一种石墨烯废料包埋尿素的制备方法和应用与流程

本发明涉及一种包埋尿素的制备方法和应用。
背景技术：
：目前，随着农村劳动力的日渐减少，水稻生产种植过程中，人工成本日渐增加，其中主要在于水稻种植一般需要人工撒施肥料3次～5次，造成生产种植费用过高而利润下降。目前公开相关发明专利，例如一种水稻控释肥及其制备方法和应用(专利号cn201410270741.1)；一种水稻种植用包膜控释肥料(专利号：cn201810696318.6)等主要应用的技术主要是采用外层包膜或采用有机原材料而达到控释的作用，日本发明专利主要基于树脂包膜尿素，释放期精准，但是价格昂贵。石墨烯为碳原子组成的同位素，虽厚度仅为0.2nm，但机械强度为钢铁的200倍，而且有着不易断、柔韧性佳，导电性能比硅优秀100倍等优势。具有及其优异的光电化学特性被广泛应用于工业和制造业方面。目前，石墨烯生产过程中，采用物理制备方法提纯纯品石墨烯量较低，一般在20％～30％之间，而石墨烯生产过程中的废弃材料则造成较大的环境处理的负担。技术实现要素：本发明的目的是要解决现有采用外层包膜或采用有机原材料作为肥料的包膜价格昂贵和石墨烯生产过程中的废弃材料造成环境负担的问题，而提供一种石墨烯废料包埋尿素的制备方法和应用。一种石墨烯废料包埋尿素的制备方法，是按以下步骤完成的：一、将聚乙烯醇溶解到蒸馏水中，再加入甘油，再在搅拌速度为30r/min～50r/min下搅拌反应60min～120min，得到溶液a；步骤一中所述的聚乙烯醇的质量与蒸馏水的体积比为(40g～50g):1000ml；步骤一中所述的甘油的质量与蒸馏水的体积比为(20g～30g):1000ml；二、将制备石墨烯产生的废料分散到丁醇中，得到溶液b；步骤二中所述的溶液b中制备石墨烯产生的废料的浓度为1g/l～3g/l；三、首先将溶液b加入到溶液a中，然后在搅拌速度为20r/min～30r/min下磁力搅拌20min～40min，最后在超声功率为80w～100w下超声分散60min～120min，得到溶液c；步骤三中所述的溶液b与溶液a的体积比为(10～40):1000；四、将尿素溶解到蒸馏水中，再加入六偏磷酸钠，得到溶液d；步骤四中所述的尿素的质量与蒸馏水的体积比为(600g～800g):1000ml；步骤四中所述的六偏磷酸钠的质量与蒸馏水的体积比为(30g～50g):1000ml；五、将溶液c加入到溶液d中，得到溶液e；步骤五中所述的溶液c与溶液d的体积比为(1～2):1；六、首先将溶液e以20滴/min～30滴/min的滴加速度滴加到质量分数为1％～1.5％的硼砂溶液中，然后在室温下固化20min～40min，最后在温度为50℃～60℃下干燥24h～48h，得到石墨烯废料包埋尿素；步骤六中所述的溶液e与质量分数为1％～1.5％的硼砂溶液的体积比为(10～20):200。一种石墨烯废料包埋尿素作为农作物种植的肥料使用。本发明的原理及优点：一、本发明利用制备石墨烯产生的废料为基材，利用包埋技术将尿素进行包埋，制成粒径为3mm～5mm的石墨烯废料包埋尿素；二、本发明制备的石墨烯废料包埋尿素为缓释尿素，含有38％～40％的n元素，本发明制备的石墨烯废料包埋尿素80％以上可以被土壤微生物及植物吸收利用，对环境无不良影响；三、本发明制备的石墨烯废料包埋尿素90天的养分释放量大于85％，释放曲线符合“s”型释放规律；四、使用本发明制备的石墨烯废料包埋尿素作为水稻种植的肥料使用时，采用水稻测深施肥技术，一次性施肥，免追肥，水稻的产量为600kg/亩～650kg/亩，水稻的产量增加了10％～15％。本发明可获得一种石墨烯废料包埋尿素。附图说明图1为实施例一步骤二中所述的制备石墨烯产生的废料的sem图；图2为实施例一步骤六中得到的石墨烯废料包埋尿素的sem图；图3为实施例一步骤六中得到的石墨烯废料包埋尿素切开后的横断面的sem图；图4为实施例一步骤六中得到的石墨烯废料包埋尿素的红外测试图谱；图5为肥料释放曲线图，图中1为“■”为六颗星高钾掺混肥，“●”为复合肥料(农垦水稻侧深施肥专用)，“▲”为稳定性复合肥料(中化8％控释肥料)，“▼”为缓释尿素(含硫氮肥)，“◆”为硫包衣控释尿素(2mm～4mm大颗粒)，为实施例一步骤六中得到的石墨烯废料包埋尿素。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式是一种石墨烯废料包埋尿素的制备方法是按以下步骤完成的：一、将聚乙烯醇溶解到蒸馏水中，再加入甘油，再在搅拌速度为30r/min～50r/min下搅拌反应60min～120min，得到溶液a；步骤一中所述的聚乙烯醇的质量与蒸馏水的体积比为(40g～50g):1000ml；步骤一中所述的甘油的质量与蒸馏水的体积比为(20g～30g):1000ml；二、将制备石墨烯产生的废料分散到丁醇中，得到溶液b；步骤二中所述的溶液b中制备石墨烯产生的废料的浓度为1g/l～3g/l；三、首先将溶液b加入到溶液a中，然后在搅拌速度为20r/min～30r/min下磁力搅拌20min～40min，最后在超声功率为80w～100w下超声分散60min～120min，得到溶液c；步骤三中所述的溶液b与溶液a的体积比为(10～40):1000；四、将尿素溶解到蒸馏水中，再加入六偏磷酸钠，得到溶液d；步骤四中所述的尿素的质量与蒸馏水的体积比为(600g～800g):1000ml；步骤四中所述的六偏磷酸钠的质量与蒸馏水的体积比为(30g～50g):1000ml；五、将溶液c加入到溶液d中，得到溶液e；步骤五中所述的溶液c与溶液d的体积比为(1～2):1；六、首先将溶液e以20滴/min～30滴/min的滴加速度滴加到质量分数为1％～1.5％的硼砂溶液中，然后在室温下固化20min～40min，最后在温度为50℃～60℃下干燥24h～48h，得到石墨烯废料包埋尿素；步骤六中所述的溶液e与质量分数为1％～1.5％的硼砂溶液的体积比为(10～20):200。本实施方式的原理及优点：一、本实施方式利用制备石墨烯产生的废料为基材，利用包埋技术将尿素进行包埋，制成粒径为3mm～5mm的石墨烯废料包埋尿素；二、本实施方式制备的石墨烯废料包埋尿素为缓释尿素，含有38％～40％的n元素，本实施方式制备的石墨烯废料包埋尿素80％以上可以被土壤微生物及植物吸收利用，对环境无不良影响；三、本实施方式制备的石墨烯废料包埋尿素90天的养分释放量大于85％，释放曲线符合“s”型释放规律；四、使用本实施方式制备的石墨烯废料包埋尿素作为水稻种植的肥料使用时，采用水稻测深施肥技术，一次性施肥，免追肥，水稻的产量为600kg/亩～650kg/亩，水稻的产量增加了10％～15％。本实施方式可获得一种石墨烯废料包埋尿素。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤二中所述的制备石墨烯产生的废料是利用机械剥离的方法制备石墨烯产生的废料，其中制备石墨烯产生的废料由石墨烯和石墨组成，石墨烯的含量为30％～40％。其它步骤与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤二中所述的制备石墨烯产生的废料的粒径小于100μm。其它步骤与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤二中所述的丁醇为正丁醇或2-丁醇。其它步骤与具体实施方式一至三相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤一中所述的聚乙烯醇的质量与蒸馏水的体积比为(40g～45g):1000ml；步骤一中所述的甘油的质量与蒸馏水的体积比为(20g～25g):1000ml。其它步骤与具体实施方式一至四相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤二中所述的溶液b中制备石墨烯产生的废料的浓度为1g/l～2g/l。其它步骤与具体实施方式一至五相同。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤三中所述的溶液b与溶液a的体积比为(10～25):1000。其它步骤与具体实施方式一至六相同。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤四中所述的尿素的质量与蒸馏水的体积比为(700g～800g):1000ml；所述的六偏磷酸钠的质量与蒸馏水的体积比为(40g～50g):1000ml。其它步骤与具体实施方式一至七相同。具体实施方式九：本实施方式是一种石墨烯废料包埋尿素作为农作物种植的肥料使用。具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：所述的农作物为水稻或玉米。其他与具体实施方式九相同。采用以下实施例验证本发明的有益效果：实施例一：一种石墨烯废料包埋尿素的制备方法，是按以下步骤完成的：一、将聚乙烯醇溶解到蒸馏水中，再加入甘油，再在搅拌速度为30r/min下搅拌反应100min，得到溶液a；步骤一中所述的聚乙烯醇的质量与蒸馏水的体积比为45g:1000ml；步骤一中所述的甘油的质量与蒸馏水的体积比为25g:1000ml；二、将制备石墨烯产生的废料分散到丁醇中，得到溶液b；步骤二中所述的丁醇为正丁醇；步骤二中所述的溶液b中制备石墨烯产生的废料的浓度为2g/l；步骤二中所述的制备石墨烯产生的废料是利用机械剥离的方法制备石墨烯产生的废料，其中制备石墨烯产生的废料由石墨烯和石墨组成，石墨烯的含量为30％；步骤二中所述的制备石墨烯产生的废料的粒径为60μm～100μm；三、首先将溶液b加入到溶液a中，然后在搅拌速度为30r/min下磁力搅拌30min，最后在超声功率为100w下超声分散60min，得到溶液c；步骤三中所述的溶液b与溶液a的体积比为25:1000；四、将尿素溶解到蒸馏水中，再加入六偏磷酸钠，得到溶液d；步骤四中所述的尿素的质量与蒸馏水的体积比为700g:1000ml；步骤四中所述的六偏磷酸钠的质量与蒸馏水的体积比为40g:1000ml；五、将溶液c加入到溶液d中，得到溶液e；步骤五中所述的溶液c与溶液d的体积比为1:1；六、首先将溶液e以20滴/min的滴加速度滴加到质量分数为1％的硼砂溶液中，然后在室温下固化30min，最后在温度为55℃下干燥48h，得到石墨烯废料包埋尿素；步骤六中所述的溶液e与质量分数为1％的硼砂溶液的体积比为10:200。图1为实施例一步骤二中所述的制备石墨烯产生的废料的sem图；从图1可知，实施例一步骤二中所述的制备石墨烯产生的废料中有部分剥离石墨烯碎片。图2为实施例一步骤六中得到的石墨烯废料包埋尿素的sem图；从图2可知，实施例一步骤六中得到的石墨烯废料包埋尿素表面有凸凹不平的微小孔隙，便于微生物对基材的降解和养分的释放。图3为实施例一步骤六中得到的石墨烯废料包埋尿素切开后的横断面的sem图；从图3可知，实施例一步骤六中得到的石墨烯废料包埋尿素内部结构为蜂窝状小孔，有利于养分的缓慢释放。图4为实施例一步骤六中得到的石墨烯废料包埋尿素的红外测试图谱；将图4中得到的数据列于表1。表1峰位置峰高相对峰高基线(h)基线(l)面积相关面积435.8825.1631.426439.74430.101.1940.051445.5325.1441.223451.31443.600.9590.047464.8124.3420.871466.74462.880.4560.010482.1724.1000.324484.10474.461.1460.009493.7424.1740.329497.60491.810.6910.006547.7523.7780.525551.60543.890.9030.015815.8321.8720.110821.62811.981.0330.006898.7722.3810.306902.62892.981.0520.0101035.7023.1150.4421037.631024.131.5190.0141053.0623.0340.3141058.851045.351.5230.0161178.4323.3650.1661184.211174.571.1130.0071230.5023.6030.3431238.211224.711.5660.0131251.7223.8400.4381255.571249.790.6770.0071298.0023.5990.1581303.791294.151.1240.0071473.5127.3163.7481475.441471.590.4870.0421701.1035.47315.4001703.031699.170.5260.1791967.2626.6591.0981969.191965.330.5050.0122048.2626.7650.1672054.052044.401.3020.0072171.7027.4970.3872175.552165.911.3360.0112324.0626.9051.2192327.922318.281.2860.0462366.4928.6671.1482370.352351.062.6870.1582430.1426.7490.1732439.782426.281.8220.0182499.5727.1530.1812501.502491.861.3200.004从图4和表1可知，实施例一步骤六中得到的石墨烯废料包埋尿素在形成凝胶的过程中产生了一些新的化学键，基材为有机相，因此存在较多相关化学键，c-c键，c-h键，c-o键，c-n键等等。利用凯氏定氮的方法测定实施例一步骤二中所述的制备石墨烯产生的废料的氮含量在37％～38％之间。图5为肥料释放曲线图，图中1为“■”为六颗星高钾掺混肥，“●”为复合肥料(农垦水稻侧深施肥专用)，“▲”为稳定性复合肥料(中化8％控释肥料)，“▼”为缓释尿素(含硫氮肥)，“◆”为硫包衣控释尿素(2mm～4mm大颗粒)，为实施例一步骤六中得到的石墨烯废料包埋尿素；图5中所述的六颗星高钾掺混肥由吉林云天化农业发展有限公司生产；所述的复合肥料(农垦水稻侧深施肥专用)由云南云天化股份有限公司生产；所述的稳定性复合肥料(中化8％控释肥料)由中化化肥有限公司生产；所述的缓释尿素(含硫氮肥)由鲁西化工总厂生产；所述的硫包衣控释尿素(2mm～4mm大颗粒)由山东康侬生物科技有限公司生产。从图5中可以看出，实施例一步骤六中得到的石墨烯废料包埋尿素与市面上销售的缓释和控释尿素释放曲线相近，控释效果优良，在30天氮素的释放率在40％左右。应用实验：在水稻插秧过程中，利用专用测深施肥机将实施例一步骤六中得到的石墨烯废料包埋尿素、重钙和氯化钾施到水稻跟侧5cm深5cm～8cm处，后期免追肥，实施例一步骤六中得到的石墨烯废料包埋尿素的施入量为12kg/亩，重钙的施入量为9kg/亩，氯化钾的施入量为10kg/亩；水稻是收获产量在600kg/亩～650kg/亩。在水稻插秧过程中，利用专用测深施肥机将尿素、重钙和氯化钾施到水稻跟侧5cm深5-8cm处，后期免追肥，尿素的施入量为12kg/亩，重钙的施入量为9kg/亩，氯化钾的施入量为10kg/亩；水稻是收获产量在545kg/亩～565kg/亩。由上可知，使用实施例一制备的石墨烯废料包埋尿素作为水稻种植的肥料使用时，水稻的产量增加了10％～15％。当前第1页12