一种保水缓释复合肥料及其制备方法与流程

1.本发明涉及肥料制备技术领域，特别是涉及一种保水缓释复合肥料及其制备方法。


背景技术：

2.肥料和水资源在现代农业发展中起着至关重要的作用，现代农业生产中通过大量的施用化肥从而达到高产的效果，肥料的施用能够促进农作物增产，但也会产生种种问题，过量施用会导致土壤板结、盐渍化、养分流失以及肥料利用率低等问题，极大的破坏了生态环境的稳定。因此，提高肥料的利用率，减少肥料对生态环境的破坏，实现绿色高效的可持续发展农业是当前的主要目标。
3.近年来，保水肥的研制和使用，为实现绿色高效可持续发展农业提供了一些新思路。现在市面上的肥料多以氮磷钾肥和常规复合肥为主，这些常规肥料易挥发，养分的淋溶与径流损失严重，造成肥料利用率低以及资源的浪费等问题，而且容易对土壤环境造成破坏；市面上的一些缓释肥，存在成分较单一、水溶性较小、受生物活动和化学的影响较大以及成本相对较高等问题，如脲甲醛，草酰胺等；市面上的保水肥大多是采用保水剂直接掺混复合肥制成，具有保水效果，但是依旧解决不了肥料利用率低等问题；或者是利用包膜工艺将肥料表面包覆一层膜，来起到保水缓释的效果，但是包膜肥存在工艺复杂、成本高的缺陷，成本方面不利于农户接受。
4.因此，开发一种工艺简单、成本低且具有保水、缓释功能的复合肥，是化肥领域迫切需要解决的一个技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种保水缓释复合肥料及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，使肥料在具有保水缓释功能的同时，简化其制备工艺，降低成本，使其利于农户接受。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明目的之一是提供一种保水缓释复合肥料的制备方法，所述制备方法包括两步聚合反应；
8.所述两步聚合反应具体为第一步聚合反应和第二步聚合反应；
9.所述第一步聚合反应具体为：丙烯酸钾、丙烯酰胺与水混合反应得到前驱体溶液；
10.所述第二步聚合反应具体为：所述前驱体溶液与无机养分、增稠剂、交联剂、引发剂反应得到聚合体。
11.进一步地，第一步聚合反应的温度为65
‑
75℃。
12.进一步地，所述制备方法还包括将所述聚合体进行造粒、烘干的步骤。
13.进一步地，所述造粒的粒径为2.5
‑
3mm；所述烘干的温度为70
‑
80℃。
14.进一步地，所述无机养分按重量份计，包括硫酸铵456
‑
529份，磷酸二铵214
‑
234
份，磷酸二氢钾182
‑
220份，硝酸钾235
‑
253份，硫酸亚铁0.1
‑
0.3份，硫酸锰0.2
‑
0.6份，硼砂0.3
‑
0.7份，硫酸锌0.1
‑
0.3份，钼酸钠0.2
‑
0.4份和硫酸铜0.2
‑
0.4份。
15.进一步地，所述增稠剂为膨润土。
16.进一步地，所述交联剂为n
‑
n亚甲基双丙烯酰胺。
17.进一步地，所述引发剂为过硫酸钾。
18.进一步地，所述丙烯酸钾与丙烯酰胺的质量比为1:2。
19.进一步地，所述丙烯酸钾与所述硫酸铵的质量比为90
‑
120：456
‑
529。
20.进一步地，所述丙烯酸钾与膨润土、n
‑
n亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钾的质量比为90
‑
120：70
‑
110：10
‑
18：8
‑
16。
21.本发明目的之二是提供一种利用上述制备方法制备得到的保水缓释复合肥。
22.本发明公开了以下技术效果：
23.(1)本发明通过两步聚合反应制备得到保水缓释复合肥料，第一步聚合反应是丙烯酸钾和丙烯酰胺形成高分子吸水树脂的前驱体(未完全反应形成高分子吸水树脂，还是溶液性质)，高分子吸水树脂的前驱体与肥料组分充分混合，实现有机、无机组分的交融；第二步聚合反应是加入交联剂和引发剂将高分子吸水树脂前驱体与无机养分共聚形成高分子基团，无机养分被均匀包裹在有机高分子网络中，形成既有保水结构，又能缓释养分的复合肥料；
24.(2)本发明复合肥含有农作物生长发育所需的氮磷钾元素和微量元素，能够为农作物生长发育提供充足养分；
25.(3)本发明复合肥能有效的改善土壤板结，增加土壤的孔隙度，为农作物的生长发育提供良好的土壤环境；能够蓄水保墒，起到肥料缓释的作用；能减少肥料的淋溶与径流的损失，提高肥料的利用率；
26.(4)本发明工艺简单，节约人力物力，成本低，利于农户接受。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
28.图1为本发明制备保水缓释复合肥料的工艺流程图。
具体实施方式
29.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
30.应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
31.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
32.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
33.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
34.本发明中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。
35.本发明保水缓释复合肥料按图1所示的工艺流程进行制备。
36.本发明所述的造粒为本领域常规技术手段，这里不再赘述。
37.实施例1
38.步骤1：将90份丙烯酸钾和528份水加入到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，设置反应釜温度为65℃，搅拌转速为120r/min，待丙烯酸钾溶解后向反应釜中加入180份丙烯酰胺，继续搅拌30min，得到前驱体溶液；
39.步骤2：向步骤1制得的前驱体溶液中加入硫酸铵456份、磷酸二铵214份、磷酸二氢钾182份、硝酸钾235份、硫酸亚铁0.1份、硫酸锰0.2份、硼砂0.3份、硫酸锌0.1份、钼酸钠0.2份和硫酸铜0.2份，在120r/min转速下搅拌溶解后，加入膨润土70份、n
‑
n亚甲基双丙烯酰胺10份和过硫酸钾8份，在120r/min转速下搅拌30min，得到半固态的聚合体；
40.步骤3：将步骤2制得的聚合体引入造粒机进行造粒，粒径大小2.5
‑
3mm左右，造粒结束后在烘干室70℃烘干6h得到保水缓释复合肥料。
41.结果：所得保水缓释复合肥料氮磷钾的比例n：p2o5：k2o＝15：15：15。
42.实施例2
43.步骤1：将100份丙烯酸钾和561份水加入到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，设置反应釜温度为70℃，搅拌转速为150r/min，待丙烯酸钾溶解后向反应釜中加入200份丙烯酰胺，继续搅拌25min，得到前驱体溶液；
44.步骤2：向步骤1制得的前驱体溶液中加入硫酸铵494份、磷酸二铵223份、磷酸二氢钾201份、硝酸钾244份、硫酸亚铁0.2份、硫酸锰0.4份、硼砂0.5份、硫酸锌0.2份、钼酸钠0.3份和硫酸铜0.3份，在150r/min转速下搅拌溶解后，加入膨润土90份、n
‑
n亚甲基双丙烯酰胺14份和过硫酸钾12份，在150r/min转速下搅拌25min，得到半固态的聚合体；
45.步骤3：将步骤2制得的聚合体引入造粒机进行造粒，粒径大小2.5
‑
3mm左右，造粒结束后在烘干室75℃烘干6h得到保水缓释复合肥料。
46.结果：所得保水缓释复合肥料氮磷钾的比例n：p2o5：k2o＝15：15：15。
47.实施例3
48.步骤1：将120份丙烯酸钾和601份水加入到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，设置反应釜温度为75℃，搅拌转速为180r/min，待丙烯酸钾溶解后向反应釜中加入240份丙烯酰胺，继续搅拌20min，得到前驱体溶液；
49.步骤2：向步骤1制得的前驱体溶液中加入硫酸铵529份、磷酸二铵234份、磷酸二氢钾220份、硝酸钾253份、硫酸亚铁0.3份、硫酸锰0.6份、硼砂0.7份、硫酸锌0.3份、钼酸钠0.4份和硫酸铜0.4份，在180r/min转速下搅拌溶解后，加入膨润土110份、n
‑
n亚甲基双丙烯酰胺18份和过硫酸钾16份，在180r/min转速下搅拌20min，得到半固态的聚合体；
50.步骤3：将步骤2制得的聚合体引入造粒机进行造粒，粒径大小2.5
‑
3mm左右，造粒结束后在烘干室80℃烘干6h得到保水缓释复合肥料。
51.结果：所得保水缓释复合肥料氮磷钾的比例n：p2o5：k2o＝15：15：15。
52.对比例1
53.与实施例1不同之处在于，省略步骤1中第一步聚合反应的步骤，直接将丙烯酸钾、丙烯酰胺、硫酸铵、磷酸二铵、磷酸二氢钾、硝酸钾、硫酸亚铁、硫酸锰、硼砂、硫酸锌、钼酸钠和硫酸铜在120r/min转速下搅拌溶解后，加入膨润土、n
‑
n亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钾。得到一步聚合的保水缓释复合肥料。
54.将实施例1
‑
3、对比例1制备的保水缓释复合肥料与市场购买的普通复合肥(史丹利复合肥，其中n：p2o5：k2o＝15:15:15)进行大田对照试验，试验地点在青岛农业大学试验田，农作物为小麦和玉米，小麦品种为济麦44，玉米品种为郑单958，肥料施用量为50kg/667m2。
55.试验例1检测复合肥在不同土壤深度的含水量
56.将肥料分别在播前进行基施，撒施均匀后用旋耕机翻进土壤，之后分别在小麦的开花期和玉米的吐丝期对土壤水分和养分进行测定。结果如表1和表2所示。
57.表1小麦土壤水分含量
[0058][0059][0060]
表2玉米土壤水分含量
[0061] 0
‑
20cm20
‑
40cm40
‑
60cm普通复合肥14.22％15.21％15.52％实施例115.33％16.50％16.67％实施例215.67％16.75％16.54％实施例315.45％16.82％16.57％对比例114.59％15.86％16.02％
[0062]
由表1和表2能够看出，当肥料处于不同深度的土壤中时，土壤中含水量是不同的，本发明实施例1
‑
3制备的保水缓释复合肥在不同土壤深度时，土壤的含水量都要高于施加普通复合肥的土壤。这说明，本发明制备的保水缓释复合肥可以很好的提高不同土壤深度的含水量，即保水缓释复合肥料有很好的保水效果。对比例1制备的保水缓释复合肥效果弱于实施例1，说明省略第一步聚合反应会影响肥料的保水效果。
[0063]
试验例2检测使用复合肥的小麦和玉米土壤养分含量
[0064]
将肥料分别在播前进行基施，撒施均匀后用旋耕机翻进土壤，之后分别在小麦的开花期和玉米的吐丝期取土样，对土壤水分和养分进行测定。结果如表3
‑
表8所示。
[0065]
表3小麦土壤碱解氮含量
[0066][0067][0068]
表4玉米土壤碱解氮含量
[0069] 0
‑
20cm(mg/kg)20
‑
40cm(mg/kg)普通复合肥92.3780.12实施例1101.2586.22实施例299.8785.73实施例399.1585.39对比例196.4882.67
[0070]
表5小麦土壤速效磷含量
[0071] 0
‑
20cm(mg/kg)20
‑
40cm(mg/kg)普通复合肥22.1519.08实施例126.6725.26实施例225.5724.32实施例325.4624.10对比例123.6122.18
[0072]
表6玉米土壤速效磷含量
[0073][0074][0075]
表7小麦土壤速效钾含量
[0076] 0
‑
20cm(mg/kg)20
‑
40cm(mg/kg)普通复合肥109.3598.62实施例1121.83112.74实施例2118.95109.25实施例3117.03107.05对比例1114.62105.40
[0077]
表8小麦土壤速效钾含量
[0078] 0
‑
20cm(mg/kg)20
‑
40cm(mg/kg)普通复合肥112.34105.11实施例1125.67112.54实施例2124.63110.23实施例3121.50109.30对比例1117.25107.46
[0079]
由表3至表8能够看出，在两个土层深度施用实施例1
‑
3制备的保水缓释复合肥的土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量都要高于施用普通复合肥的含量，实施例1
‑
3采用两步聚合反应的效果要优于对比例1采用一步聚合反应的效果。
[0080]
试验例3复合肥对小麦和玉米产量的影响
[0081]
将肥料分别在播前进行基施，撒施均匀后用旋耕机翻进土壤，之后不再追肥。结果如表9所示。
[0082]
表9对小麦和玉米产量的影响
[0083] 小麦(kg/667m2)玉米(kg/667m2)普通复合肥505.12752.67实例1519.72791.33实例2523.24795.67实例3525.67794.87
对比例1512.48772.41
[0084]
由表9能够看出，施用本发明实施例1
‑
3制备的保水缓释复合肥的小麦和玉米产量显著高于施用普通复合肥，这说明本发明制备的保水缓释复合肥能够很好的提高肥料的利用效率，为农作物生长提供充足的养分，增加农作物的产量；施用实施例1
‑
3采用两步聚合反应制得的保水缓释复合肥的产量要优于对比例1采用一步聚合反应的产量，说明两步聚合反应相比一步聚合反应能够更好的增加肥料的保水、缓释效果，提升农作物的产量。
[0085]
综上，本发明能够改善干旱地区的土壤理化性质，保持土壤水分，提高田间持水量，改善土壤团粒结构，减少灌溉用水，充分利用水资源；能够减少肥料的挥发、养分的淋溶与径流损失，起到保水与肥料缓释的效果，提高农作物的养分和水分的利用率；有利于实现机械化生产；提高农作物产量，成本上易于农民接受，使农民的利益最大化；减少对土壤环境的危害和生态环境的破坏，利于实现绿色高效可持续发展的现代化农业生产。
[0086]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。