[發明專利]控釋的肥料組合物及其用途

在審

• 申請號: 201611073618.6
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN108117437A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 張建;張業新;陳慧;劉云陽;伊哈卜·N·烏達;周旭峰;劉兆平
• 申請（專利權）人: 沙特基礎工業全球技術公司;中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C05G3/00
• 分類號: C05G3/00;C05G5/00;A01C21/00
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 王慶艷;劉繼富

描述了控釋的肥料組合物及其制備方法和用途。所述控釋的肥料組合物包含具有石墨烯和碳納米管的三維開孔網絡的復合石墨烯?碳納米管材料和浸漬在石墨烯和碳納米管的三維開孔網絡中的肥料。

技術領域

本發明一般涉及控釋的肥料組合物?？蒯尩姆柿辖M合物包含浸漬在復合石墨烯-碳納米管材料中的肥料，所述材料具有石墨烯和碳納米管的三維開孔網絡。該網絡可以提供用于肥料的有效溫度依賴型釋放的高肥料吸收和優異熱導率。

背景技術

肥料廣泛地應用于農業產業，為植物提供氮和必需營養物，以致估計30％至50％的農業產量可以歸因于天然或合成的商業肥料。盡管如此，目前肥料的使用具有很多缺點。首先，隨著現代農業越來越依賴于不可再生的肥料來源，未來的原料可能以較高價格來產生較低品質。其次，肥料在應用過程中趨于浸出或揮發，這會造成能源和資源的浪費。浸出和揮發還會造成水污染、農產品污染和溫室效應。第三，不被植物吸收的不可再生肥料中的一些營養素可以滲入地下水或地表水，導致富營養化，這會對生態系統進一步施加風險。

為了提高肥料使用效率，對于開發在水中或土壤中以緩慢方式或控制方式輸送植物營養物的新可再生技術的努力是廣泛的。控制肥料釋放的常規方法包括用相對不溶于水的膜涂覆肥料顆粒。肥料的釋放由膜的滲透性控制，目的為滿足貫穿整個作物生長季的氮需求，和減少由于降解、揮發和浸出的氮損失的一個應用。例如，Ko等人(“ControlledRelease of Urea from Rosin-Coated Fertilizer Particles”,Industrial&Engineering Chemistry Research,1996,35:250-7)描述了使用松香涂覆的尿素顆粒用于肥料的緩釋。Zhang等人(“Slow-release fertilizer encapsulated by graphene oxidefilms”,Chemical Engineering Journal 2014,255:107-13)描述了用氧化石墨烯膜涂覆的硝酸鉀顆粒用于硝酸鉀的緩釋。Gao等人的國際專利申請第WO2015066691號描述了包含用石墨烯/氧化石墨烯/經還原的氧化石墨烯薄膜涂覆的肥料顆粒的緩釋肥料組合物。

涂覆肥料顆粒的其他嘗試包括將肥料封裝在水溶性聚合物-碳納米管殼或氧化石墨烯殼中。例如，Lu等人的中國專利申請CN104826340描述了微囊化的石墨烯復合材料，其使得肥料和農藥在整個生長季持續穩定的釋放。Changwen等人的中國專利申請CN104276877描述了將肥料封裝在碳納米管改性的基于水的聚合物復合涂覆殼中。

由于涂層或殼不可控的分解或降解，經涂覆和封裝的肥料顆粒受到損害，導致肥料不受控地釋放到環境(例如土壤、水等)中。由于植物根系不能快速吸收所有釋放的肥料，肥料可以發生揮發或降解，導致營養物損失。如上所述，開發更好的肥料利用率、減輕或消除肥料污染，同時發展可持續的高效農業的努力已很廣泛。然而，許多生產的組合物為無效的和/或制備成本高。

發明內容

已取得一個發現，其提供了與經涂覆或封裝的控釋肥料有關的前述問題的解決方案。該解決方案的前提是在具有三維開孔網絡的復合石墨烯-碳納米管材料內浸漬肥料。特別地，三維開孔網絡提供的優點為高的比表面積、優異的熱導率和電導率、和/或優異的機械性能。這些優點可以使得肥料在特定的釋放條件下(例如土壤的溫度)從復合石墨烯-碳納米管材料中控釋或緩釋，同時減少或避免目前看來與經涂覆或封裝的肥料有關的降解問題。在一些實施方案中，石墨烯-碳納米管復合材料是具有多個孔和通道的整體開孔泡沫網絡。該孔和通道的三維網絡相互連通，這可以進一步促進熱導率。特別地，該熱導率可以有效地提高來自孔和通道的三維網格的肥料的吸收和釋放。提高的熱導率提供可以由土壤環境溫度調節的肥料釋放的有效控制。本發明的肥料組合物優點包括(1)高肥料含量，基于控釋的肥料組合物的總重量，包含10重量％至95重量％的肥料，和/或(2)肥料在土壤中受控和穩定的釋放，優選在距土壤表面至少2厘米(cm)深度的土壤中，或最優選在距土壤表面5cm至12cm深度的土壤中。