[发明专利]一种多营养元素高分子缓释碳基化肥及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化肥制备技术，具体是一种碳基化肥及其制备方法。

背景技术

传统观点认为氮、磷、钾三元素的平衡是植物营养的关键。但实际上，它们只是植物矿物质营养的关键。植物营养的关键应是碳、氧、氢三大元素。自1840年德国化学家李比希创建植物矿质营养学说到化学肥料诞生以来，人们只注重氮肥、磷肥、钾肥等矿质肥料的应用，忽视了碳、氢、氧营养元素的供应，认为植物完全可以从空气和水中获取足量的碳、氢、氧，不必通过化学肥料供应。这一认识误区使肥料行业几乎无人涉足以二氧化碳为原料的碳基肥料的开发。

碳元素作为植物营养的吸收形态主要是二氧化碳和碳酸氢根阴离子，氢、氧元素作为植物营养的吸收形态主要是水。植物的叶面可直接吸收空气中的二氧化碳，根系则从土壤中吸取碳酸氢根阴离子输送到植物体内，然后在叶绿素的催化作用下通过光合作用与水反应转化为葡萄糖。大部分葡萄糖进一步转化为纤维素和淀粉，成为植物茎、杆、叶的主要成分，另一部分葡萄糖则转化成为有机酸，通过固定铵态氮转化为氨基酸，进一步转化成蛋白质，成为植物果实的主要成分。

尿素和磷酸二氢钾是当今农田补充氮、磷、钾三种营养元素最常用、最主要的肥料品种，但它们都是易溶于水的小分子化肥，施入土壤后会随雨淋或灌溉用水而流失，这不仅大幅度降低了肥料的有效利用率，而且造成了江、河、湖、海等水体富营养化的环境污染，被污染的地表水大量渗析，还会对地下水造成污染。因此如何赋予小分子化肥以适当的缓释性，降低其淋溶损失率，提高肥料的有效利用率，已成为热门研究课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多营养元素高分子缓释碳基化肥，该化肥同时含有碳、氢、氧、氮、磷、钾等多种营养元素。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种多营养元素高分子缓释碳基化肥，所述的化肥为具有以下通式的化合物：

式中： m和n为平均聚合度，m = 1~7 ，n = 50～200。

分子中所含各种营养元素的配比主要取决于m值的大小：例如，当m = 1 时，分子中的碳含量（以C%计）为14%，氮含量（以N%计）为22%，磷含量（以P₂O₅%计）为28%，钾含量（以K₂O计）为19%；同理，当m = 3时，碳含量为20%，氮含量为26%，磷含量为16%，钾含量为11%；当m = 5时，碳含量为22%，氮含量为24%，磷含量为12%，钾含量为8%；当m=7时，碳含量为23%，氮含量为29%，磷含量为9%，钾含量为6%； m=2、4、6时各营养元素的含量也可以用相同的方法计算得出。各营养元素的调节幅度为：碳含量为14～23％，氮含量为22～29％，磷含量为9～28％，钾含量为6～19％。因此，可以根据农作物对各种养分的不同需求，通过控制合成工艺，制备适应于不同农作物的专用肥。

本发明所述的化肥的缓释周期取决于平均聚合度m和n值大小与搭配，平均分子量越大，反应产物的粘度也越大，化肥的缓释期越长，可以根据农作物生长周期的长短，通过控制合成工艺中的产物粘度来调控平均分子量的大小，藉以合成出适应于不同生长期农作物的专用肥。

本发明同时还提供了一种制备所述的多营养元素高分子缓释碳基化肥的方法，该方法是以聚羰基脲和磷酸二氢钾为原料通过缩聚反应来实现的，其反应方程式为：

包括以下具体步骤：

（1）在反应器中加入选定平均聚合度m的聚羰基脲和计算量的磷酸二氢钾，加热升温至130~145℃，缩聚反应自动进行，依靠缩聚反应产生的反应热，不断将生成的水份蒸出，反应至达到选定的n值；

（2）将步骤（1）中达到选定n值的熔融状的缩聚反应产物转入造粒机中造粒，即得到颗粒状的多营养元素高分子缓释碳基化肥。

上述步骤中，聚羰基脲在该缩聚反应中会有热解反应发生，因此投料比例并非1:1，而是聚羰基脲稍微过量些。

本发明所述的多营养元素高分子缓释碳基化肥，其碳、氢、氧、氮、磷、钾营养元素的比例，在合成过程中可以在一定范围内进行调节，根据农作物对养分的不同需求，制备适应于不同农作物的专用肥。

缓释期的长短主要取决于平均聚合度n值的大小，而n值的大小在合成过程中可以在一定范围内进行调节，根据农作物生长周期的长短，通过控制合成工艺中的产物粘度来调控n值的大小，合成出适应于不同生长期农作物的专用肥。粘度与n值的关系可以用做关系曲线的方式来确定， 图3是当m=7时粘度随平均聚合度的关系曲线。