研制的基于秸杆的载体型缓释肥料具有生产成本较低，生产工艺简单，缓释效果较好，且兼具养分缓释和培肥改良土壤等优点和功能，并增加了农作物废弃秸杆的利用方式，是一种具有巨大应用潜力的新型缓释肥料。
【附图说明】
[0023]图1是添加不同比例的玉米秸杆、聚丙烯酰胺和铁盐的载体型缓释尿素的养分累积释放情况示意图；
[0024]图2是肥料缓释性能的评价装置。
【具体实施方式】
[0025]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0026]实施例1
[0027]本实施例的载体型缓释尿素，包括尿素94.89份、玉米秸杆5份、聚丙烯酰胺0.1份和硫酸亚铁0.01份。
[0028]本实施例制备方法包括以下步骤:
[0029](I)将准确称量的粉碎玉米秸杆、聚丙稀酰胺和铁盐加入尿素融浆管道中，经过管道混合器与尿素熔融后的尿素料浆按重量份混合均匀，制得混合后的料浆；
[0030](2)混合的料浆通过喷头进入流化床，完成造粒工艺，生产大颗粒缓释尿素。
[0031]实施例2
[0032]本实施例的一种载体型缓释尿素，包括尿素89.89份、玉米秸杆10份、聚丙烯酰胺
0.1份和硫酸亚铁0.01份。
[0033]其他实施方式与实施例1相同。
[0034]实施例3
[0035]本实施例的一种载体型缓释尿素，包括尿素94.4份、玉米秸杆5份、聚丙烯酰胺0.1份和硫酸亚铁0.5份。
[0036]其他实施方式与实施例1相同。
[0037]实施例4
[0038]本实施例的一种载体型缓释尿素，包括尿素93.9份、玉米秸杆5份、聚丙烯酰胺0.1份和硫酸亚铁I份。
[0039]其他实施方式与实施例1相同。
[0040]实施例5
[0041]本实施例的一种载体型缓释尿素，包括尿素94.4份、玉米秸杆5份、聚丙烯酰胺0.1份和硫酸铁0.5份。
[0042]其他实施方式与实施例1相同。
[0043]实施例6
[0044]本实施例的一种载体型缓释尿素，包括尿素88.9份、玉米秸杆10份、聚丙烯酰胺
0.1份和硫酸亚铁I份。
[0045]其他实施方式与实施例1相同.
[0046]将实施例1制得的缓释尿素用B来表示，实施例2制得的肥料用C表示，实施例3制得的肥料用D表示，实施例4制得的肥料用E表示，实施例5制得的肥料用F表示，实施例6制得的肥料用G表示。
[0047]通过沙柱淋溶方法对所制得的缓释尿素B?G与普通尿素A进行，按照如图2的装置将各种仪器组装完毕，先将60g石英砂(40目?60目)装入淋溶柱I，制得的肥料颗粒放在其上表面，然后再装入的60g石英砂，调节石英砂紧实度之后，调节蠕动栗2的蠕动速率90rpm，使盛水池3中的水以50ml/3min速度栗入淋溶柱I，50ml取样一次，共取500ml，用对二氨基苯甲醛的方法测定水样中尿素含量，按尿素累积淋溶释放率表征其养分缓释性能，其结果见图1。
[0048]B和C两种缓释肥料缓释性能表明玉米秸杆作为缓释肥料的基质载体是可行的，并且增加秸杆用量能够增加肥料的缓释性能，但仍有进一步优化的空间。
[0049]D、E、F和G四种缓释肥料的缓释性能表明适量铁盐能够增加肥料的缓释性能，并且铁盐的形态和数量会影响其缓释性能。
[0050]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于秸杆的基质载体型缓释尿素，其特征在于，包括尿素和基质载体，所述基质载体包括秸杆、聚丙烯酰胺和铁盐;按重量计，所述尿素74?97.48份，秸杆2.5?20份，聚丙烯酰胺0.01?4份，铁盐0.01?2份。2.根据权利要求1所述的一种基于秸杆的基质载体型缓释尿素，其特征在于，所述铁盐为硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种基于秸杆的基质载体型缓释尿素，其特征在于，所述秸杆为茎杆和叶片中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种基于秸杆的基质载体型缓释尿素，其特征在于，所述秸杆选自玉米、水稻和小麦秸杆中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种基于秸杆的基质载体型缓释尿素，其特征在于，所述秸杆经烘干粉碎处理。6.根据权利要求1所述的一种基于秸杆的基质载体型缓释尿素，其特征在于，所述聚丙烯酰胺选自阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、非离子型聚丙烯酰胺、两性离子型聚丙烯酰胺中的一种。7.—种如权利要求1?6任一项所述的基于秸杆的基质载体型缓释尿素的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将秸杆粉碎，然后与聚丙烯酰胺和铁盐混合后加入到尿素熔浆中； (2)搅拌充分，混合后的料浆制得不同粒径的缓释尿素。8.根据权利要求7所述的一种基于秸杆的基质载体型缓释尿素的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中，秸杆粉碎后过100目筛。9.根据权利要求7所述的一种基于秸杆的基质载体型缓释尿素的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中，秸杆、聚丙烯酰胺和铁盐依次加入到尿素熔浆中。10.根据权利要求7所述的一种基于秸杆的基质载体型缓释尿素的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述制造不同粒径的缓释尿素的方法选自高塔、流化床或滚筒中的至少一种。
【文档编号】C05G3/00GK106083372SQ201610455152
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】周子军, 吴跃进, 倪晓宇, 杨阳, 余立祥, 刘斌美, 王 琦, 岳艳军, 李玉顺
【申请人】中国科学院合肥物质科学研究院, 河南心连心化肥有限公司