一种硅藻土复合氮磷钾聚合物凝胶材料的制备方法

本发明涉及功能高分子材料领域，尤其涉及一种硅藻土复合氮磷钾聚合物凝胶材料的制备方法。

背景技术：

1、在农业生产中，普遍存在投入成本高、产量低的问题。但与此同时，化肥又是最重要的物质投入，约占所有物质生产总支出的50%。因此，迫切需要制定环境友好型战略，提高肥料利用效率。其中，缓释肥料（srf）已成为一种有效的施肥策略。

2、水资源的缺乏也是限制农业发展的因素。根系土壤水分不足可能会限制植物的生长，甚至植物的养分需求也需要通过适当的水分来满足。高吸水性水凝胶（sahs）是一种亲水化合物，通过将营养物质结合到水凝胶中，在保持水分的同时调节养分的释放。因此，在干旱和半干旱地区，它已被用于农业，以增加保水能力，减少灌溉频率，降低植物死亡率。如：发明专利cn 112624865 a公开了一种保水缓释肥料及其制备方法，包括肥料芯、缓释层和保水层，最内层肥料芯为肥料颗粒，内层缓释层为聚己内酯-聚氨酯嵌段共聚物；外层保水层为环糊精-埃洛石-聚丙烯腈树脂。cn 112979377 a公开了一种保水缓释双功能化复合水凝胶的制备办法，即提供了一种以多糖为原料的保水缓释肥的制备方法。但这些缓释肥料的制备过程都比较复杂，且参与的有机溶剂较多，易对环境造成较大的负面影响。此外，发明专利cn108484327 a公开了一种保水缓释肥料的制备方法，通过对淀粉进行接枝丙烯酸的改性处理，然后再通过交联剂形成具有较多亲水基团的三维立体网状结构，依靠改性淀粉的羟基与水分子间的氢键作用实现吸水效果；但该保水缓释肥料仅以小分子的形式吸附嵌入，然后被包裹在聚合物中，肥料的释放速率不稳定。

3、地质聚合物，简称“地聚物”，主要通过含铝硅酸盐的矿物在碱性环境中反应生成具有硅氧四面体和铝氧四面体的无机聚合物。可用于制备地质聚合物的原料包容度高，如富含硅铝成分的矿物、固废、尾矿等。如：粉煤灰和矿渣煅烧高岭土等均可用作制备地聚物的原材料（cn 111807738 a）。地聚物作为一种兼顾实际工程建设和节能环保的高性能无机聚合材料，具有原材料丰富、工艺简单、绿色环保、价格低廉、节约能源等优点，被认为是碱激发胶凝材料中最具发展和应用前景的材料。如：发明专利cn116003160 a公开了一种磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土及其应用，其由胶凝材料、磷石膏、生石灰、预制泡沫和水制备而成，胶凝材料由粉煤灰、粒化高炉矿渣粉和复合碱激发剂组成，完全避免了使用硅酸盐水泥等高能耗建筑材料。发明专利cn 116003010 a公开了一种玄武岩与玻璃粉地质聚合物及其制备方法，其采用微波养护的制备方式，所制备的地质聚合物具有良好的力学性能，显著缩短了玄武岩与玻璃粉地质聚合物养护周期。发明专利cn115931593 a公开了一种地聚物固化盐渍土的研究方法及应用，该发明为电石渣地聚物固化盐渍土的应用提供理论基础，有利于解决电石渣大量占地堆放造成的环境污染问题，并有利于使盐渍土得到有效利用。

4、目前，这些地质聚合物的研究主要集中在机械强度要求较高的建筑行业，应用领域比较局限，而在农业缓释方面的应用较少。如发明专利cn 112608188 a 公开了一种黄土基地质聚合物复合缓释肥料的制备方法；发明专利cn 114890838 a 公开了一种具有边坡稳固性能的缓释肥料及其制备方法和应用，制备了一种黄土基地质聚合物，并与适宜比例的肥料等材料和水复配得到的缓释肥料。但这些凝胶缓释肥料的营养物质直接选用小分子，考虑到水凝胶在高盐度条件下保水能力会降低，为保证保水分和高营养的双重功能，故在此基础上，制备出具有低盐的营养物质至关重要。硅藻土被认为是一种很有前途的地质聚合物材料，其主要应用于催化、水处理、生物医药、工业建材等领域。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、条件温和的硅藻土复合氮磷钾聚合物凝胶材料的制备方法。

2、为解决上述问题，本发明所述的一种硅藻土复合氮磷钾聚合物凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：

3、⑴室温下，将硅酸盐固体粉末加入到蒸馏水中，磁力搅拌均匀后，得到硅酸盐溶液；所述硅酸盐溶液中依次加入碱激发剂、硅藻土、表面活性剂、发泡剂，磁力搅拌均匀后，形成均匀混浊液，该混浊液注入模具，经干燥，即得硅藻土地聚物；

4、⑵在容器中，依次加入氮磷钾聚合物、所述硅藻土地聚物和蒸馏水，搅拌分散均匀后，再依次加入水溶性引发剂、丙烯酸、丙烯酰胺和交联剂n,n-亚甲基双丙烯酰胺，于水浴条件下反应，得到凝胶状产物；所述凝胶状产物经洗涤、干燥至恒重，即得硅藻土复合氮磷钾聚合物凝胶材料。

5、所述步骤⑴中硅酸盐固体粉末是指硅酸钠固体粉末、硅酸钾固体粉末、硅酸钠与硅酸钾的混合粉末中的一种。

6、所述步骤⑴中碱激发剂是指氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钠与氢氧化钾的混合物中的一种。

7、所述步骤⑴中表面活性剂是指油酸、硬脂酸、豆蔻酸、葵花油、大豆油、tween80中的一种。

8、所述步骤⑴中发泡剂是指双氧水、铝粉、锌粉、次氯酸钠、过硼酸钠、石灰岩、硅微粉中的一种。

9、所述步骤⑴中硅藻土与蒸馏水的质量比为0.5:1~2:1；硅藻土与硅酸盐固体粉末的质量比为1:1~6:1；硅藻土与碱激发剂的质量比为5:1~10:1；硅藻土与表面活性剂的质量比为2:1~8:1；硅藻土与发泡剂的质量比为5:1~15:1。

10、所述步骤⑵中氮磷钾聚合物按下述方法制得：将尿素和甲醛加入到蒸馏水中，待尿素溶解后，用1~10 mol/l koh将溶液ph调至弱碱性，于35~65℃搅拌1~4 hr后加入磷酸二氢钾；再加热至50~90℃继续反应1.5~5 hr；当出现白色产物时，将体系加热到100~150℃下反应2~6 hr，即得；所述尿素和所述甲醛的质量比为0.2:1~0.5:1；所述尿素与所述蒸馏水的质量比为1~9:10~30；所述尿素和所述磷酸二氢钾的质量比为1:1~1:5。

11、所述步骤⑵中水溶性引发剂是指过硫酸钾或过硫酸铵。

12、所述步骤⑵中丙烯酸的中和度为60%~80%。

13、所述步骤⑵中蒸馏水与氮磷钾聚合物和硅藻土地聚物的混合物的质量比为0.76~7.5:5~15；丙烯酰胺与丙烯酸质量比为0.5:1~1:1；硅藻土地聚物或氮磷钾聚合物与丙烯酸质量比为0.075:1~0.75:1；水溶性引发剂与丙烯酸的质量比为0.004:1~0.03:1；交联剂与丙烯酸的质量比为0.002:1~0.04:1。

14、如上所述方法制得的硅藻土复合氮磷钾聚合物凝胶材料具有肥料缓释功能。

15、本发明与现有技术相比具有以下优点：

16、1、本发明将尿素、甲醛和磷酸二氢钾（kh2po4）等小分子物质聚合，制备出低盐的氮磷钾聚合物，然后以硅藻土黏土材料为主要原料通过碱激发合成了开孔地聚物，并以开孔地聚物为主要载体负载了氮磷钾聚合物（营养物质），同时以丙烯酸、丙烯酰胺为主要粘结剂将开孔地聚物的孔结构包覆，在交联剂溶液中形成固定形貌且具有高营养、缓释和优异的保水功能的凝胶材料。

17、2、本发明所得凝胶材料形貌均一，存在大孔结构，不仅在农业领域具有较好的缓释性能，可减少肥料的使用量，防止肥料的过量使用对环境造成严重的污染，而且具有良好的保水性能，可以有效促进植物生长，从而避免了资源的浪费和二次污染，可广泛应用于干旱和半干旱地区。

18、3、本发明工艺简单、制备条件温和，所制备的材料生态友好。