[发明专利]生物可降解有机高分子氮肥及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及缓控释化肥领域，具体为一种生物可降解有机高分子氮肥及其制备方法。

背景技术

氮是植物生长过程中具有特殊重要意义的一种营养元素。由于世界土壤的氮肥力不高，氮素又不易在土壤中积累，而现代集约化农业又促使土壤有机质与氮的过多损耗，多数情况下单位氮素的增产量高于磷、钾养分。因此，20世纪以来，氮肥的生产在国内外一直居于举足轻重的地位。据调查，我国有80％以上的耕地缺氮，但同时我国氮肥的平均利用率只有35％左右。肥料利用率低不仅造成养分的浪费，降低了农业生产的经济效益，而且带来了严重的环境问题。近几年，许多研究者指出，土壤中施入的过量氮肥如果不能直接或间接地作用于植物，就会渗滤到地下水中，严重影响环境和人类健康。提高养分利用率，尤其是氮素利用率的一个可能的途径是施用缓释肥料。

目前的缓释氮肥主要有合成有机氮肥、包膜肥料、缓溶性无机肥料、以天然有机质为基体的各种氨化肥料四种类型，其中最主要的是合成有机氮肥和包膜肥料。合成有机氮肥主要包括脲甲醛、亚异丁基二脲，亚丁烯基二腺、草酰胺等；包膜肥料品种主要有硫磺包膜肥料、聚合物包膜肥料、石蜡包膜肥料、磷酸镁铵包膜肥料(如缓效碳酸氢铵)等。通过包膜手段虽然可以赋予化肥缓控释性能，但同时也带来了以下问题：属于二次加工，导致生产成本提高；化肥中的养分含量降低，且含有不能被作物吸收的组分；破裂的包膜残留在土壤中会造成污染。

发明内容

本发明旨在提供一种在土壤中水和微生物作用下逐步降解和水解而释放出可被植物吸收利用的氮元素的生物可降解有机高分子氮肥及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：生物可降解有机高分子氮肥，其结构式为：

式中n＝2～200。

上述生物可降解有机高分子氮肥所含有的营养元素氮的含量以质量百分含量计为27.60wt％～33.13wt％。

本发明进一步提供了所述生物可降解有机高分子氮肥的合成路线如下：

进一步，为了对本发明进行详细的阐述，提供了所述生物可降解有机高分子氮肥的制备方法，其制备方法为：反应容器中加入氨基甲酸甲酯、尿素以及催化剂碳酸钾，于160℃下反应6h，然后加入交联剂三异氰酸酯，搅拌，当反应溶液变为粘稠状时，造粒，烘干，获得生物可降解有机高分子氮肥。

另外，该制备方法中所述反应物氨基甲酸甲酯与催化剂碳酸钾的摩尔比为1.0：0.06。通过对第一步反应工艺进行的研究，在此摩尔比下，合成的聚羰基脲，即第一步反应产物的转化率较高，为最佳的工艺条件。

交联剂三异氰酸酯的作用是通过其自身拥有的C＝N与聚羰基脲的胺基发生交联反应，形成立体网状结构，从而降低聚羰基脲较高的冷水溶解度，因此，加入不同摩尔量的交联剂三异氰酸酯，可以得到不同冷水溶解度和热水溶解度的生物可降解有机高分子氮肥。上述合成路线是交联剂三异氰酸酯与聚羰基脲按1:3的摩尔比反应的工艺路线，三异氰酸酯与聚羰基脲按其它摩尔比反应的机理与上述工艺路线相同，都是三异氰酸酯的C＝N与聚羰基脲的胺基发生的交联反应。

本发明所述的生物可降解有机高分子氮肥，与现有缓控释氮肥相比，具有如下有益效果：

(1)本发明所述的氮肥分子中的碳、氢、氧、氮营养元素通过化学键牢固地连接在同一高分子链上，可赋予氮肥优异的缓控释性能，在水中和土壤中的全氮释放量1至20天呈明显上升趋势，20至90天养分释放较为缓慢，可大幅度提高氮肥的利用率；

(2)本发明的生物可降解有机高分子氮肥施入土壤后，在土壤微生物及水的作用下逐步降解为小分子营养物质被植物吸收利用，可减少土壤对营养元素氮的固定量，也不会给土壤留下不能被吸收的有害物质，是一种符合绿色环保要求的肥料。

附图说明

图1是生物可降解有机高分子氮肥的冷水溶解度与交联剂三异氰酸酯加入量之间的关系。由图可知：随着交联剂加入量的增加，生物可降解有机高分子氮肥的冷水溶解度变小，这是因为随着交联剂加入量的增加，生物可降解有机高分子氮肥中发生交联的分子不断增多，因此冷水溶解度变小。当交联剂加入量为3g时，冷水溶解度为66％；当交联剂加入量为15g时，冷水溶解度为21％，表明交联剂的加入量对生物可降解有机高分子氮肥的冷水溶解度有很大的影响。