本發(fā)明涉及一種緩釋氮肥及其制備方法，具體涉及一種納米膠-蔗葉/蔗渣復(fù)合包膜緩釋氮肥及其制備方法，屬肥料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氮肥對(duì)提高農(nóng)作物產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有關(guān)鍵作用，但氮肥長(zhǎng)期不合理施用造成我國(guó)農(nóng)田土壤加速酸化和大量氮肥損失。我國(guó)的氮肥消費(fèi)量占全球氮肥消費(fèi)總量的近三分之一，而全國(guó)氮肥損失率卻高達(dá)40-50%。超過作物吸收量的氮素殘留在土壤中，通過淋移、徑流、揮發(fā)、及農(nóng)田氮生物循環(huán)過程，以NO3--N、N2O等活性氮的形式大量損失到環(huán)境中，導(dǎo)致我國(guó)氮肥污染問題日益嚴(yán)重。
與普通氮肥相比，緩釋氮肥大大提高了氮肥的利用效率，在一定程度上緩解了氮肥損失引起的環(huán)境污染問題。目前緩釋氮肥的制備通常采用包膜技術(shù)，其中包膜材料作為氮肥緩釋載體對(duì)于增強(qiáng)肥料緩釋、提高肥料利用效率以及指導(dǎo)農(nóng)田施肥具有重要的作用。然而，傳統(tǒng)的包膜材料往往缺乏區(qū)域環(huán)境適應(yīng)性，其肥料緩控釋性能得不到充分發(fā)揮，使得田間肥料實(shí)際利用效率嚴(yán)重偏低。與傳統(tǒng)的包膜材料相比，環(huán)境敏感型高分子材料（如溫度敏感性水凝膠、pH敏感性水凝膠）是一類理想的緩控釋載體，其在養(yǎng)分肥料控釋、水肥管理等方面具有應(yīng)用潛力。
生物炭是一種新興的低成本多功能材料，已被廣泛用于農(nóng)田土壤改良、溫室氣體減排以及環(huán)境污染修復(fù)等領(lǐng)域。生物炭具有網(wǎng)狀多孔的表面結(jié)構(gòu)，比表面積大、吸附能力強(qiáng)，因而作為目標(biāo)物質(zhì)吸附載體、土壤改良劑、肥料控釋載體有廣闊的應(yīng)用空間。例如，生物炭在二氧化碳、氧化亞氮等溫室氣體減排方面引起廣泛關(guān)注。由于農(nóng)田土壤是溫室氣體排放的重要來(lái)源，生物炭作為一種潛在的減排措施近年來(lái)被用于各種不同農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中減排研究。據(jù)報(bào)道，生物炭通過增強(qiáng)酸性土壤中碳氮循環(huán)相關(guān)的微生物活性，明顯減少了土壤中碳氮?dú)怏w排放量。另外一方面，生物炭在農(nóng)田土壤改良和農(nóng)作物生產(chǎn)中也具有良好的應(yīng)用前景。施用生物炭增加了土壤全碳含量、全氮含量及C/N比，促進(jìn)碳氮的循環(huán)和固定，從而有利于提高農(nóng)田土壤氮素生物有效性、增強(qiáng)土壤肥力，進(jìn)而提高農(nóng)作物產(chǎn)量。
甘蔗是我國(guó)最重要的糖料作物，其蔗糖產(chǎn)量占全國(guó)總食糖產(chǎn)量的90%以上。我國(guó)的甘蔗種植面積僅次于巴西和印度，主要分布于臺(tái)灣、福建、廣東、廣西、海南等熱帶、亞熱帶區(qū)域。由于甘蔗是一種具有極高光合效率的C4植物，其生物學(xué)產(chǎn)量遠(yuǎn)超過同類的C4植物和傳統(tǒng)的農(nóng)作物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年我國(guó)甘蔗葉的產(chǎn)量以及蔗糖生產(chǎn)過程所廢棄的蔗渣總量達(dá)到了數(shù)億噸，這些甘蔗葉和蔗渣大部分未得到充分利用而被直接燃燒掉，造成了嚴(yán)重的空氣污染。事實(shí)上，甘蔗葉和蔗渣并非是真正的廢棄物，其組成成分中含有大量的纖維素、半纖維素及木質(zhì)素等有利用價(jià)值的有機(jī)物。因此，本發(fā)明選擇甘蔗葉和蔗渣為原料，通過物理裂解和化學(xué)改性技術(shù)，制備出可再生環(huán)保型包膜材料。同時(shí)，結(jié)合采用環(huán)境敏感高分子納米膠，研發(fā)出一種用于生產(chǎn)新型智能化緩釋氮肥的制備方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種納米膠-蔗葉/蔗渣復(fù)合包膜緩釋氮肥及其制備方法。本發(fā)明的納米膠-蔗葉/蔗渣緩釋氮肥具有原料可再生、成本低廉、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，且給肥智能化、肥效周期長(zhǎng)、以及綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明對(duì)于研發(fā)高效功能肥料并發(fā)展減肥增效的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)技術(shù)兼具實(shí)用性與創(chuàng)新性。
本發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的一種納米膠-蔗葉/蔗渣復(fù)合包膜緩釋氮肥的制備方法，其特征在于制備步驟如下：
（1）蔗渣生物炭制備：將甘蔗渣粉碎后，置于炭化爐中，以10～20℃/min的升溫速率加熱到250～650℃，炭化1～4h，研磨過80-100目篩，制得蔗渣生物炭；
（2）肥芯制備：按質(zhì)量份，取氮肥50~70份、蔗渣生物炭15~30份、皂土12~15份、羧甲基纖維素2~6份，混合，噴水?dāng)嚢柚钡交靹驗(yàn)橹梗缓笸ㄟ^擠壓造粒為肥芯顆粒；所述氮肥為尿素、硝酸銨、硫酸銨、氯化銨、碳酸氫銨中的任意一種；
（3）蔗葉纖維素勻漿制備：將干燥蔗葉粉碎過80-100目篩，得蔗葉粉；取蔗葉粉5-20份，以1:4~10的投料比加入到質(zhì)量終濃度為6~9%的 NaOH和10-12%的尿素混合溶液中，在-20℃下預(yù)冷4-6h，然后攪拌均勻，靜置，去沉淀得勻漿，將所得勻漿與交聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷以質(zhì)量比20: 1混合，室溫下攪拌均勻后，在60℃下烘4～6h，得蔗葉纖維素勻漿；
（4）內(nèi)層包膜肥顆粒制備：將步驟（3）所得的蔗葉纖維素勻漿噴灑在步驟（2）所得的肥芯顆粒表面，潤(rùn)濕后常溫下吸干，噴灑2-3次后，即為內(nèi)層包膜肥顆粒；
（5）外層包膜肥顆粒制備：取5~15份N-異丙基丙烯酰胺、0~4.2份丙烯酸、0.1~0.6份N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺、160~200份水；450～600轉(zhuǎn)/min磁力攪拌混勻，加入0.1~0.4份曲拉通X-100；65～75℃攪拌預(yù)熱20～30min，將0.05~0.2份過硫酸鈉溶液分2～4次加入其中，每次加入的間隔時(shí)間為30～40min，繼續(xù)攪拌，聚合反應(yīng)2～4h，所得產(chǎn)物為環(huán)境敏感納米膠乳液；將所得的環(huán)境敏感納米膠乳液噴灑在步驟（4）所得的內(nèi)層包膜肥顆粒表面，潤(rùn)濕后常溫下吸干，噴灑2-3次后，60～80℃的條件下烘干，得外層包膜肥顆粒，即納米膠-蔗葉/蔗渣復(fù)合包膜緩釋氮肥。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：本發(fā)明所提供的蔗渣生物炭和蔗葉含有豐富的氮、磷、鉀、及有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分資源，可產(chǎn)生良好的肥料效應(yīng)；本發(fā)明提供的納米膠-蔗葉/蔗渣復(fù)合包膜緩釋氮肥能夠隨外界環(huán)境溫度、pH變化作出響應(yīng)，通過納米膠的收縮/溶脹過程形成了水肥一體化緩控釋體系，不僅充分提高了氮肥的緩釋效果，同時(shí)也改善了水分資源的利用效率。本發(fā)明所制備的納米膠-蔗葉/蔗渣復(fù)合包膜緩釋氮肥具有原料可再生、成本低廉、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，且給肥智能化、肥效周期長(zhǎng)、以及綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于研發(fā)高效功能肥料并發(fā)展減肥增效的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)技術(shù)兼具實(shí)用性與創(chuàng)新性。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。
若未特別指明，實(shí)施例中所采用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段，所采用的試劑和產(chǎn)品也均為可商業(yè)獲得的。所用試劑的來(lái)源、商品名以及有必要列出其組成成分者，均在首次出現(xiàn)時(shí)標(biāo)明。
實(shí)施例1、一種納米膠-蔗葉/蔗渣復(fù)合包膜緩釋氮肥的制備方法，包括以下步驟：
（1）蔗渣生物炭制備：將甘蔗渣粉碎后，置于炭化爐中，以15℃/min的升溫速率加熱到250～650℃，炭化3h，研磨過90目篩，制得蔗渣生物炭；
（2）肥芯制備：按質(zhì)量份，取尿素55份、蔗渣生物炭20份、皂土12份、羧甲基纖維素4份，混合，噴水?dāng)嚢柚钡交靹驗(yàn)橹?，然后通過擠壓造粒為肥芯顆粒；
（3）蔗葉纖維素勻漿制備：將干燥蔗葉粉碎過90目篩，得蔗葉粉；取蔗葉粉10份，以1:4~10的投料比加入到質(zhì)量終濃度為8%的NaOH和10%的尿素混合溶液中，在-20℃下預(yù)冷5h，然后攪拌均勻，靜置，去沉淀得勻漿，將所得勻漿與交聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷以質(zhì)量比20: 1混合，室溫下攪拌均勻后，在60℃下烘5h，得蔗葉纖維素勻漿；
（4）內(nèi)層包膜肥顆粒制備：將步驟（3）所得的蔗葉纖維素勻漿噴灑在步驟（2）所得的肥芯顆粒表面，潤(rùn)濕后常溫下吸干，噴灑2-3次后，即為內(nèi)層包膜肥顆粒；
（5）外層包膜肥顆粒制備：取10份N-異丙基丙烯酰胺、3份丙烯酸、0.3份N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺、180份水；450～600轉(zhuǎn)/min磁力攪拌混勻，加入0.3份曲拉通X-100；70℃攪拌預(yù)熱25min，將0.1份過硫酸鈉溶液分3次加入其中，每次加入的間隔時(shí)間為35min，繼續(xù)攪拌，聚合反應(yīng)3h，所得產(chǎn)物為環(huán)境敏感納米膠液；將所得的環(huán)境敏感納米膠液噴灑在步驟（4）所得的內(nèi)層包膜肥顆粒表面，潤(rùn)濕后常溫下吸干，噴灑2-3次后，70℃的條件下烘干，得外層包膜肥顆粒，即納米膠-蔗葉/蔗渣復(fù)合包膜緩釋氮肥。
實(shí)施例2、一種納米膠-蔗葉/蔗渣復(fù)合包膜緩釋氮肥的制備方法，包括以下步驟：
（1）蔗渣生物炭制備：將甘蔗渣粉碎后，置于炭化爐中，以10～20℃/min的升溫速率加熱到250～650℃，炭化1～4h，研磨過100目篩，制得蔗渣生物炭；
（2）肥芯制備：按質(zhì)量份，取硝酸銨60份、蔗渣生物炭15份、皂土12份、羧甲基纖維素2份，混合，噴水?dāng)嚢柚钡交靹驗(yàn)橹?，然后通過擠壓造粒為肥芯顆粒；
（3）蔗葉纖維素勻漿制備：將干燥蔗葉粉碎過80目篩，得蔗葉粉；取蔗葉粉15份，以1:4~10的投料比加入到質(zhì)量終濃度為9%的NaOH和11%的尿素混合溶液中，在-20℃下預(yù)冷4h，然后攪拌均勻，靜置，去沉淀得勻漿，將所得勻漿與交聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷以質(zhì)量比20: 1混合，室溫下攪拌均勻后，在60℃下烘6h，得蔗葉纖維素勻漿；
（4）內(nèi)層包膜肥顆粒制備：將步驟（3）所得的蔗葉纖維素勻漿噴灑在步驟（2）所得的肥芯顆粒表面，潤(rùn)濕后常溫下吸干，噴灑2-3次后，即為內(nèi)層包膜肥顆粒；
（5）外層包膜肥顆粒制備：按質(zhì)量份數(shù)，取15份N-異丙基丙烯酰胺、4份丙烯酸、0.6份N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺、200份水；450～600轉(zhuǎn)/min磁力攪拌混勻，加入0.4份曲拉通X-100； 75℃攪拌預(yù)熱30min，將0.2份過硫酸鈉溶液分4次加入其中，每次加入的間隔時(shí)間為40min，繼續(xù)攪拌，聚合反應(yīng)4h，所得產(chǎn)物為環(huán)境敏感納米膠液；將所得的環(huán)境敏感納米膠液噴灑在步驟（4）所得的內(nèi)層包膜肥顆粒表面，潤(rùn)濕后常溫下吸干，噴灑2-3次后， 80℃的條件下烘干，得外層包膜肥顆粒，即納米膠-蔗葉/蔗渣復(fù)合包膜緩釋氮肥。
實(shí)施例3、一種納米膠-蔗葉/蔗渣復(fù)合包膜緩釋氮肥的制備方法，包括以下步驟：
（1）蔗渣生物炭制備：將甘蔗渣粉碎后，置于炭化爐中，以10℃/min的升溫速率加熱到450℃，炭化2h，研磨過80目篩，制得蔗渣生物炭；
（2）肥芯制備：按質(zhì)量份，取硫酸銨70份、蔗渣生物炭10份、皂土12份、羧甲基纖維素6份，混合，噴水?dāng)嚢柚钡交靹驗(yàn)橹?，然后通過擠壓造粒為肥芯顆粒；
（3）蔗葉纖維素勻漿制備：將干燥蔗葉粉碎過80目篩，得蔗葉粉；取蔗葉粉15份，以1:4~10的投料比加入到質(zhì)量終濃度為9%的 NaOH和11%的尿素混合溶液中，在-20℃下預(yù)冷4h，然后攪拌均勻，靜置，去沉淀得勻漿，將所得勻漿與交聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷以質(zhì)量比20: 1混合，室溫下攪拌均勻后，在60℃下烘6h，得蔗葉纖維素勻漿；
（4）內(nèi)層包膜肥顆粒制備：將步驟（3）所得的蔗葉纖維素勻漿噴灑在步驟（2）所得的肥芯顆粒表面，潤(rùn)濕后常溫下吸干，噴灑2-3次后，即為內(nèi)層包膜肥顆粒；
（5）外層包膜肥顆粒制備：按質(zhì)量份數(shù)，取7份N-異丙基丙烯酰胺、2份丙烯酸、0.6份N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺、200份水；450～600轉(zhuǎn)/min磁力攪拌混勻，加入0.4份曲拉通X-100； 75℃攪拌預(yù)熱30min，將0.2份過硫酸鈉溶液分4次加入其中，每次加入的間隔時(shí)間為40min，繼續(xù)攪拌，聚合反應(yīng)4h，所得產(chǎn)物為環(huán)境敏感納米膠液；將所得的環(huán)境敏感納米膠液噴灑在步驟（4）所得的內(nèi)層包膜肥顆粒表面，潤(rùn)濕后常溫下吸干，噴灑2-3次后， 80℃的條件下烘干，得外層包膜肥顆粒，即納米膠-蔗葉/蔗渣復(fù)合包膜緩釋氮肥。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。