[发明专利]二氧化硅气凝胶缓释肥及其制备方法

说明书

本发明涉及一种二氧化硅气凝胶缓释肥及其制备方法，属于农业技术领域。本发明的二氧化硅气凝胶缓释肥包含—[Si—O—Si]_n—组成的三维网络结构，网络中有无机的钾肥、磷肥或氮肥中的至少一种。二氧化硅气凝胶缓释肥的应用场所广泛，没有任何环境和地区的局限性。二氧化硅气凝胶独有的可调三维多孔网络结构，使得缓释肥释放肥料更慢，肥效更持久，对植物生长帮助更大。本发明的二氧化硅气凝胶缓释肥的生产方法，原料易得，生产方法简单，有效节省生产成本，易大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅气凝胶缓释肥及其制备方法，属于农业技术领域。

背景技术

世界人口在继续增长,粮食生产面临严峻的任务。今后将主要依靠提高单产来增产粮食,保证作物的分供应是提高单产的重要措施之一。肥料是重要的农业生产资料，自1997以来，世界肥料使用量逐年增加。长期以来在化肥使用中，施肥量大、利用率低已成为一种普遍现象，不仅造成农业生产成本增加，而且污染环境影响农产品质量安全。因此，从现代农业发展出发，选用新型缓释肥，减少化肥施用量，提高肥料利用率，实现科学合理施肥，对提高农作物产量，确保农产品质量安全，改善农田土壤生态环境，促进农业节本增效具有十分重要的意义。

在现有技术中，有多种缓释肥用于农业生产中，各有优缺点，总结如下：

1、有机氮化合物，脲甲醛缩合物尿素与醛类的缩合(尤其是与甲醛)是缓释肥常用的制备方法。脲甲醛是最常见的作为缓释氮肥的有机氮化合物，目前仍是最主要的缓释肥之一，并有着很长的研究应用和生产历史。脲甲醛是在控制pH值、温度、尿素与甲醛的比例和反应时间的条件下通过甲醛与过量尿素反应而制得。产品是由分子量不等的单羟甲基脲、二羟甲基脲、甲叉尿素等的二聚物和低聚体组成的混合物。碱催化缩合形成的主要是水溶性产品(如羟甲基尿素、单甲叉尿素等)。在这些混合物中加酸则产生缩合链较长、水溶性较低的低聚体，链越长氮的释放就越慢。脲醛肥料的分解主要是由于生物的作用，氮的释放强烈依赖于土壤性质的变化(如生物活性、粘粒含量、pH)和外界条件(如水份含量、干湿状况和温度等)。在很多情况下，低分子量脲醛部分提供的氮素比例在作物生长前期超过了作物所需要的量，然而高分子量部分提供氮素又太慢。这就是在缓释和控释肥中，有机氮化合物缓释肥的需求量不断降低而包膜肥料的需求量却稳步增加的主要原因。

2、硫包膜尿素已有较长的生产历史，是用熔化的硫磺包裹被预先加热的尿素颗粒制成。硫是中量营养元素，在156℃时可以熔化，可以喷涂于尿素颗粒以及其它肥料颗粒表面作为包膜，产品含有31％～38％N。尿素包膜后，用密封剂(蜡)喷涂封住包膜上的裂缝，以减少硫包膜的生物降解，最后是第三个涂层(通常是硅镁土)作为调节剂。硫包膜尿素中N的释放取决于膜的质量。典型的硫包膜尿素有3种类型的膜:①破损的、含有裂隙的膜；②损坏的膜含有被蜡封的裂隙；③厚和完整未损的膜。硫包膜尿素对土壤水份含量、干湿交替、生物活动和运输及施用过程中对膜的磨损都是非常敏感的，所以这种产品只能被看作是缓释肥而不是控释肥。由此，硫包膜尿素肥料不但制造工艺复杂，生产成本很高，而且使用条件有限。

3、树脂包膜肥料是在制备过程中使聚合物作用在肥料颗粒上，由热固性的树脂交联形成的疏水聚合物膜。常用的树脂有醇酸类树脂和聚氨酯类树脂两大类。最早商品化生产的树脂包膜肥料是1967年美国在加利福尼亚生产的醇酸树脂包膜肥料。醇酸树脂是双环戊二烯和甘油酯的共聚物，养份的释放可以通过改变膜的成份或膜的厚度来控制。养份释放过程为:水份通过膜上的微孔渗透到膜内，增加了膜内的渗透压力而造成膜膨胀，膨胀又增大了微孔，使养份从增大的孔中释放出来。醇酸树脂类包膜技术可以很好地控制膜的成份和厚度，从而控制养份释放率和释放曲线，这种树脂膜可以用到各种颗粒肥料产品上。聚氨脂类包膜是在肥料颗粒表面上直接以聚氰基与多元醇反应生成的。它与其它树脂的区别在于聚异氰基与肥料芯反应，形成了抗磨损的控释肥。但是这种缓释肥养份的释放主要依赖于温度变化，不适应在温度变化小的地区。

综上可见，现在的缓释肥，在很多应用场景并不适用。目前已存在缓释肥的肥料释放速度受外界影响很大，不能人为控制释放速度。

发明内容