[发明专利]一种不易溶胀的海藻酸钙-壳聚糖微珠缓释化肥的制备方法

说明书

一种不易溶胀的海藻酸钙‑壳聚糖微珠缓释化肥的制备方法，制备方法主要基于海藻酸钠、氯化钙和壳聚糖三者具有的凝胶化反应和聚电解质正负电荷吸附原理形成双交联聚合物凝胶网络结构，从而将亲水肥料包封于内部；通过烷基硅烷改性的方式在聚合物表面引入疏水基团，改善天然高分子海藻酸钙的亲水性，增强缓释化肥对潮湿环境的抵御能力。本发明具有制备方法简单，成本低廉，包膜材料环境友好缓释效果突出等特点。

技术领域

本发明涉及缓释肥领域，具体涉及一种不易溶胀的海藻酸钙-壳聚糖微珠缓释化肥的制备方法。

背景技术

化肥被誉为“植物的粮食”，而氮肥是农作物生产中用量最大且增产效果最为明显的肥料，但因挥发、淋溶造成了大量养分损失，不仅利用率低下，而且致使我国农田的生态环境和土壤的理化形态受到了严重的破坏。包膜缓释肥的出现解决了氮肥流失造成的资源浪费和环境污染等问题。

传统的包膜缓释肥通常采用聚烯烃类和树脂类等合成高分子作为包膜材料制备缓释肥，但合成材料的生产成本较高，来源于不可再生资源也不易生物降解，会进一步加重环境和能源问题。因此，为了推进农业的可持续发展，开发性质稳定、成本低廉且环境友好型的包膜肥料至关重要。

天然来源的木质素、明胶、壳聚糖、海藻酸等高分子包膜材料因其生物相容可降解、廉价和易于成膜等性质受到了研究者的关注。壳聚糖是从海洋甲壳动物中提取的天然高分子多糖，对植物适应性广，可促进作物生长，广泛应用于生物医药、食品化工、农业等领域。海藻酸钠是从褐藻中提取的天然高分子化合物，成本低廉，常与大多数二价阳离子(如Ca²⁺)形成水凝胶，具有良好的成膜性和生物相容性，凝胶化反应温和，还能提高氮肥利用率促进植物生长，是作为包衣材料的良好选择。马等人公开了一种天然高分子基(海藻酸钙)缓释肥的包封方法，延长了内部肥料的释放时间(CN 107903111 A)；Fan等人将海藻酸与尿素结合制备了二元络合物，提高了作物的生长速度(Fan Y,Xu J,Gao X,et al. ScientiaHorticulturae,2019,256:108545.)；S.Amanda Ekanayake等人在海藻酸中引入微量营养物质改善作物的生长(S.AmandaEkanayake and Pahan I.Godakumbura.ACS Omega,2021,6,40,26262–26272.)。然而，上述研究并没有解决海藻酸钙在盐溶液中易溶胀的问题。因为实际土壤中的潮湿环境以及大量存在的盐离子会使亲水性海藻酸钙中的钙离子被置换产生溶胀现象，导致凝胶网络结构解离，进而使包封物突释。这限制了海藻酸钙作为缓释肥包膜材料的广泛应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有海藻酸钙缓释肥包膜材料在潮湿及盐溶液环境中易溶胀突释的现象，提出一种不易溶胀的海藻酸钙-壳聚糖微珠缓释化肥的制备方法。为实现上述目的，本发明采用如下步骤：

(1)滴注相：将海藻酸钠溶于去离子水中配制成质量分数为2wt％的海藻酸钠溶液，搅拌溶解，再加入化肥使其溶于海藻酸钠水溶液作为滴注相，即A液，A 液中化肥质量分数为20wt％

(2)接收相：将氯化钙溶于去离子水中配制成质量分数为2wt％的氯化钙溶液，并加入一定量的壳聚糖和醋酸溶液，置于磁力搅拌器上使其充分搅拌并溶解，作为氯化钙壳聚糖接收相，即B液。

(3)利用注射器吸取A液(滴注相)置于注射泵中，B液(氯化钙壳聚糖接收相)置于磁力搅拌器上，将A液均匀滴入B液中，交联一段时间后取出凝胶状球型微珠，用去离子水冲洗2～3次，以去除表面粘附的氯化钙溶液，真空干燥后即得海藻酸钙-壳聚糖微珠缓释化肥。

(4)随后，将上述制得的微珠缓释化肥泡入含有烷基硅烷的正己烷改性试剂中，浸泡4h后取出，并用正己烷冲洗2～3次，以除去残留的烷基硅烷试剂，即得粒径3毫米、在空气中与水接触角大于120度的疏水海藻酸钙-壳聚糖微珠缓释化肥。

进一步的，所述步骤(1)中肥料类型包括氮肥、磷肥、钾肥、微量元素肥、复合肥和复混肥。