[发明专利]含氮磷钾硅半互穿聚合物网络结构的生物降解有机纳米肥

说明书

本发明涉及缓控释化肥领域，具体为一种含氮磷钾硅的具有半互穿聚合物网络结构的生物降解有机纳米肥的制备方法。具体为：首先配制特定浓度的硅酸钠水溶液，之后使一定量的甲醛和尿素在一定温度下反应一段时间后，再将温度升至设定温度后加入一定量的磷酸二氢钾和硅酸钠水溶液继续反应，直至体系粘稠；将得到的粘稠状产物造粒并在设定温度下干燥一段时间后，则得到含营养元素氮磷钾硅的具有半互穿聚合物网络结构的生物降解高分子缓控释有机纳米肥，其由含营养元素氮磷钾的生物降解聚合物缓控释有机纳米肥分子链和无机硅凝胶网络两者相互穿插在一起，形成半互穿聚合物网络结构，可赋予氮、磷、钾和硅优异的缓释性能，从而大幅提高肥料利用效率。

技术领域

本发明涉及缓控释化肥领域，具体是一种含氮磷钾硅的具有半互穿聚合物网络结构的生物降解有机纳米肥的制备方法。

背景技术

为了解决传统化肥养分利用率低的问题，国内外学者致力于研究以复合肥料或单质肥料为核心、高分子树脂为膜壳的包膜缓控释肥。这些包膜缓控释肥虽然能够稳定的控制养分释放，但树脂膜惰性强，难以被土壤微生物降解，残留在土壤中会严重破坏其生态环境。此外，包膜缓控释化肥的制备工艺复杂，生产设备昂贵，难以进行大规模推广应用。

针对包膜缓控释肥存在的问题，已有研究者尝试通过分子结构设计，将植物生长所需要的氮、磷和钾养分组合在生物降解高分子材料的同一大分子链上，并采用化学合成工艺，制备出含营养元素氮磷钾的生物降解高分子缓控释肥。例如，中国发明专利200510124185.8公开了一种多营养元素高分子缓释化肥，其包括氮磷钾大量元素和微量元素，可以大幅度提高肥料利用效率，并且对环境友好，是一种环保型化肥。但是，这一肥料并不含有植物所需的营养元素硅，不能对需硅作物，如水稻、大麦和甘蔗等的生长起到显著的促进作用。

尽管关于硅是否为植物生长所必须的营养元素一直存在争议，但不可否认的是，硅确实是植物生长的有益元素，其对植物的抗逆性具有重要的影响。硅肥对作物的产量、抗倒伏、抗病虫害和抗重金属污染等方面均具有积极的促进作用。因此，随着现代农业的不断发展，硅肥的作用已日益突出，开发新型含硅肥料已势在必行。

目前，半互穿网络技术已经在高分子材料领域发挥了巨大的作用。利用半互穿网络技术可以实现高分子材料高模量与韧性、韧性与耐热性的结合，具有重要的实用价值，但其在农业领域仍鲜有涉及。而利用半互穿网络技术实现多组分在分子层面的相互作用，并将其应用于农业缓控释肥料领域，有望改善缓控释肥养分的缓控释性能。

发明内容

针对现有技术缺陷，本发明提供了一种含营养元素氮磷钾硅的具有半互穿聚合物网络结构的生物降解高分子缓控释有机纳米肥的制备方法，该有机纳米肥是由含氮磷钾营养元素的生物降解聚合物缓控释有机纳米肥和无机硅凝胶网络相互穿插形成的。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种含氮磷钾硅的半互穿聚合物网络结构的生物降解有机纳米肥的制备方法，包括以下步骤：

（1）在90℃下将硅酸钠固体粉末溶于蒸馏水中，配制得到硅酸钠水溶液；

（2）在反应器中分别加入甲醛和尿素，调节体系pH，升温进行反应；之后调节反应器温度，待体系温度上升后加入磷酸二氢钾、硅酸钠水溶液，继续反应，直至体系粘稠；

（3）将得到的粘稠状产物造粒、干燥，即得到含氮磷钾硅的半互穿聚合物网络结构的生物降解高分子缓控释有机纳米肥。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述尿素和甲醛的摩尔比为1~2:1。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述硅酸钠和磷酸二氢钾的摩尔比为0~1:1，且硅酸钠不为0。

作为本发明技术方案的进一步改进，调节体系pH为8~10。

作为本发明技术方案的进一步改进，步骤（2）中甲醛和尿素的反应温度为20℃~60℃，反应时间为2h。