[发明专利]以木质素和蒙脱土为原料制备尿素缓释肥料及其制备方法

说明书

本发明提供一种以木质素和蒙脱土为原料制备的包裹型尿素缓释肥料及其制备方法。本发明先制备蒙脱土‑尿素层嵌结构中间产物，然后将适量比的木质素与蒙脱土‑尿素中间产物共融，即获得一种以木质素为包裹层、蒙脱土‑尿素为内核的包裹型尿素缓释肥料，其中木质素:蒙脱土:尿素的重量比为(1～3):1:(1.5～6.5)。缓释性能试验结果显示：本发明制备的重量比为2:1:4的木质素‑蒙脱土‑尿素缓释肥料，与重量比为1:4的蒙脱土‑尿素中间产物相比，前者在室温下水溶液中的7天累积释放缓释率比后者低21％。本发明制备缓释肥料的工艺方法简单，有机质含量高，尿素缓释性能好，原料易得，成本低，易于市场推广应用。

技术领域：

本发明提供一种以木质素和蒙脱土为基质原料制备的包裹型尿素缓释肥料，同时提供该缓释肥料的制备方法，属于有机无机复合材料领域。

背景技术：

缓释肥料是一种能够缓慢地释放植物所含养分的肥料。缓释肥料不像传统速溶肥料，具有易流失的缺陷，缓释肥料的施用能够大大提高化肥利用率，减少施肥次数，节约劳动力成本，并改善因过度施肥而引起的环境污染。对缓释肥料的研究可以追溯到二十世纪六十年代，美国于1961年开始研制以硫磺包裹尿素的缓释肥料，但由于硫磺阻水性不强，膜材料存在孔洞，因此，缓释性能不够稳定。日本于上世纪七十年代，开发了以乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯基醋酸纤维素、热塑性聚烯烃等作为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，这些聚合物成本高、生物降解性差、仅具有缓释性能，不具有改善土壤肥效的功能。

本发明以源自天然的蒙脱土和木质素为原料制备尿素缓释肥料。蒙脱土的晶体结构特点是二层硅氧四面体晶片与其间的氧八面体晶片相结合形成2:1型晶体结构，一般结构式为{(Al_2-xMg_x)[Si₄O₁₀](OH)₂}。蒙脱土八面体中的A1³⁺常被低价的Mg²⁺、Fe²⁺置换；四面体中的Si⁴⁺被Al³⁺置换。由于低价阳离子替代高价阳离子，使结构层产生多余的负电价，为了保持电中性，在结构层之间，除了水分子之外，还存在阳离子如Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等。这些阳离子是可交换的，使蒙脱石具有离子交换性、吸水性、膨胀性、触变性、粘结性、吸附性等一系列很有价值的特性。蒙脱土在工业方面常用作粘结剂、触变剂、增塑剂、增稠剂、稳定剂、悬浮剂等。蒙脱土因其含有动植物所需的常量和微量元素，也被广泛用于农业。土壤团聚体的组成及其基本特性是土壤肥力的基础和评价土壤质量的重要指标。适量的蒙脱土施入土壤，可增加土壤团聚体数量，增大土壤孔隙度，降低土壤容重，从而提升土壤肥力。由于蒙脱土具有良好的粘结性、分散性、吸附性能等，其对改良土壤具有较好的效果。文献([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.)报道称，在室温条件下通过挤出的方法将尿素插层进蒙脱土层板之间，位于蒙脱土层间的尿素分子，受到蒙脱土上下层板的物理阻碍作用，其仅能从层间缝隙扩散到外界，静水释放实验显示该层嵌型蒙脱土-尿素(前者与后者的重量比为1:1)复合材料室温下的7天累积养分释放率为82％，是具有前景的尿素缓释肥料。然而这种蒙脱土-尿素层嵌结构缓释肥料存在以下两方面问题：(1)不含有机质成分，因此长期大量使用该种肥料，会导致土壤中有机质减少，降低土壤的肥力；(2)这种肥料的缓释特点是其蒙脱土含量越高(即尿素含量越低)，则该肥料的尿素释放速率越慢；因此为获得尿素缓释期久的蒙脱土-尿素层嵌结构肥料，需负载较低含量的尿素和使用高含量的蒙脱土基质，而负载较低含量的尿素这对肥料使用是不经济的，使用高含量的蒙脱土基质因也将加速土壤矿化的速度，不利于土壤生态的保持。因此在层嵌型蒙脱土-尿素基础上，提高其有机质的含量，且改善其尿素缓释性能具有重要实践意义。