[發明專利]以木質素和蒙脫土為原料制備尿素緩釋肥料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710311476.0
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN107056468A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 李文卓;張昱超;黃帥宇;趙瑩瑩;張琳;陸超
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: C05G3/00
• 分類號: C05G3/00
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務所(普通合伙)11548
• 代理人: 李靜

本發明提供一種以木質素和蒙脫土為原料制備的包裹型尿素緩釋肥料及其制備方法。本發明先制備蒙脫土?尿素層嵌結構中間產物，然后將適量比的木質素與蒙脫土?尿素中間產物共融，即獲得一種以木質素為包裹層、蒙脫土?尿素為內核的包裹型尿素緩釋肥料，其中木質素:蒙脫土:尿素的重量比為(1～3):1:(1.5～6.5)。緩釋性能試驗結果顯示：本發明制備的重量比為2:1:4的木質素?蒙脫土?尿素緩釋肥料，與重量比為1:4的蒙脫土?尿素中間產物相比，前者在室溫下水溶液中的7天累積釋放緩釋率比后者低21％。本發明制備緩釋肥料的工藝方法簡單，有機質含量高，尿素緩釋性能好，原料易得，成本低，易于市場推廣應用。

技術領域：

本發明提供一種以木質素和蒙脫土為基質原料制備的包裹型尿素緩釋肥料，同時提供該緩釋肥料的制備方法，屬于有機無機復合材料領域。

背景技術：

緩釋肥料是一種能夠緩慢地釋放植物所含養分的肥料。緩釋肥料不像傳統速溶肥料，具有易流失的缺陷，緩釋肥料的施用能夠大大提高化肥利用率，減少施肥次數，節約勞動力成本，并改善因過度施肥而引起的環境污染。對緩釋肥料的研究可以追溯到二十世紀六十年代，美國于1961年開始研制以硫磺包裹尿素的緩釋肥料，但由于硫磺阻水性不強，膜材料存在孔洞，因此，緩釋性能不夠穩定。日本于上世紀七十年代，開發了以乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯基醋酸纖維素、熱塑性聚烯烴等作為尿素肥料的包裹型材料。上述包裹型材料含有人工合成的聚合物，這些聚合物成本高、生物降解性差、僅具有緩釋性能，不具有改善土壤肥效的功能。

本發明以源自天然的蒙脫土和木質素為原料制備尿素緩釋肥料。蒙脫土的晶體結構特點是二層硅氧四面體晶片與其間的氧八面體晶片相結合形成2:1型晶體結構，一般結構式為{(Al_2-xMg_x)[Si₄O₁₀](OH)₂}。蒙脫土八面體中的A1³⁺常被低價的Mg²⁺、Fe²⁺置換；四面體中的Si⁴⁺被Al³⁺置換。由于低價陽離子替代高價陽離子，使結構層產生多余的負電價，為了保持電中性，在結構層之間，除了水分子之外，還存在陽離子如Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等。這些陽離子是可交換的，使蒙脫石具有離子交換性、吸水性、膨脹性、觸變性、粘結性、吸附性等一系列很有價值的特性。蒙脫土在工業方面常用作粘結劑、觸變劑、增塑劑、增稠劑、穩定劑、懸浮劑等。蒙脫土因其含有動植物所需的常量和微量元素，也被廣泛用于農業。土壤團聚體的組成及其基本特性是土壤肥力的基礎和評價土壤質量的重要指標。適量的蒙脫土施入土壤，可增加土壤團聚體數量，增大土壤孔隙度，降低土壤容重，從而提升土壤肥力。由于蒙脫土具有良好的粘結性、分散性、吸附性能等，其對改良土壤具有較好的效果。文獻([1]PereiraE I,Minussi F B,da Cruz C C T,et al.Urea–montmorillonite-extrudednanocomposites:A novel slow-releasematerial[J].Journalofagriculturalandfoodchemistry,2012,60(21):5267-5272.)報道稱，在室溫條件下通過擠出的方法將尿素插層進蒙脫土層板之間，位于蒙脫土層間的尿素分子，受到蒙脫土上下層板的物理阻礙作用，其僅能從層間縫隙擴散到外界，靜水釋放實驗顯示該層嵌型蒙脫土-尿素(前者與后者的重量比為1:1)復合材料室溫下的7天累積養分釋放率為82％，是具有前景的尿素緩釋肥料。然而這種蒙脫土-尿素層嵌結構緩釋肥料存在以下兩方面問題：(1)不含有機質成分，因此長期大量使用該種肥料，會導致土壤中有機質減少，降低土壤的肥力；(2)這種肥料的緩釋特點是其蒙脫土含量越高(即尿素含量越低)，則該肥料的尿素釋放速率越慢；因此為獲得尿素緩釋期久的蒙脫土-尿素層嵌結構肥料，需負載較低含量的尿素和使用高含量的蒙脫土基質，而負載較低含量的尿素這對肥料使用是不經濟的，使用高含量的蒙脫土基質因也將加速土壤礦化的速度，不利于土壤生態的保持。因此在層嵌型蒙脫土-尿素基礎上，提高其有機質的含量，且改善其尿素緩釋性能具有重要實踐意義。