一种硅藻土可溶硅的制备方法及其应用

本发明涉及矿物填加剂技术领域，尤其涉及一种硅藻土可溶硅的制备方法及其应用。

背景技术：

土壤保肥性是影响粮食产量与质量的重因素。农田所施肥料，只有一部分被作物吸收，一部分留存在土壤中，具有保肥性能的土壤，在减少土壤中养分(氮磷钾)流失的同时，可提高土壤养分的长效利用率，因此土壤缓释肥料的研究被受关注。硅藻土作为非金属矿物，因其具备天然微孔结构和非晶体二氧化硅组份，在用作土壤缓释肥料的填加剂方面一直的研究热点，它不仅可提高所施肥料的土壤养分利用率，也可给植物提供一定的硅元素。硅藻土在土壤缓释肥料方面的研究较多，如硅藻土对氯化铵、磷酸二氢钙和氯化钾的吸附和缓释研究表明，ph7中性土壤，以“临奥1号”杂交玉米为研究盆栽试验期，在氮磷钾复混肥中添加5-8％硅藻土，整个生长季，氮、钾、磷的利用率分别提高12.80％、17.26％、35.42％。相比较而言，硅藻土在提供可溶性硅元素方面的研究较少，但作为根茎类植物，如水稻、玉米等在拔节期、抽雄期是提高其抗倒扶的重要元素，尤其是水稻在成果期，有效的硅元素可提高水稻产量。因此提升硅藻土可溶性硅或硅藻土可溶性硅的利用率，具有重要理论和使用价值。

硅藻土主要化学成份虽然是非晶体二氧化硅，即表面活性硅，但硅是以氧化物形式存在，并不是可溶性硅元素，不能或不易被植物吸收，而能被植物有效吸附利用的是硅离子，即偏硅酸根离子。硅藻土在弱碱性条件下，具有一定的可溶性，即弱碱性土壤微环境条件下，可适当改善硅藻土可溶性硅的利用率。如何实现硅藻土在广泛ph值条件下可溶性硅的利用率和长效性，是硅藻土在农业中有效或大规模利用研究的重点所在。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种硅藻土可溶硅的制备方法，所述方法可实现硅藻土在广泛ph值条件下可溶性硅的利用率和长效性，利于硅藻土在农业中有效或大规模利用。

本发明实施例提供一种硅藻土可溶硅的制备方法，该方法包括：将硅藻土原料、碱溶液、偏硅酸钠水合物和水玻璃进行混合，然后在搅拌条件下进行水浴反应，经后处理即得。本发明中，通过对硅藻土进行加工和改性，实现了硅藻土在广泛ph值条件下可溶性硅的利用率和长效性。

根据本发明实施例提供的一种硅藻土可溶硅的制备方法，所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙的水溶液，优选为氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液。

根据本发明实施例提供的一种硅藻土可溶硅的制备方法，所述碱溶液的浓度为6～15％，优选为8～12％。本发明中，通过采用上述氢氧化钠或氢氧化钾水溶液的浓度，能够更好的解决技术问题，进一步提高硅藻土可溶硅的制备和释放；通过在上述特定浓度下，二氧化硅与氢氧化钠或氢氧化钾溶液，通过反应制得硅酸盐凝胶，更易被植物所吸收。

根据本发明实施例提供的一种硅藻土可溶硅的制备方法，所述水玻璃的模数为3.1～3.6，优选为3.5。本发明中采用上述模数的水玻璃效果更好。

根据本发明实施例提供的一种硅藻土可溶硅的制备方法，所述水浴处理的温度为30～90℃，优选为40～80℃。

根据本发明实施例提供的一种硅藻土可溶硅的制备方法，所述水浴处理的时间为6～8h；和/或，经所述水浴处理使反应产物产生体积膨胀3～4倍的凝胶。

根据本发明实施例提供的一种硅藻土可溶硅的制备方法，所述硅藻土原料为硅藻土含量在70％以上的二级土或三级土。

根据本发明实施例提供的一种硅藻土可溶硅的制备方法，对所述硅藻土原料进行除杂处理，向处理后的硅藻土原料中加入浓度为8～12％的氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液，再加入五水偏硅酸钠和水玻璃，在40～80℃水浴条件混合搅拌，然后进行脱水、干燥和碾压造粒。

本发明实施例还提供一种硅藻土可溶硅，由所述硅藻土可溶硅的制备方法制得；优选的，所述硅藻土可溶硅以硅藻土为核心，在硅藻土表面形成无定形的偏硅酸盐凝胶。

本发明实施例还提供一种所述硅藻土可溶硅或所述方法制备得到的硅藻土可溶硅在土壤缓释肥料中的应用，优选在用于水稻、玉米、花生、小麦等种植的土壤缓释肥料中的应用。

本发明的有益效果至少在于：本发明以硅藻土非金属矿为主要原料，经简单除杂处理后，以碱性原料、水浴条件下进行硅藻土表面偏硅酸盐制备，使样品保持硅藻土矿物主体存在的同时，在硅藻土表面形成无定形的偏硅酸盐凝胶，以便在使用的土壤中，以硅藻土为核心形成局部的弱碱性微环境，实现可溶性硅元素在土壤中以硅离子形式游离，以便植物吸收；硅藻土核的缓慢溶解，实现可溶性硅的长效利用。硅藻土作为矿物材料，相较于化学类可溶性硅化工产品，可大幅度降低生产和使用成本，有利于大规模推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中样品吸脱附曲线(左)及孔径分布图(右)；

图2为本发明实施例中样品的xrd曲线(左)及sem图像(右)；

图3为本发明实施例中样品浸泡图片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。

本发明实施例中所用硅藻土的原料在称量前，还经过除杂处理。

本发明实施例中可溶性硅有效成分测试方法：有效成分采用定期测试样品水溶液的水溶性硅和枸溶性硅，采用空白样品对比的分光光度测试方法，分别测试1个月、2个月、3个月样品的水溶性硅和枸溶性硅；随着时间增加可溶性硅的量有所增长，样品浸泡实验如图3所示。

实施例1

本实施例提供一种高可溶性硅的硅藻土，具体制备方法如下：

称硅藻土30g放入400ml的烧杯中，加入以氢氧化钠或氢氧化钾配制的8％碱溶液200ml，加入0.15g五水偏硅酸钠、0.05g模数为3.5水玻璃，在40℃水浴条件混合搅拌6～8h(反应产物生产凝胶、且体积膨胀3～4倍)，样品脱水干燥，碾压成粉体样品。

称取20g样品放到400ml的烧杯中，再放入300mlph值7.5的水中浸泡3个月，测试1个月、2个月、3个月可溶硅的含量分别为：

1个月：水溶性硅：0.08％；枸溶性硅：0.25％；

2个月：水溶性硅：0.12％；枸溶性硅：0.31％；

3个月：水溶性硅：0.15％；枸溶性硅：0.39％。

实施例2

本实施例提供一种高可溶性硅的硅藻土，具体制备方法如下：

称硅藻土30g放入400ml的烧杯中，加入以氢氧化钠或氢氧化钾配制的8％碱溶液200ml，加入0.15g五水偏硅酸钠、0.05g模数为3.5水玻璃，在60℃水浴条件混合搅拌6～8h(反应产物生产凝胶、且体积膨胀3～4倍)，样品脱水干燥，碾压成粉体样品。

称取20g样品放到400ml的烧杯中，再放入300mlph值7.5的水中浸泡3个月，测试1个月、2个月、3个月可溶硅的含量分别为：

1个月：水溶性硅：0.10％；枸溶性硅：0.30％；

2个月：水溶性硅：0.13％；枸溶性硅：0.37％；

3个月：水溶性硅：0.14％；枸溶性硅：0.40％。

实施例3

本实施例提供一种高可溶性硅的硅藻土，具体制备方法如下：

称硅藻土30g放入400ml的烧杯中，加入以氢氧化钠或氢氧化钾配制的8％碱溶液200ml，分别加入0.15g五水偏硅酸钠、0.05g模数为3.5水玻璃，在80℃水浴条件混合搅拌6～8h(反应产物生产凝胶、且体积膨胀3～4倍)，样品脱水干燥，碾压成粉体样品。

称取20g样品放到400ml的烧杯中，再放入300mlph值7.5的水中浸泡3个月，测试1个月、2个月、3个月可溶硅的含量分别为：

1个月：水溶性硅：0.12％；枸溶性硅：0.38％；

2个月：水溶性硅：0.15％；枸溶性硅：0.45％；

3个月：水溶性硅：0.16％；枸溶性硅：0.51％。

实施例4

本实施例提供一种高可溶性硅的硅藻土，具体制备方法如下：

称硅藻土30g放入400ml的烧杯中，加入以氢氧化钠或氢氧化钾配制的10％碱溶液200ml，分别加入0.15g五水偏硅酸钠、0.05g模数为3.5水玻璃，在60℃水浴条件混合搅拌6～8h(反应产物生产凝胶、且体积膨胀3～4倍)，样品脱水干燥，碾压成粉体样品。

称取20g样品放到400ml的烧杯中，再放入300mlph值7.5的水中浸泡3个月，测试1个月、2个月、3个月可溶硅的含量分别为：

1个月：水溶性硅：0.15％；枸溶性硅：0.45％；

2个月：水溶性硅：0.18％；枸溶性硅：0.52％；

3个月：水溶性硅：0.20％；枸溶性硅：0.58％。

实施例5

本实施例提供一种高可溶性硅的硅藻土，具体制备方法如下：

称硅藻土30g放入400ml的烧杯中，加入以氢氧化钠或氢氧化钾配制的10％碱溶液200ml，分别加入0.15g五水偏硅酸钠、0.05g模数为3.5水玻璃，在80℃水浴条件混合搅拌6～8h(反应产物生产凝胶、且体积膨胀3～4倍)，样品脱水干燥，碾压成粉体样品。

称取20g样品放到400ml的烧杯中，再放入300mlph值7.5的水中浸泡3个月，测试1个月、2个月、3个月可溶硅的含量分别为：

1个月：水溶性硅：0.18％；枸溶性硅：0.45％；

2个月：水溶性硅：0.21％；枸溶性硅：0.50％；

3个月：水溶性硅：0.25％；枸溶性硅：0.55％。

实施例6

本实施例提供一种高可溶性硅的硅藻土，具体制备方法如下：

称硅藻土30g放入400ml的烧杯中，加入以氢氧化钠或氢氧化钾配制的12％碱溶液200ml，分别加入0.15g五水偏硅酸钠、0.05g模数为3.5水玻璃，在80℃水浴条件混合搅拌6～8h(反应产物生产凝胶、且体积膨胀3～4倍)，样品脱水干燥，碾压成粉体样品。

称取20g样品放到400ml的烧杯中，再放入300mlph值7.5的水中浸泡3个月，测试1个月、2个月、3个月可溶硅的含量分别为：

1个月：水溶性硅：0.20％；枸溶性硅：0.47％；

2个月：水溶性硅：0.2％；枸溶性硅：0.55％；

3个月：水溶性硅：0.28％；枸溶性硅：0.59％。

实施例6的样品可溶性硅测试结果最好，其样品的sem、xrd、bet如图1-图2所示，通过xrd曲线图可以看到在硅藻土的衍射曲线中出现了偏硅酸钠的特征峰，同时通过sem图像可以看到在硅藻土的表面形成了大量的硅酸盐凝胶。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。