一种pH敏感包膜缓释磷肥及其制备方法

1.一种pH敏感包膜缓释磷肥，包括核心层和包覆在核心层表面的包膜层，其特征在于：所述核心层为60-65重量份的磷肥与1-3重量份的解磷菌剂均匀混合而成的颗粒，其中所述的磷肥为以下物质中的一种或几种：磷矿粉，过磷酸钙，重过磷酸钙，磷酸一铵，磷酸二铵,所述的解磷菌剂为芽孢杆菌、微球菌、根瘤菌、小菌核菌中的至少一种组成；所述包膜层为2-5重量份的羟乙基甲壳素、10-18重量份的聚甘油、1-3份聚氨酸，1-2重量份粘结剂、5-10重量份的无机矿物粉体；其中所述的无机矿物粉体为以下物质中的一种或几种混合物：凹凸棒土粉，沸石粉，粉煤灰粉，海泡石粉，麦饭石粉，膨润土粉；其中所述的粘结剂为以下物质的一种或几种混合物：羧甲基淀粉，羟烷基淀粉，聚氧化乙烯，丙烯酸-2-羟乙基酯。
2.根据权利要求1所述的一种pH敏感包膜缓释磷肥，其特征在于：所述的核心层磷矿粉和解磷菌混合物颗粒粒径在1.5-3.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种pH敏感包膜缓释磷肥，其特征在于：该包膜缓释磷肥适用于任意土壤。
4.根据权利要求1所述的一种pH敏感包膜缓释磷肥的制备方法，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：
（1）将2-5重量份的羟乙基甲壳素溶于NaOH水溶液,配成质量百分浓度为2.5%的羟乙基甲壳素溶液，高速搅拌至溶解后,搅拌下滴入10-18重量份的聚甘油，继续搅拌至粘稠，得到羟乙基甲壳素水凝胶；
（2）将步骤（1）中所得羟乙基甲壳素水凝胶送入密闭搅拌反应釜中，加入去离子水稀释，再加入1-3份聚氨酸，5-10重量份的无机矿物粉体，进行共聚吸附反应，设定温度为
40~60℃，压强为1.5KPa-2.3KPa，搅拌转速为50r/min~100r/min，反应3h~5h, 50℃下真空干燥，即得到pH敏感包膜层物质；
（3）将步骤（2）中所得pH敏感包膜物质与1-2重量份粘结剂加水溶解，均匀喷洒于
60-65重量份的磷肥与1-3重量份的解磷菌剂均匀混合而成的颗粒上，利用流化床进行干燥，即得所述的一种pH敏感包膜缓释磷肥。

一种pH敏感包膜缓释磷肥及其制备方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及磷肥领域，具体涉及一种pH敏感包膜缓释磷肥及其制备方法。\n背景技术\n[0002] 磷是农作物生长的必需营养元素之一，农作物的整个生长周期都对磷素有一定量的需求，但磷肥施入土壤以后，仅有少量能被作物吸收利用，而其余部分则还未被农作物吸收利用就因淋失或被金属离子固定等原因白白损失掉了，造成磷肥损失。研制和施用缓释磷肥，延长磷肥的释放时间，使磷肥在缓溶解过程中陆续为作物提供磷素，防止大量施用时因局部浓度过高而伤害作物种子、幼苗或灼伤叶子等不良后果，以达到提高磷肥有效利用率的目的，对现代农业具有重要意义。\n[0003] 目前解决磷肥缓释，提高利用率的主要为包膜磷肥。包膜磷肥主要为在磷肥表面包裹一层膜，待膜层溶解或破裂后，磷肥缓慢释放，供作物吸收，同时包膜层可防治磷被土壤中金属元素的固定，提高其利用率。包膜肥是根据时间来控制肥料的释放，待植物所需磷肥养分充足时，膜层溶解或破裂，包膜磷肥仍然会释放大量磷肥，植物无法大量吸收，同时也会被土壤中金属离子固定，造成了磷肥的浪费。\n[0004] 农作物在缺磷后的不同时间内，根系的有机酸如柠檬酸、草酸、酒石酸和苹果酸的分泌量会显著增加，增加的倍数可达4-65倍，其根系周围的pH值会明显降低。pH值的变化对磷的释放有显著的影响，在低pH值条件下，磷的释放量较大，能大量被作物吸收利用，同时土壤中的铁，铜，镁等化合物会被溶解，从而释放出磷酸，有利于磷元素的释放，同时这些有机酸具有螯合作用，能够螯合铁，铜，镁等金属离子，同时被作物吸收，促进作物生长。\n[0005] 中国专利公开号CN101270011公开了一种用于含磷肥料的包膜材料制备及包膜方法，该发明是将磷肥用改性后的凹凸棒进行包膜，随着时间膜缓慢分解破裂后，磷肥释放出来，被作物吸收。该发明所得包膜磷肥前期具有缓慢释放，但后期膜层破裂后磷肥的释放难以控制，易造成磷肥的浪费和流失。\n[0006] 中国专利公开号CN103819278A公开了一种高强度脲醛缓释肥及其制备方法，该缓释肥是将脲醛和磷肥交联合成，通过化学合成物质的缓慢分解而释放磷素，是随着时间缓慢溶解，磷肥在释放磷素的过程中，不能保证释放周期和植物生长周期同步，虽然达到使磷肥缓慢释放的目的，但是并不能明显提高磷素的有效利用率。\n[0007] 中国专利公开号CN102674950A公开了沿海湿地专用缓释肥配方及其制备方法，该缓释肥主要为配方型缓释肥，其组成为：液氨，稀酸，尿素，磷酸一铵，硫酸钾，硫铵，缓释剂，包膜，膨润土；其制备方法主要为粉碎搅拌，造粒。其中添加了稀酸作为酸碱调节剂，主要改良碱性土壤，比较单一。且肥料不能根据作物自身所需释放，待膜破裂后，在作物生长周期内均均匀释放，磷肥易被土壤固定，容易引起后期作物缺磷，同时降低了磷肥的利用率。\n[0008] 根据上述，我国目前的缓释磷肥均为普通包膜或化学合成类。普通包膜磷肥的膜层随着时间溶解或降解后，磷肥就大量释放出来，作物吸收慢，容易引起磷肥被土壤固定，降低磷肥的利用率；化学合成类磷肥仍是随着时间进行缓慢溶解，缓慢释放磷肥，不能根据作物对磷肥的需求做出供应。目前虽然也开发了适合盐碱地使用的肥料，但其中主要为添加酸碱性物质，对土壤的酸碱度进行调节，但土壤酸碱度变化具有一定的波动性，而作物对磷肥的吸收与酸碱度有密切关系。因此，开发一种对作物根部小环境pH敏感，且释放周期能和植物生长周期同步的新型缓释肥，具有重要的意义和市场价值。\n发明内容\n[0009] 本发明针对现有缓释磷肥技术中存在的上述的不足与缺陷，提出了一种pH敏感包膜缓释肥，该包膜缓释肥包括核心层和包覆在核心层表面的包膜层。作物在缺磷后，根系分泌有机酸增加，使根系周围的pH值会降低，在低pH值条件下，磷的释放量较大，能大量被作物吸收利用。该包膜缓释肥中加入了解磷菌剂，能够将磷肥分解，使磷元素易被作物吸收利用，同时采用具有pH敏感的性能的物质对其进行包膜，使作物在缺磷pH降低的情况下，包膜材料溶胀率变大，可使磷肥大量释放，被作物吸收；当作物磷元素充分pH回升时，包膜材料溶胀率变小，可降低磷肥的释放，达到缓慢少量的释放。该pH敏感包膜缓释肥能够根据作物对磷肥的需求量进行释放，在缺磷时提供大量磷元素；在磷充足时，能控制磷肥缓慢释放，保障磷元素的供给，促进作物生长。\n[0010] 本发明进一步提供了一种pH敏感包膜缓释磷肥的制备方法，该方法是先利用羟乙基甲壳素与聚甘油合成具有pH敏感的水凝胶物质，再加入聚氨酸与无机矿物进行改性，形成一种具有pH敏感和螯合性能的包膜材料；利用解磷菌剂将磷肥分解为易被作物吸收物质，再利用包膜材料对肥料进行包膜，即得一种pH敏感包膜缓释磷肥。\n[0011] 一种pH敏感包膜缓释磷肥，其特征是该包膜缓释磷肥适用于任意土壤，优选适用于微酸性，中性和微碱性的土壤。\n[0012] 一种pH敏感包膜缓释磷肥，包括核心层和包覆在核心层表面的包膜层，其特征在于：所述核心层为50-65重量份的磷肥与1-3重量份的解磷菌剂均匀混合而成的颗粒，所述包膜层为2-5重量份的羟乙基甲壳素、10-18重量份的聚甘油、1-3份聚氨酸，1-2重量份粘结剂、5-10重量份的无机矿物粉体。\n[0013] 上述的一种pH敏感包膜缓释磷肥，其特征在于：所述的核心层磷矿粉和解磷菌混合物颗粒粒径在1.5-3.5mm。\n[0014] 上述所述的无机矿物粉体为以下物质中的一种或几种混合物：凹凸棒土粉，沸石粉，粉煤灰粉，海泡石粉，麦饭石粉，膨润土粉，以上物质均具有吸附性能，可与pH敏感的水凝胶物质进行表面吸附反应，增大颗粒的吸附性能，能够吸附核心层中的营养成分，增加缓释效果。\n[0015] 上述所述的磷肥为以下物质中的一种或几种：磷矿粉，过磷酸钙，重过磷酸钙，磷酸一铵，磷酸二铵；上述所述的解磷菌剂为芽孢杆菌、微球菌、根瘤菌、小菌核菌中的至少一种组成。\n[0016] 上述所述的粘接剂为以下物质的一种或几种混合物：羧甲基淀粉，羟烷基淀粉，聚氧化乙烯，丙烯酸-2羟乙基酯。\n[0017] 本发明所述的一种pH敏感包膜缓释磷肥的制备方法，其特征在于制备方法包括以下步骤：\n[0018] （1）将2-5重量份的羟乙基甲壳素溶于NaOH水溶液,配成质量浓度为2.5%的水溶液，高速搅拌至溶解后,搅拌下滴入10-18重量份的聚甘油，继续搅拌至粘稠，得到羟乙基甲壳素水凝胶；\n[0019] （2）将步骤（1）中所得羟乙基甲壳素水凝胶送入密闭搅拌反应釜中，加入去离子水稀释，再加入1-3份聚氨酸，5-10重量份的无机矿物粉体，进行共聚吸附反应，设定温度为\n40~60℃，压强为1.5KPa-2.3KPa，搅拌转速为50r/min~100r/min，反应3h~5h, 50℃下真空干燥，即得到pH敏感包膜层物质；\n[0020] （3）将步骤（2）中所得pH敏感包膜物质与1-2重量份粘结剂加水溶解，均匀喷洒于60-65重量份的磷肥与1-3重量份的解磷菌剂均匀混合而成的颗粒上，利用流化床进行干燥，即得所述的一种pH敏感包膜缓释磷肥。\n[0021] 上述一种pH敏感包膜缓释磷肥的制备方法，其中步骤（2）中将羟乙基甲壳素水凝胶加入去离子水稀释后，再加入聚氨酸与无机矿物进行反应，羟乙基甲壳素水凝胶中含有羟基，聚氨酸中含有羧基，且聚氨酸溶解在水中，一部分与羟乙基甲壳素水凝胶进行反应，另一部份在温度和压力条件下，与羟乙基甲壳素水凝胶进行互传网络，进行共聚反应，同时无机矿物对其进行吸附，使整个包膜材料同时具备pH敏感与吸附功能的性能，可增强肥料的缓释效果。\n[0022] pH值的变化对磷的释放有显著的影响，在低pH值条件下，磷的释放量较大，能大量被作物吸收利用，同时土壤中的铁，铜，镁等化合物会被溶解，从而释放出磷酸，有利于磷元素的释放，同时这些有机酸具有螯合作用，能够螯合铁，铜，镁等金属离子，同时被作物吸收，促进作物生长。本发明利用上述材料的pH 敏感性能，将提高缓释磷肥释放时间与农作物生长周期同步的准确度，明显提高磷肥的有效利用率。\n[0023] 农作物在缺磷后的不同时间内，根系的有机酸如柠檬酸、草酸、酒石酸和苹果酸的分泌量会显著增加，其根系周围的pH值会明显降低。 水溶性甲壳素衍生物具有较强的pH、离子强度等敏感性,羟乙基甲壳素水凝胶其在pH<6.89的酸性环境下，凝胶的溶胀度随着pH的下降而迅速增大，当作物缺磷后，根系周围的pH值降低，膜内的磷元素就会通过溶胀的包膜材料溶解出来；而当植物磷足以供给植物生长时，有机酸分泌量减少，根系周围pH回升，包膜材料溶胀度变小，磷元素的溶出率就会降低，缓慢释放出来，供植物生长所需。且该包膜材料为溶胀性材料，在植物生长周期内，不会立即溶解，膜层可防止未被释放的磷被土壤固定，可延长缓释效果。该包膜材料为半合成天然材料，具有降解性，也不会对环境造成污染。\n[0024] 本发明一种pH敏感包膜缓释磷肥及其制备方法于，其突出特点和有益效果在于：\n[0025] 1、本发明用pH 敏感性能的羟乙基甲壳素类物质作为缓释磷肥的包膜材料，通过感知植物根系的pH 的变化而控制磷肥释放量，使磷肥释放和农作物需求周期准确同步，明显提高磷肥的有效利用率；\n[0026] 2、本发明所用包膜材料为溶胀性材料，在植物生长周期内，不会立即溶解，膜层可防止未被释放的磷被土壤固定，可延长缓释效果，且该包膜材料为半合成天然材料，具有降解性，也不会对环境造成污染。\n[0027] 3、本发明pH敏感包膜缓释磷肥的包膜材料中加入了聚氨酸与无机矿物，具有良好的生物调节性与吸附性，可明显提高磷肥的缓释效果，在作物生长周期内提供为作物提供磷元素，促进作物生长，减少植物病变发生几率。\n[0028] 4、本发明生产工艺简单可控，生产中对环境无污染，有广阔的市场前景。\n[0029] 具体实施方法\n[0030] 以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。\n[0031] 实施例1\n[0032] 一种pH敏感包膜缓释磷肥，其组分如下，均按重量份：\n[0033] 过磷酸钙60份，聚甘油10份，凹凸棒粉5份，羟乙基甲壳素2份，聚氨酸2份，羧甲基淀粉2份，解磷菌2份。\n[0034] 其制备方法如下：\n[0035] （1）将2重量份的羟乙基甲壳素溶于NaOH水溶液,配成质量浓度为2.5%的水溶液，高速搅拌至溶解后,搅拌下滴入10重量份的聚甘油，继续搅拌至粘稠，得到羟乙基甲壳素水凝胶；\n[0036] （2）将步骤（1）中所得羟乙基甲壳素水凝胶送入密闭搅拌反应釜中，加入去离子水稀释，再加入2份聚氨酸，5重量份的凹凸棒粉，进行共聚吸附反应，设定温度为50℃，压强为2.0KPa，搅拌转速为50r/min~100r/min，反应3h~5h, 50℃下真空干燥，即得到pH敏感包膜层物质；\n[0037] （3）将步骤（2）中所得pH敏感包膜物质与2重量份粘结剂羧甲基淀粉加水溶解，均匀喷洒于60重量份的过磷酸钙与2重量份的解磷菌剂均匀混合而成的颗粒上，利用流化床进行干燥，即得所述的一种pH敏感包膜缓释磷肥。\n[0038] 实施例2\n[0039] 一种pH敏感包膜缓释磷肥，其组分如下，均按重量份：\n[0040] 重过磷酸钙50份，聚甘油14份，沸石粉8份，羟乙基甲壳素2份，聚氨酸2份，聚氧化乙烯2份，解磷菌2份。\n[0041] 其制备方法如下：\n[0042] （1）将2重量份的羟乙基甲壳素溶于NaOH水溶液,配成质量浓度为2.5%的水溶液，高速搅拌至溶解后,搅拌下滴入14重量份的聚甘油，继续搅拌至粘稠，得到羟乙基甲壳素水凝胶；\n[0043] （2）将步骤（1）中所得羟乙基甲壳素水凝胶送入密闭搅拌反应釜中，加入去离子水稀释，再加入2份聚氨酸，5重量份的沸石粉，进行共聚吸附反应，设定温度为50℃，压强为\n2.0KPa，搅拌转速为50r/min~100r/min，反应3h~5h, 50℃下真空干燥，即得到pH敏感包膜层物质；\n[0044] （3）将步骤（2）中所得pH敏感包膜物质与2重量份粘结剂聚氧化乙烯加水溶解，均匀喷洒于50重量份的重过磷酸钙与2重量份的解磷菌剂均匀混合而成的颗粒上，利用流化床进行干燥，即得所述的一种pH敏感包膜缓释磷肥。\n[0045] 实施例3\n[0046] 一种pH敏感包膜缓释磷肥，其组分如下，均按重量份：\n[0047] 磷酸一铵50份，聚甘油16份，海泡石粉8份，羟乙基甲壳素3份，聚氨酸2份，羟