[发明专利]一种利用制革牛毛制备角蛋白基水凝胶缓释肥料的方法

说明书

本发明提供了一种利用制革牛毛制备角蛋白基水凝胶缓释肥料的方法。主要步骤如下：(1)首先通过还原法从制革废弃牛毛中提取角蛋白；(2)以步骤(1)制备的角蛋白为原料，甲基丙烯酸酐为交联剂，聚二羟甲脲磷酸钾NPK)和磷酸化聚乙烯醇(NP)为线性聚合物肥料，在50℃水浴条件下加热成胶，制得新型角蛋白基水凝胶缓释肥料。本发明提供的方法具有操作简单、反应条件温和、高度经济的优点。与传统肥料相比，本发明方法制备的新型角蛋白基水凝胶缓释肥料具有良好的缓释性能和保水性能；更为重要的是角蛋白作为原料，自身及其降解产物亦可作为农作物生长的营养物质，且解决市场上主流合成类水凝胶难以被微生物降解的问题。

技术领域

本发明涉及缓释肥料制备技术领域，具体为一种利用制革牛毛制备角蛋白基水凝胶缓释肥料的方法。

背景技术

在制革工业中，每产出3000块牛皮会产生约5~10吨牛毛。而当前制革废弃牛毛的资源化利用情况并不乐观，目前很多废弃牛毛被当作一般固体废弃物焚烧或填埋处理。这不仅会造成资源浪费，且会产生对环境不利的硫化物和氮氧化物等气体污染物。因此，如何实现废弃牛毛的资源化利用是目前亟待解决的问题之一。

将制革废弃牛毛用于肥料领域是其资源化利用的方向之一。废弃牛毛通常会通过不同的水解方法转化为角蛋白再进行加工利用。角蛋白作为有机肥直接施用，可提高肥效、改善土壤环境并提高作物产量，这种废弃物资源化利用的方式具有高度经济性和环境友好性的优点。角蛋白亦可制备为肥料缓释载体（如包膜或水凝胶）。由于水凝胶是一种亲水性的聚合物网络结构，可以吸附自身干重的10%到上千倍的水，相较于包膜材料，角蛋白基水凝胶缓释肥料具有更好的吸水性能及保水性能。然而有关角蛋白基水凝胶缓释肥料的研究报道较少，这可能是因为与有机肥相比，角蛋白基水凝胶在农业上的制备成本相对较高。但是水凝胶缓释肥料比有机肥更容易预测养分的释放，达到养分更高效利用。

水凝胶缓释肥料是一种将高吸水性水凝胶与肥料复合一体化制备吸水保水型缓释肥料，也即是一种集水肥一体化的新型缓释肥料。与传统肥料相比，水凝胶缓释肥料使养分更为有效地释放和吸收，可明显提高肥料的利用效率；而与包膜材料相比，水凝胶缓释肥料具有更好的保水性。根据水凝胶材料来源可分为合成高分子和天然高分子。其中合成高分子类水凝胶如聚丙烯酸及聚丙烯酰胺，存在降解速率慢，在土壤中长期累积会转变成污染源的问题。天然高分子类水凝胶具有价格低廉、可降解、绿色环保等特点，但纯天然高分子的性能往往不能满足保水缓释肥料的要求，需要与其他单体接枝共聚以改善其性能。天然高分子中含有的羟基、羧基、氨基等活性基团，使其可通过接枝共聚得到不同结构和性能的水凝胶。

传统水凝胶合成方法成功的制备了大量具有优良性能的水凝胶材料，但其都存在一些局限性。半互穿网络水凝胶是聚合物网络结构中，贯穿着线性大分子链，这些线性结构的大分子仅以物理相互作用互穿于聚合物网络中，这种互穿体系相较于传统水凝胶往往表现出更优越的性能。最近有研究报道了一种纤维素水凝胶缓释肥料，该制备方法是将养分以线性聚合物的形式，通过半互穿网络技术，将其负载于纤维素水凝胶中，与养分以小分子形式嵌入水凝胶中相比，该纤维素水凝胶缓释肥料的缓释性能显著提升（Science of TheTotal Environment, 2021:144978）。

考虑到制革废弃牛毛用于肥料领域也是其高值化资源化利用的一种途径，基于此，本发明提供一种利用制革牛毛制备角蛋白基水凝胶缓释肥料的方法。其目的在于一方面解决制革废弃牛毛资源化利用问题，同时解决传统肥料在使用过程中由于淋洗径流、挥发等原因造成的肥料损失和环境污染问题。本发明中，我们以制革废弃牛毛中提取的角蛋白为原料，通过半互穿网络技术，将含氮磷钾肥的线性聚合物半互穿到角蛋白骨架中，制得新型角蛋白基水凝胶缓释肥料。本发明方法具有制备工艺简单、高度经济性和环境友好性的优点，且其制得的水凝胶兼具养分缓释性能和保水性能。据文献调研，本申请提供的一种利用制革牛毛制备角蛋白基水凝胶缓释肥料的方法目前并未见相关报道。

发明内容