一種由氧化石墨烯改性的復(fù)合肥增效劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)作物肥料領(lǐng)域，特別涉及一種由氧化石墨烯改性的復(fù)合肥增效劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)是農(nóng)業(yè)發(fā)展大國(guó)，耕地面積少、糧食產(chǎn)量低是我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的最大問題，目前提高糧食產(chǎn)量的重要的手段是施用化肥。我國(guó)是我國(guó)是世界上最大的化肥生產(chǎn)和使用的國(guó)家，年化肥施用量占世界總量的35%，但化肥的利用率不到30%遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家。為了提高肥效和肥料利用率，一些新型肥料應(yīng)用而生，如復(fù)合肥、緩控釋肥、生物肥、水溶肥等，由于緩控釋肥和生物肥的成本較高、且肥效緩慢，因此目前主要用于一些經(jīng)濟(jì)作物;水溶肥是一種適合水肥一體化的新型肥料，雖然可以節(jié)水節(jié)肥，但目前市場(chǎng)上的水溶肥均是以水溶性的肥料復(fù)配而成，性質(zhì)不穩(wěn)定，且易揮發(fā)和流失，影響肥效。因此，目前農(nóng)業(yè)上使用的肥料最多的還是復(fù)合肥，復(fù)合肥是將氮肥、磷肥、鉀肥及其他中微量元素肥根據(jù)農(nóng)作物生長(zhǎng)的實(shí)際需求進(jìn)行重量配比，生產(chǎn)成本低，操作簡(jiǎn)單。但復(fù)合肥的利用率低，而且對(duì)土壤造成污染，使土壤出現(xiàn)鹽堿、貧瘠、板結(jié)等現(xiàn)象，破壞土壤生態(tài)環(huán)境，影響農(nóng)作物的品質(zhì)，同時(shí)復(fù)合肥的流失會(huì)對(duì)水體造成有機(jī)污染，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展以及人類的生存環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。因此，如何提高復(fù)合肥肥效和減少肥料流失，改善土壤環(huán)境，已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大問題。
[0003]中國(guó)專利公開號(hào)CN104447025A公開了一種用于摻混肥料的緩釋增效劑顆粒及其制備方法和使用方法，該緩釋增效劑顆粒由正丁基硫代磷酰三胺粉末、4-氨基-1，2，4三唑粉末、腐植酸銨粉末、檸檬酸銨粉末和凹凸棒土粉末、粘結(jié)劑經(jīng)造粒制備而成，該增效劑主要是通過脲酶抑制劑和硝化抑制劑提高氮肥的利用率，采用檸檬酸銨和腐植酸銨作為活化劑來減少土壤對(duì)磷和鉀的固定。
[0004]中國(guó)專利公開號(hào)CN104628468A公開了一種復(fù)合/復(fù)混肥料的增效劑及其制備方法和使用方法，該肥料增效劑含有正丁基硫代磷酰三胺、1-甲氨甲酰-3-甲基吡唑和腐植酸銨三種組分。該增效劑充分利用三種組分的分子結(jié)構(gòu)的極性特點(diǎn)，制成特定細(xì)度的粉末，能夠有效包裹在復(fù)合肥料或復(fù)混肥料表面，有效延長(zhǎng)肥效，提高利用率。
[0005]中國(guó)專利公開號(hào)CN104108997A公開了一種用于有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥料的增效劑，由以下重量份的原料組成:腐植酸鉀3?6份、五水偏硅酸鈉10?20份、雙氯芬酸鈉0.3?1.5份、苯海拉明0.3?0.5份、對(duì)氯間二甲基苯酚I?3份、非離子型聚丙烯酰胺10?20份、聚丙烯酸鉀10?20份、聚硅酸鉀10?40份、氟胞嘧啶I?2份、砸肥10?20份;添加該增效劑的有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥，能明顯增加砸的利用率，且有效提高化肥利用率，減少化肥污染，節(jié)約資源。
[0006]上述專利中，大多采用脲酶抑制劑和硝化抑制劑作為肥料增效劑的主要成分，穩(wěn)定氮肥，提高肥效，但由于尿酶抑制劑和硝化抑制劑極易污染水體，不宜長(zhǎng)期施用，且肥效延長(zhǎng)期短，對(duì)磷肥和鉀肥的增效效果不顯著，難以提高復(fù)合肥的綜合利用率。因此，需要研究開發(fā)一種全面提高氮、磷、鉀肥效利用率的增效劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對(duì)上述問題，提出一種由氧化石墨烯改性的復(fù)合肥增效劑。該專用肥增效劑是由改性農(nóng)林廢棄物與水溶性高分子材料聚合而成的一種具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的納米凝膠微粒，表面包覆環(huán)糊精和氧化石墨烯，具有較高的吸附能力、絡(luò)合性和保水性，易將土壤中的N、P、K營(yíng)養(yǎng)成分吸附、收集起來，減少肥料養(yǎng)分的流失，延長(zhǎng)復(fù)合肥的肥效，提高土壤的保水保肥能力，改善土壤環(huán)境，提高復(fù)合肥的肥效利用率。
[0008]本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供一種由氧化石墨烯改性的復(fù)合肥增效劑的制備方法，通過等離子照轟擊農(nóng)林廢棄物表面，在其表面引入羥基、羰基、羧基等含氧官能團(tuán)，再與水溶性高分子改性劑在高場(chǎng)強(qiáng)超聲波的作用下發(fā)生聚合，形成一種穩(wěn)定的具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的納米凝膠微粒，然后添加環(huán)糊精和氧化石墨烯進(jìn)行表面包覆，具有較強(qiáng)的吸附絡(luò)合作用和保水性，防止肥料養(yǎng)分的流失，提高復(fù)合肥的肥效。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種由氧化石墨烯改性的復(fù)合肥增效劑，其特征在于通過氧化石墨烯改性的，由以下原料重量份組成的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的納米凝膠微粒:
農(nóng)林廢棄物 70?80份，
改性劑10?20份，
催化劑0.5?I份，
穩(wěn)定劑I?5份，
環(huán)糊精5?10份，
氧化石墨烯 0.3?0.5份，
其中，所述的農(nóng)林廢棄物包括麻桿、棉桿、麥秸、蘆葦桿、高粱秸、甘蔗渣中的至少一種，這些農(nóng)林廢棄物的主要成分是纖維素、半纖維和木質(zhì)素，可以作為凝膠材料，具有一定的吸附性和絡(luò)合性，經(jīng)過表面改性和接枝處理，形成一種具有納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠微粒，可以吸附土壤中的肥料養(yǎng)分，減少養(yǎng)分的流失，提高土壤的保水保肥能力，改善土壤環(huán)境，提高肥料的利用率。
[0010]所述的改性劑為水溶性高分子材料，包括聚谷氨酸鈉、丁二烯酸酐、聚天冬氨酸、魔芋葡甘聚糖、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮的至少一種；
所述的催化劑包括過硫酸銨、過硫酸鉀、亞硫酸氫鈉中的任意一種所述的穩(wěn)定劑包括羧甲基纖維素鈉、瓜爾豆膠、角斗膠、阿拉伯膠、海藻酸丙二醇酯、酯化淀粉中的至少一種。
[0011]本發(fā)明一種由氧化石墨烯改性的復(fù)合肥增效劑的制備方法，其特征在于該制備方法包括以下步驟:
(1)將70?80重量份的農(nóng)林廢棄物投入高速剪切機(jī)進(jìn)行剪切處理，用水洗滌除去灰塵，在60?80°C烘干，然后用粉碎機(jī)粉碎，過150~300目篩；
(2)將步驟(I)中篩選后的農(nóng)林廢棄物粉末投入到密閉反應(yīng)釜中，利用等離子體對(duì)其進(jìn)行照射2?6min，設(shè)定放電功率為250?300W，真空度為12?15pa;
(3)將10?20重量份的改性劑與60-200重量份的水?dāng)嚢枞芙猓瑢⒉襟E(2)中改性后的農(nóng)林廢棄物粉末與I?5重量份的穩(wěn)定劑、0.5?I重量份的催化劑加入改性劑溶液中，放入超聲波發(fā)生器中進(jìn)行超聲處理，設(shè)置超聲反應(yīng)時(shí)間15?30min，超聲功率為400?600W，場(chǎng)強(qiáng)為500?1000W.cm—2，得到復(fù)合納米凝膠；
(4)將步驟(3)中得到的復(fù)合納米凝膠與5?10重量份的環(huán)糊精、0.3?0.5重量份的氧化石墨烯混合攪拌，干燥后即得一種復(fù)合肥增效劑。
[0012]上述制備步驟(2)中所述等離子體照射中所使用的等離子體反應(yīng)器，所用氣體為氧氣，等離子體反應(yīng)器的輸入功率為1000W?5000W，真空度為10?20 Pa，放電功率為100?400W，放電方式為射頻放電，利用等離子體轟擊農(nóng)林廢棄物表面，使材料表面化學(xué)鍵發(fā)生斷裂或重組，并在表面引入羥基、羰基、羧基等含氧官能團(tuán)，提高農(nóng)林廢棄物表面活性的目的。
[0013]上述制備步驟(3)中所述超聲波發(fā)生器超聲頻率為30?50KHz，場(chǎng)強(qiáng)為100?1000 W-cm-2，功率為200?600W，本技術(shù)所使用的是高場(chǎng)強(qiáng)超聲波。
[0014]本發(fā)明一種由氧化石墨烯改性的復(fù)合肥增效劑，是由改性農(nóng)林廢棄物與水溶性高分子材料聚合而成的一種具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的納米凝膠微粒，通過等離子照轟擊農(nóng)林廢棄物表面，使其表面性質(zhì)發(fā)生改變，同時(shí)引入羥基、羰基、羧基等含氧官能團(tuán)，在高場(chǎng)強(qiáng)超聲波的作用下易于與水溶性高分子發(fā)生聚合反應(yīng)，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的納米凝膠微粒，通過環(huán)糊精和氧化石墨烯改性后，具有較強(qiáng)的離子吸附性和螯合能力，可以吸附土壤環(huán)境中的有機(jī)小分子及陰陽離子，同時(shí)凝膠微粒還具有較強(qiáng)的保水性，增加土壤的通透性，提高土壤的保水保肥能力。本發(fā)明納米凝膠微粒增效劑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，遇水溶脹時(shí)不易發(fā)生破裂，凝膠微粒表面包覆的環(huán)糊精和氧化石墨烯可以顯著增加凝膠微粒的表面積和親水性，在土壤中易隨水分流入分布在農(nóng)作物根部，將土壤環(huán)境中的N、P、K營(yíng)養(yǎng)成分吸附、螯合，防止養(yǎng)分流失，隨著納米凝膠微粒增效劑的降解緩慢釋放，從而提高復(fù)合肥的肥效。
[0015]本發(fā)明一種復(fù)合肥增效劑可與各類肥料如無機(jī)肥、有機(jī)肥、有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥、生物復(fù)合肥等復(fù)配施用，使用時(shí)將肥料增效劑與肥料混合均勻，增效劑施用量為各種肥料施用總量的3%?10%。
[0016]本發(fā)明一種由氧化石墨烯改性的復(fù)合肥增效劑及其制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比突出的特點(diǎn)和有益的效果在于:
1、本發(fā)明一種復(fù)合肥增效劑以是由改性農(nóng)林廢棄物與水溶性高分子材料聚合而成的一種具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的納米凝膠微粒，表面包覆環(huán)糊精和氧化石墨烯，具有較高的吸附能力、絡(luò)合性和保水性，易將土壤中的N、P、K營(yíng)養(yǎng)成分吸附、收集起來，減少肥料養(yǎng)分的流失，延長(zhǎng)復(fù)合肥的肥效，提高復(fù)合肥利用率，改善土壤環(huán)境。
[0017]2、本發(fā)明復(fù)合肥增效劑利用等離子照轟擊農(nóng)林廢棄物表面，使其表面性質(zhì)發(fā)生改變，在高場(chǎng)強(qiáng)超聲波的作用下易于與水溶性高分子發(fā)生聚合反應(yīng)，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的凝膠微粒，遇水溶脹時(shí)不易發(fā)生破裂，具有較強(qiáng)的緩釋性，延長(zhǎng)復(fù)合肥的肥效。
[0018]3、本發(fā)明一種復(fù)合肥增效劑，可以明顯提高復(fù)合肥的利用率，原料來源廣泛，且均為環(huán)境友好型材料，使用方便，制備工藝易控，易于大規(guī)模生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的闡述，并不限制于本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段做出的各種替換或改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0020]實(shí)施例1 一種復(fù)合肥增效劑由以下重量份的原料組成: