一种接枝反应型保水缓释氮磷钾肥及其制备方法与流程

文档序号：12239910阅读：401来源：国知局

本发明涉及保水型缓释肥领域，具体是一种接枝反应型保水缓释氮磷钾肥及其制备方法。

背景技术：

水分和肥料在农业生产中占有重要地位，也是限制作物生长的重要因子。目前，肥料利用率低和水资源短缺是全世界面临的严峻问题之一，解决此问题的有效方法是发展水肥一体化，即水分和肥料协调供应。除设施管道滴灌水溶肥外，保水剂和肥料结合使用也是解决这一问题的有效途径。目前，主要以保水剂为包膜材料物理包裹复合肥或者尿素为主。但是，这类肥料价格高，膜抗压性能差，容易破碎，养分缓释期短。

技术实现要素：

为解决保水型缓释肥生产成本高、养分缓释性能差的问题，本发明提供了一种接枝反应型保水缓释氮磷钾肥及其制备方法。该肥料将尿素、磷酸二氢钾通过化学反应接枝到保水聚合物的支链上，增加了保水剂的保水基团数量，能够有效改善保水性能。接枝链上的氮、磷、钾养分可通过水解作用脱离保水聚合物的主链，然后穿过胶体网状结构释放出来，实现氮、磷、钾养分的缓释功能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种接枝反应型保水缓释氮磷钾肥，其分子结构式为：

该接枝反应型保水缓释氮磷钾肥中的氮、磷、钾三种营养成分以支链的形式与羧酸根(-COO^-)结合，形成三维网络结构。其反应历程为：

进一步，本发明提供了接枝反应型保水缓释氮磷钾肥的制备方法，其步骤为：

(1)在反应器中加入磷酸二氢钾溶液和工业尿素，常温下搅拌20～30min混合均匀至完全溶解，至pH值为8～9，获得磷酸二脲钾溶液，备用。

(2)在0℃温度和氮气氛围下，向另一反应器中加入丙烯酸、丙烯酸钠和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌状态下加入引发剂过硫酸铵，然后加入步骤1)制得的磷酸二脲钾溶液，反应20～90min；反应结束后，于80℃下真空烘干，粉碎制得接枝反应型保水缓释氮磷钾肥。

所述磷酸二氢钾溶液中，磷酸二氢钾质量分数为50％。磷酸二氢钾与尿素的摩尔比为1:2；

所述磷酸二脲钾、丙烯酸、丙烯酸钠和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺四者间的摩尔比为20～60:10～40:40～60:0.006～0.01；

优化的，所述磷酸二脲钾、丙烯酸、丙烯酸钠、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的摩尔比为50:20:60:0.01。

进一步，引发剂过硫酸铵的质量为丙烯酸与丙烯酸钠的总质量的0.5％～2％；

优化的，引发剂过硫酸铵的质量为丙烯酸和丙烯酸钠的总质量的2％。

优化的，所述步骤2)中反应时间为60min。

本发明所述的接枝反应型保水缓释氮磷钾肥与现有包膜保水缓释肥相比，具有如下有益效果：

1.本发明是在溶液体系中进行的交联和接枝反应过程，所需设备简单，工艺流程短，所制备的接枝反应型保水缓释氮磷钾肥为反应型缓释肥，尿素以工业粉末尿素或颗粒尿素作为原料，成本低，同时可避免包膜保水型缓释肥膜材易破裂、制造肥料核心成本高等缺陷。

2.本发明以磷酸二氢钾和尿素为原料制备了磷酸二脲钾，与-COO-基团发生接枝反应，存在于水凝胶网络结构中，增加了磷酸根和酰胺基这些亲水基团，具有良好的保水性能。去离子水中的最大吸水倍率达到774g/g，具有良好的应用前景。

3.本发明所述的产物中氮、磷、钾在释放的过程中不仅会受到-COO-基团的亲合抑制作用，同时水凝胶网络结构延长了氮、磷、钾养分运移进入土壤的路径，增加了氮、磷、钾养分的释放周期。

4.本发明所述的接枝反应型保水缓释氮磷钾肥进入土壤中时，磷酸二脲钾在离子交换的作用下溶于水中，进一步通过水凝胶网络结构扩散于土层，这样在释放水分的过程中将水中的氮、磷、钾养分一同供给于作物，实现了水肥一体化的作用，不会残留有害物质，是一种理想的多功能新型缓释肥。

本发明所述的制备方法，采用的是交联接枝的方法将磷酸二氢钾、尿素接枝于丙烯酸、丙烯酸钠和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺形成胶体的-COO-基团上，生成具有保水和氮、磷、钾缓释的多功能肥料，降低了缓释保水肥料的生产成本，开辟了保水缓释肥制备的新方法。

附图说明

图1表示实施例9所制备的接枝反应型保水缓释氮磷钾肥的氮、磷、钾元素的释放曲线，在第254天时，接枝反应型保水缓释氮磷钾肥中氮、磷、钾元素释放率分别为49.2％、71％、93.5％，说明采用本法制备的接枝反应型保水缓释氮磷钾肥具有良好的养分缓释性能。

图2表示实施例9所制备的接枝反应型保水缓释氮磷钾肥的保水曲线，加有接枝反应型保水缓释氮磷钾肥的土壤能够维持土壤相对含水量40％以上的天数为27天，未加的土壤维持天数为9天，表明接枝反应型保水缓释氮磷钾肥能有效提高土壤的保水能力。

具体实施方式

本发明测试的指标方法如下：

采用硫酸-过氧化氢消化分解接枝反应型保水缓释氮磷钾肥样品，凯氏定氮法测定全氮含量、磷钼酸铵法测定磷含量、火焰光度法测定钾含量。

保水性能的测定：将0.1g利用本发明制备的接枝反应型保水缓释氮磷钾肥与200g干土壤(最大持水量为40g水/100g的干土)混匀装入1L的敞口塑料瓶中，加入80g去离子水，然后再加入相当于0.1g接枝反应型保水缓释氮磷钾肥的最大量吸水量的蒸馏水M，总重量记为M_o。置于25℃空气相对湿度为40％的恒温恒湿培养箱中，每1天记录一次塑料瓶的重量，第t天的数值记录为M_t，用公式Q＝(M_t-1-M_t)/M_o表示保水性能。

吸水倍率测定：将0.1g利用本发明制备的接枝反应型保水缓释氮磷钾肥装入一个体积为1L的200目网袋中，再将网袋放入蒸馏水中，24h后取出，静置1h，称量吸收水分后的接枝反应型保水缓释氮磷钾肥质量为M(单位：g)，吸水倍率＝(M-0.1)/0.1。

氮、磷、钾养分释放率：将0.1g接枝反应型保水缓释氮磷钾肥(氮、磷、钾含量分别用N、P、K符号表示)装入一个体积为1L的200目网袋中，再将网袋放入2L蒸馏水中，放置24h后，取出网袋静置1h，记录滤液的体积V_t，然后再补充体积为V_t的蒸馏水，继续将网袋放入蒸馏水中培养，分别于培养后第3、5、7、9天进行相同操作，取出滤液，以后每隔7天进行相同操作，测定滤液中的氮(N_t)、磷(P_t)、钾含量(K_t)。N_t、P_t、K_t分别代表每次操作滤液中氮、磷、钾的浓度(单位：mg/L)。

实施例1

一种接枝反应型保水缓释氮磷钾肥的制备方法，其步骤为：