硅藻土包覆尿素制备缓/控释型化肥的方法转让专利
申请号 : CN201310562756.0
文献号 : CN103588574B
文献日 : 2015-06-17
发明人 : 秦高梧 , 胡建设 , 李松 , 贾迎钢
申请人 : 东北大学
摘要 :
一种硅藻土包覆尿素制备缓/控释型化肥的方法涉及缓/控释化肥技术领域。按照以下步骤进行：（1）首先将硅藻土放入干燥箱中于干燥，经200~500目标准分样筛过筛后密封备用；（2）称取不同质量的PVA，加热使其溶解在水中，然后加入一定量的PVAc，冷却后定容配置成混合粘结剂，（3）将筛分后的颗粒尿素倒入糖衣机中，预热后滚动造粒，向糖衣机中喷洒雾化的PVA-PVAc混合粘结剂，待尿素颗粒表面形成一层均匀的黏结液后，加入一定量的硅藻土粉末，滚动造粒约4~8分钟至肥料颗粒表面形成一层致密的包裹层；重复上述过程3~6次获得硅藻土包覆的尿素。本发明的工艺步骤简便易行，无需昂贵的设备和苛刻的生产条件，将大大提高尿素的利用率与降低成本，适合大田作物应用。
权利要求 :
1.一种硅藻土包覆尿素制备缓/控释型化肥的方法，其特征在于按照以下步骤进行：
（1）首先将硅藻土放入干燥箱中于100~200℃下干燥10~15h，经200~500目标准分样筛过筛后，密封备用；
（2）称取不同质量的PVA，加热使其溶解在水中，然后加入一定量的PVAc，冷却后定容配置成混合粘结剂，密封备用；
（3）将筛分后的颗粒尿素倒入糖衣机中，预热2~7分钟后，开始滚动造粒，向糖衣机中喷洒雾化的PVA-PVAc混合粘结剂，待尿素颗粒表面形成一层均匀的黏结液后，再加入一定量的硅藻土粉末，滚动造粒4~8分钟至肥料颗粒表面形成一层致密的包裹层；
重复上述过程3~6次，在此过程中，应保证肥料颗粒充分运动，以防颗粒间粘结，直至颗粒完全干燥，获得硅藻土包覆的尿素；
其中硅藻土和尿素的最终加入量按质量百分比计，硅藻土占两者质量的10~40%，尿素占两者质量的60~90%，每100g上述硅藻土和尿素中加入PVA-PVAc混合粘结剂6~24mL；混合粘结剂溶液中PVA的质量百分比为0.5~10%，PVAc的质量百分比为0.05~2%。
2.根据权利要求1所述的硅藻土包覆尿素制备缓/控释型化肥的方法，其特征在于所述混合粘结剂溶液中PVA的质量百分比为为1~8%，PVAc的质量百分比为0.1~2%。
3.根据权利要求1所述的硅藻土包覆尿素制备缓/控释型化肥的方法，其特征在于所述混合粘结剂溶液中PVA的质量百分比为1~5%，PVAc的质量百分比为0.4~1.5%。
说明书 :
硅藻土包覆尿素制备缓/控释型化肥的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及缓/控释化肥技术领域，具体涉及一种硅藻土包覆尿素制备缓/控释型化肥的方法。
背景技术
[0002] 农业是我国国民经济的基础，化肥特别是尿素在农业生产中占有非常重要的地位。中国既是尿素的生产大国，也是使用大国，但尿素施入土壤后的利用率通常只有30~40%，利用率不高的主要原因是氮素的挥发、淋溶和径流。据调查，中国每年投入的氮肥总量约为2千多万吨氮，其中50%左右会随雨水流失或进入空气中。此外，传统施肥方式易导致水质、土壤及粮食污染，长江河口中硝酸盐含量已高达0.49~0.95μg/g，而世界河口平均值仅为0.1μg/g，京、津、唐地区50%的地下水硝酸盐含量超标，同时还产生大量N2O，破坏臭氧层，加剧温室效应。一次性大量施入尿素不能满足农作物生育期的生长需要，使生育前期生长快，后期出现脱肥现象，追肥又增加了劳动强度和成本。因此，为了提高尿素的利用率，保持土壤氮素肥力，减少氮损失及由此产生的坏境污染，并增加作物产量，使用缓/控释尿素是克服上述缺点的一个重要有效途径。
[0003] 硅藻土是由统称为硅藻的单细胞藻类死亡以后的硅酸盐遗骸形成的，其主要由含水的非晶质SiO2组成，还有少量的A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等成分。由于硅藻土有大量有序排列的微孔结构、孔隙率高、孔体积大、质量轻、堆积密度小、比表面积大(10~602
m/g)，因此吸附性极强，而且被吸附的尿素能渗入到硅藻土的微孔中，缓慢释放，所以分解率低，肥效期长，而且硅藻土的化学性质极为稳定，不与尿素发生化学反应，能保持尿素固有的特性，使肥效得到发挥，此外，并且硅藻土的分布广泛，价格低廉。简而言之，硅藻土具有保水保肥、缓释延长肥效的作用，同时，硅藻土又是良好的土壤改良剂，不仅能改善土壤结构，提高土壤肥力，而且又能减轻尿素对环境的污染，从而实现资源利用和环境优化的协调发展。因此，研制以硅藻土为载体材料的缓/控释尿素具有很高的应用价值。
m/g)，因此吸附性极强，而且被吸附的尿素能渗入到硅藻土的微孔中，缓慢释放，所以分解率低，肥效期长，而且硅藻土的化学性质极为稳定，不与尿素发生化学反应，能保持尿素固有的特性，使肥效得到发挥，此外，并且硅藻土的分布广泛，价格低廉。简而言之，硅藻土具有保水保肥、缓释延长肥效的作用，同时，硅藻土又是良好的土壤改良剂，不仅能改善土壤结构，提高土壤肥力，而且又能减轻尿素对环境的污染，从而实现资源利用和环境优化的协调发展。因此，研制以硅藻土为载体材料的缓/控释尿素具有很高的应用价值。
[0004] 目前在硅藻土缓控释化肥的文献报道中，中国专利[03108883.X]公开了一种硅藻土缓释化肥与土良改良剂及其生产方法，是将含水50%左右的低品位硅藻原土与氮、磷、钾及硼、锌和稀土微量元素化肥混合来制备缓释化肥；专利[200910066684.4]公开了一种硅藻土缓控释肥料，首先将一定比例的尿素、磷酸二铵、氯化钾与硅藻土粉碎，其次以水作连结剂进行造粒，最后在颗粒上包膜；专利[01135623.5]一种硅藻土缓释化肥的生产方法及装置，采用了未干燥的低品位硅藻土与化肥直接混溶的工艺方法和一次干燥分两步进行的工艺措施。虽然国内外对硅藻土在肥料上的应用进行了不同角度的研究，但以硅藻土为载体的缓/控释尿素的研究目前尚未见报道。本申请直接以普通颗粒型尿素为原料，以廉价的硅藻土作为载体、以少量的聚乙烯醇（PVA）和聚醋酸乙烯酯（PVAc）作为粘结剂来制备缓/控释尿素，所需原料丰富，制备工艺简单，将大大提高尿素的利用率与降低成本，而且使用方便，适合大田作物应用。
发明内容
[0005] 针对尿素利用率低及其对环境的污染等存在的问题，本发明提供缓/控释型硅藻土包覆尿素及其制备方法，目的是提高尿素的利用率和土壤肥力、降低成本和环境污染，实现资源利用和环境优化的协调发展。
[0006] 本发明一种硅藻土包覆尿素制备缓/控释型化肥的方法，按照以下步骤进行：
[0007] （1）首先将硅藻土放入干燥箱中于100~200°C下干燥10~15h，经200~500目标准分样筛过筛后，密封备用；
[0008] （2）称取不同质量的PVA，加热使其溶解在水中，然后加入一定量的PVAc，冷却后定容配置成混合粘结剂，密封备用；
[0009] （3）将筛分后的颗粒尿素倒入糖衣机中，预热2~7分钟后，开始滚动造粒，向糖衣机中喷洒雾化的的PVA-PVAc混合粘结剂，待尿素颗粒表面形成一层均匀的黏结液后，再加入一定量的硅藻土粉末，滚动造粒约4~8分钟至肥料颗粒表面形成一层致密的包裹层；
[0010] 重复上述过程3~6次，在此过程中，应保证肥料颗粒充分运动，以防颗粒间粘结，直至颗粒完全干燥，获得硅藻土包覆的尿素。
[0011] 硅藻土和尿素的最终加入量按质量百分比计，硅藻土占两者质量的10~40%，尿素占两者质量的60~90%，每100g上述硅藻土和尿素中加入PVA-PVAc混合粘结剂6~24mL。
[0012] 所述混合粘结剂溶液中PVA的质量百分比为0.5~10%，PVAc的质量百分比为0.05~2%。
[0013] 优选混合粘结剂溶液中PVA的质量百分比为为1~8%，PVAc的质量百分比为0.1~2%。
[0014] 更优选混合粘结剂溶液中PVA的质量百分比为1~5%，PVAc的质量百分比为0.4~1.5%。
[0015] 本发明的特点及其有益效果是：
[0016] 1. 本发明的技术方案通过在尿素表面喷洒雾化的PVA/PVAc粘结剂与硅藻土，通过控制粘结剂的浓度、硅藻土的质量以及多次粘结后硅藻土的层厚度，获得具有不同颗粒崩解时间、抗压强度和溶出率（包括水中和土壤中）的硅藻土包覆尿素缓释肥料；然后再将具有不同水中和土壤中溶出率的硅藻土包覆尿素颗粒按照农作物的生长规律进行调配混合，获得具有缓/控释功能的硅藻土包覆尿素；
[0017] 2. 通过PVA/PVAc粘结剂，将多层硅藻土包覆在尿素上，被吸附的尿素能通过硅藻土上的微孔，缓慢释放到土壤中，所以分解率低，肥效期长，而且硅藻土的化学性质极为稳定，不与尿素发生化学反应，能保持尿素固有的特性，使肥效得到发挥；
[0018] 3. 硅藻土具有保水保肥，缓释延长肥效，同时，硅藻土又是良好的土壤改良剂，不仅能改善土壤结构，提高土壤肥力，而且又能减轻尿素对环境的污染，从而实现资源利用和环境优化的协调发展；
[0019] 4. 本发明的工艺步骤简便易行，无需昂贵的设备和苛刻的生产条件，将大大提高尿素的利用率与降低成本，适合大田作物应用。
附图说明
[0020] 图1为本发明实施例5制备的硅藻土包覆尿素水中溶出率与时间的关系。
[0021] 图2为本发明实施例1与5制备的硅藻土包覆尿素按照重量1:1混合后，对应的水中溶出率与时间的关系。
具体实施方式
[0022] 本发明实施例中采用的糖衣机的型号：250型，购买自辽宁省东港市制药设备厂；
[0023] 本发明实施例中对硅藻土包覆尿素的抗压强度测定采用KC-1A型指针式颗粒强度测定仪，购买自苏州江东精密仪器有限公司；
[0024] 本发明实施例中对硅藻土包覆尿素的肥料崩解时间的测定方法：水中浸泡法—取等量不同处理的自制肥料颗粒，小心放入已盛50mL水的培养皿中，在25°C温度下，仔细观察各肥料颗粒的崩解情况并计时(min)；
[0025] 本发明实施例中对硅藻土包覆尿素水中溶出率测定采用美国PerkinElmer公司的Lambda 950型紫外/可见/近红外分光光度计，测试方法参照欧洲标准委员会评价缓释肥料在水中(25°C)养分释放速率24h不大于15%，28d不超过75%，在规定时间内至少有75%被释放；
[0026] 本发明实施例中采用的化学试剂由国药集团化学试剂有限公司提供；
[0027] 本发明实施例中采用的硅藻土来自于吉林长白地区；
[0028] 本发明实施例中采用的尿素来自于天津市大茂化学试剂厂。
[0029] 下面结合具体实施例，对本发明作详细说明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的应用范围。对本发明作各种改动或修改等这些等价形式同样在本申请所附权利要求书所限制的范围。
[0030] 实施例1
[0031] 首先将硅藻土放入干燥箱中于100°C下干燥15h，经200~500目标准分样筛过筛后，密封备用；
[0032] 称取不同质量的PVA，加热使其溶解在水中，然后加入一定量的PVAc，冷却后定容配置成混合粘结剂，混合粘结剂溶液中PVA的质量百分比为1%，PVAc的质量百分比为0.04%，密封备用；
[0033] 将称好的90g粒度均匀的尿素放入糖衣机中，预热5min后，开始滚动造粒，向其中喷洒雾化的1% PVA/0.4PVAc粘结剂3mL，待尿素颗粒表面形成一层均匀的黏结液后，再加入3.3g硅藻土粉末，滚动造粒约4min至肥料颗粒表面形成包裹层。重复上述过程3次，即可把10g硅藻土全部加完，滚动造粒至颗粒完全干燥，最后再喷洒粘结剂3mL，使肥料颗粒外层包裹上一定厚度的PVA膜。
[0034] 测得的1% PVA/0.4%PVAc与硅藻土包裹尿素的颗粒崩解时间、抗压强度和水中初期溶出率分别为10.7 min、22.1N和13.1%。
[0035] 实施例2
[0036] 首先将硅藻土放入干燥箱中于200°C下干燥10h，经200~500目标准分样筛过筛后，密封备用；
[0037] 称取不同质量的PVA，加热使其溶解在水中，然后加入一定量的PVAc，冷却后定容配置成混合粘结剂，混合粘结剂溶液中PVA的质量百分比为3%，PVAc的质量百分比为0.8%，密封备用；
[0038] 将称好的90g粒度均匀的尿素放入糖衣机中，预热5min后，开始滚动造粒，向其中喷洒雾化的3% PVA/0.8PVAc粘结剂2mL，待尿素颗粒表面形成一层均匀的黏结液后，再加入3.3g硅藻土粉末，滚动造粒约5min至肥料颗粒表面形成包裹层。重复上述过程3次，即可把10g硅藻土全部加完，滚动造粒至颗粒完全干燥，最后再喷洒粘结剂3mL，使肥料颗粒外层包裹上一定厚度的PVA膜。
[0039] 测得的3% PVA/0.8%PVAc与硅藻土包裹尿素的颗粒崩解时间、抗压强度和水中初期溶出率分别为17.4 min、23.3 N和7.5%。
[0040] 实施例3
[0041] 首先将硅藻土放入干燥箱中于150°C下干燥12h，经200~500目标准分样筛过筛后，密封备用；
[0042] 称取不同质量的PVA，加热使其溶解在水中，然后加入一定量的PVAc，冷却后定容配置成混合粘结剂，混合粘结剂溶液中PVA的质量百分比为4%，PVAc的质量百分比为1%，密封备用；
[0043] 将称好的90g粒度均匀的尿素放入糖衣机中，预热5min后，开始滚动造粒，向其中喷洒雾化的4% PVA/1.0%PVAc粘结剂1.5mL，待尿素颗粒表面形成一层均匀的黏结液后，再加入2.5g硅藻土粉末，滚动造粒约6min至肥料颗粒表面形成包裹层。重复上述过程4次，即可把10g硅藻土全部加完，滚动造粒至颗粒完全干燥，最后再喷洒粘结剂3mL，使肥料颗粒外层包裹上一定厚度的PVA膜。
[0044] 测得的4% PVA/1.0%PVAc与硅藻土包裹尿素的颗粒崩解时间、抗压强度和水中初期溶出率分别为12.5 min、20.2 N和8.1%。
[0045] 实施例4
[0046] 首先将硅藻土放入干燥箱中于120°C下干燥14h，经200~500目标准分样筛过筛后，密封备用；
[0047] 称取不同质量的PVA，加热使其溶解在水中，然后加入一定量的PVAc，冷却后定容配置成混合粘结剂，混合粘结剂溶液中PVA的质量百分比为5%，PVAc的质量百分比为0.5%，密封备用；
[0048] 将称好的80g粒度均匀的尿素放入糖衣机中，预热5min后，开始滚动造粒，向其中喷洒雾化的5% PVA/0.5PVAc粘结剂3mL，待尿素颗粒表面形成一层均匀的黏结液后，再加入5g硅藻土粉末，滚动造粒约8min至肥料颗粒表面形成包裹层。重复上述过程4次，即可把20g硅藻土全部加完，滚动造粒至颗粒完全干燥，最后再喷洒粘结剂4mL，使肥料颗粒外层包裹上一定厚度的PVA膜。
[0049] 测得的5% PVA/0.5%PVAc与硅藻土包裹尿素的颗粒崩解时间、抗压强度和水中初期溶出率分别为19.7 min、23.0 N和4.2%，对应的水中溶出率与时间的关系见图1。
[0050] 实施例5
[0051] 首先将硅藻土放入干燥箱中于100~200°C下干燥10~15h，经200~500目标准分样筛过筛后，密封备用；
[0052] 称取不同质量的PVA，加热使其溶解在水中，然后加入一定量的PVAc，冷却后定容配置成混合粘结剂，混合粘结剂溶液中PVA的质量百分比为8%，PVAc的质量百分比为0.5%，密封备用；
[0053] 将称好的70g粒度均匀的尿素放入糖衣机中，预热5min后，开始滚动造粒，向其中喷洒雾化的8% PVA/0.5%PVAc粘结剂4mL，待尿素颗粒表面形成一层均匀的黏结液后，再加入5g硅藻土粉末，滚动造粒约8min至肥料颗粒表面形成包裹层。重复上述过程6次，即可把30g硅藻土全部加完，滚动造粒至颗粒完全干燥，最后再喷洒粘结剂4mL，使肥料颗粒外层包裹上一定厚度的PVA膜。
[0054] 测得的8%% PVA/0.5%PVAc与硅藻土包裹尿素的颗粒崩解时间、抗压强度和水中初期溶出率分别为16.3 min、21.8 N和6.9%。
[0055] 实施例6
[0056] 首先将硅藻土放入干燥箱中于100°C下干燥15h，经200~500目标准分样筛过筛后，密封备用；
[0057] 称取不同质量的PVA，加热使其溶解在水中，然后加入一定量的PVAc，冷却后定容配置成混合粘结剂，混合粘结剂溶液中PVA的质量百分比为0.5%，PVAc的质量百分比为2%，密封备用；
[0058] 将称好的60g粒度均匀的尿素放入糖衣机中，预热5min后，开始滚动造粒，向其中喷洒雾化的0.5% PVA/2%PVAc粘结剂4mL，待尿素颗粒表面形成一层均匀的黏结液后，再加入8g硅藻土粉末，滚动造粒约8min至肥料颗粒表面形成包裹层。重复上述过程4次，即可把40g硅藻土全部加完，滚动造粒至颗粒完全干燥，最后再喷洒粘结剂4mL，使肥料颗粒外层包裹上一定厚度的PVA膜。
[0059] 测得的0.5% PVA/2%PVAc与硅藻土包裹尿素的颗粒崩解时间、抗压强度和水中初期溶出率分别为19.6 min、23.5 N和5.2%。
[0060] 实施例7
[0061] 首先将硅藻土放入干燥箱中于100°C下干燥15h，经200~500目标准分样筛过筛后，密封备用；
[0062] 称取不同质量的PVA，加热使其溶解在水中，然后加入一定量的PVAc，冷却后定容配置成混合粘结剂，混合粘结剂溶液中PVA的质量百分比为10%，PVAc的质量百分比为0.05%，密封备用；
[0063] 将称好的60g粒度均匀的尿素放入糖衣机中，预热5min后，开始滚动造粒，向其中喷洒雾化的10% PVA/0.05%PVAc粘结剂4mL，待尿素颗粒表面形成一层均匀的黏结液后，再加入8g硅藻土粉末，滚动造粒约8min至肥料颗粒表面形成包裹层。重复上述过程4次，即可把40g硅藻土全部加完，滚动造粒至颗粒完全干燥，最后再喷洒粘结剂4mL，使肥料颗粒外层包裹上一定厚度的PVA膜。
[0064] 测得的10% PVA/0.05%PVAc与硅藻土包裹尿素的颗粒崩解时间、抗压强度和水中初期溶出率分别为13.6 min、19.3 N和8.5%。