專利名稱：尿素緩釋肥及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種尿素緩釋肥及其制備方法，屬于緩釋肥料技術。
背景技術：
中國是農業大國，也是一個化肥消耗大國，在化肥的消耗量中，氮肥超過了73％，尿素又是氮肥中最重要的一種。尿素施入土壤后，很快溶解，并在土壤中尿素酶的作用下轉化為銨態氮和硝態氮，其肥效短，有一部分氮隨雨水或灌溉水淋失或流失，進入土壤深層或流入江河，還有一部分銨態氮揮發掉。因此尿素中的氮不能全部被作物吸收，其當季利用率一般只有35％左右，有一半以上的氮損失掉。由于氮肥的利用率太低，已經引起了嚴重的地表水和地下水的污染，對生態環境造成了嚴重破壞。為了提高化肥的利用率，人們提出了緩釋肥料的設想。1961年美國TVA開展了包硫尿素(SCU)的實驗；1962年美國的Ahmed完成了“包膜控制釋放肥料”的研究，提出了化肥控制釋放的理論；1964年美國ADM公司以熱固性樹脂(主要成分為聚二環戊二烯和丙三醇脂的共聚物)為包膜的包膜肥料是首先在世界上實現工業化生產的控釋肥料。目前，世界有很多國家都在研究包膜材料。包膜化肥的包膜材料已基本形成三大類，即(1)無機包膜材料，如硫磺、磷酸鹽、硅酸鹽等；(2)熱固性樹脂，如聚脲甲醛、聚氨酯等樹脂；(3)熱塑性樹脂，如聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇醛、醇酸樹脂等及它們的改性樹脂。無機包膜肥料的造價低，但機械強度差，在運輸的過程中容易產生壞粒。樹脂型包膜材料的優點在于機械施肥性好，可以根據不同的肥料和環境要求通過增減膜的厚度方法來實現控制膜內肥料的釋放，省去多次施肥，減少施肥量和減輕環境的污染。其缺點是包膜材料在釋放完肥料后，難以在短時間內分解，從而在土壤中累積起來，長期使用有可能形成新一類的“白色污染”，使土質下降，危害生態環境。
角蛋白一種生物高分子，主要以動物的毛發、羽毛、蹄等形式存在，其主要特征是二硫鍵含量很高，分子結構緊密，在自然環境中不易降解。我國每年廢棄的角蛋白有幾十萬噸。大量角蛋白的廢棄不但造成資源的浪費，還造成環境污染。角蛋白中含有大概3-4％的硫，而我國缺硫的耕地面積占總面積的40％，角蛋白中的硫可適當補充農作物中的硫。同時角蛋白降解后生成的氨基酸，也可以作為有機肥使用。
發明內容
本發明的目的在于提供一種尿素緩釋肥及其制備方法。該肥料不僅對尿素具有緩釋作用，角蛋白還能降解并做為有機肥料給農作物提供養分，其制備方法簡單。
本發明是通過下述技術方案實現的，一種尿素緩釋肥，其特征在于該尿素緩釋肥包括下述組分及其質量百分含量角蛋白30％-60％；尿素70-40％。
上述的尿素緩釋肥制備方法，其特征在于包括以下過程1.角蛋白粉料制備
方法一將頭發、羊毛、羽毛、豬毛、牛毛或/和其廢舊紡織物浸于質量濃度為3％-35％的鹽酸或浸于質量濃度為1％-20％的硫酸或浸于質量濃度為8％-80％的醋酸中，在30-100℃下水解1-24h。將上述方法得到的產物過濾后水洗至中性，干燥后粉碎成粉料。
方法二將頭發、羊毛、羽毛、豬毛、牛毛或/和其廢舊紡織物浸于質量濃度為1％-20％的氫氧化鈉或浸于質量濃度為1％-20％的氫氧化鉀溶液中，在30-100℃下水解1-24h。將上述方法得到的產物過濾后水洗至中性，干燥后粉碎成粉料。
方法三將頭發、羊毛、羽毛、豬毛、牛毛或/和其廢舊紡織物浸于質量濃度為5％-18％的過氧乙酸、或浸于質量濃度為5％-18％的過甲酸或浸于質量濃度為5％-35％的過氧化氫中在30-100℃下氧化0.5-5h。將上述方法得到的產物過濾后水洗至中性，干燥后粉碎成粉料。
方法四將頭發、羊毛、羽毛、豬毛、牛毛或/和其廢舊紡織物置于膨化設備中在0.29-0.59MPa，100-180℃下保持20-30s，減壓至常壓。
2.將步驟1制得的角蛋白粉料與尿素按質量百分比1∶9-4∶1混合。
3.在模具中，70-130℃，50-270MPa下模壓1-5min。降溫至室溫脫模，最后得到圓柱狀顆粒尿素緩釋肥。
本發明優點在于，角蛋白中含有大概3-4％的硫，而我國缺硫的耕地面積占總面積的40％，角蛋白中的硫可適當補充農作物中的硫。同時角蛋白降解后生成的氨基酸，也可以做為有機肥使用。該緩釋肥制備方法簡單，同時能將廢棄的角蛋白材料再利用，所以成本低，同時還能減少角蛋白對環境的污染。得到的尿素緩釋肥具有緩釋作用，并能提高尿素的利用率。在角蛋白對土壤物性的影響實驗中，表明角蛋白降解后對土壤的pH值有調節作用，使酸性土壤趨于堿性，堿性土壤趨向于酸性。同時增大土壤的陽離子交換量，增強土壤中微生物活性。
具體實施例方式
實施例一取10g人發，剪至長度為1-20mm，放入250ml玻璃瓶中，加入90ml濃度為10wt％的鹽酸溶液，在60℃下處理4h。用漏斗過濾后，將頭發用去離子水清洗至pH＝7，干燥24h，干燥溫度50℃。將干燥后的角蛋白研磨成粉，取1.5g角蛋白粉料與1g尿素混合均勻，置于模具中用壓機熱壓，先將壓機升溫至100℃并在此溫度下保溫10min后，加壓至110MPa在此壓力下持續壓2min。將模具從壓機中取出后在0.2MPa下定型冷卻至室溫后退模。這樣即得到高度和直徑都為6mm的圓柱狀緩釋肥料。
實施例二取10g羊毛，剪至長度為1-20mm，放入250ml玻璃瓶中，加入90ml濃度為8wt％的硫酸溶液，在80℃下處理2h。用漏斗過濾后，將羊毛用去離子水清洗至pH＝7，干燥24h，干燥溫度50℃。將干燥后的角蛋白研磨成粉，取1.5g角蛋白粉料與1g尿素混合均勻，置于模具中用壓機熱壓，先將壓機升溫至120℃并在此溫度下保溫10min后，加壓至88MPa在此壓力下持續壓2min。將模具從壓機中取出后在0.2MPa下定型冷卻至室溫后退模。這樣即得到高度和直徑都為6mm的圓柱狀緩釋肥料。
實施例三取10g牛毛，剪至長度為1-20mm，放入250ml玻璃瓶中，加入90ml濃度為5wt％的氫氧化鈉溶液，在40℃下處理1h。用漏斗過濾后，將牛毛用去離子水清洗至pH＝7，干燥24h，干燥溫度50℃。將干燥后的角蛋白研磨成粉，取1.2g角蛋白粉料與1.3g尿素混合均勻，置于模具中用壓機熱壓，先將壓機升溫至90℃并在此溫度下保溫10min后，加壓至110MPa在此壓力下持續壓2min。將模具從壓機中取出后在0.2MPa下定型冷卻至室溫后退模。這樣即得到高度和直徑都為5mm的圓柱狀緩釋肥料。
實施例四取10g雞羽毛，剪至長度為1-20mm，放入250ml玻璃瓶中，加入90ml濃度為10wt％的氫氧化鈉溶液，在30℃下處理2.5h。用漏斗過濾后，將雞羽毛用去離子水清洗至pH＝7，干燥24h，干燥溫度50℃。將干燥后的角蛋白研磨成粉，取1g角蛋白粉料與1.5g尿素混合均勻，置于模具中用壓機熱壓，先將壓機升溫至100℃并在此溫度下保溫10min后，加壓至132MPa在此壓力下持續壓2min。將模具從壓機中取出后在0.2MPa下定型冷卻至室溫后退模。這樣即得到高度和直徑都為6mm的圓柱狀緩釋肥料。
實施例五取10g人發，剪至長度為1-20mm，放入250ml玻璃瓶中，加入90ml濃度為16wt％的過氧乙酸溶液，在60℃下處理1.5h。用漏斗過濾后，將頭發用去離子水清洗至pH＝7，干燥24h，干燥溫度50℃。將干燥后的角蛋白研磨成粉，取1.5g角蛋白粉料與1g尿素混合均勻，置于模具中用壓機熱壓，先將壓機升溫至100℃并在此溫度下保溫10min后，加壓至100MPa在此壓力下持續壓2min。將模具從壓機中取出后在0.2MPa下定型冷卻至室溫后退模。這樣即得到高度和直徑都為6mm的圓柱狀緩釋肥料。
實施例六取10g廢棄羊毛毛衣，剪至長度為1-20mm，放入250ml玻璃瓶中，加入90ml濃度為30wt％的過氧化氫溶液，在60℃下處理2h。用漏斗過濾后，將氧化產物用去離子水清洗出去剩余的過氧化氫，干燥24h，干燥溫度50℃。將干燥后的角蛋白研磨成粉，取1.5g角蛋白粉料與1g尿素混合均勻，置于模具中用壓機熱壓，先將壓機升溫至100℃并在此溫度下保溫10min后，加壓至100MPa在此壓力下持續壓2min。將模具從壓機中取出后在0.2MPa下定型冷卻至室溫后退模。這樣即得到高度和直徑都為6mm的圓柱狀緩釋肥料。
實施例七取10g人發，剪至長度為1-20mm，放入250ml玻璃瓶中，加入100ml濃度為8％的氫氧化鈉溶液，在40℃下反應1.5h。用漏斗過濾后，將頭發用去離子水清洗除去多余的氫氧化鈉，并洗至中性。干燥24h，干燥溫度50℃。將干燥后的角蛋白研磨成粉，取1g角蛋白粉料與1.5g尿素混合均勻后置于模具中用壓機熱壓，隨壓機升溫至100℃并在此溫度下保溫10min后，將壓機加壓至110MPa在此壓力下持續壓2min。將模具從壓機中取出后在0.2MPa下定型冷卻至室溫后退模。即得到高度和直徑都為5mm的圓柱狀緩釋肥料。
實施例八取10g羊毛放入膨化設備中，在0.29-0.59MPa、100-180℃下保持25s的時間，然后迅速減壓至大氣壓，得到蓬松的角蛋白粉，干燥后取1.2g與1.3g的尿素混合均勻，置于模具中用壓機熱壓，將壓機升溫至110℃并在此溫度下保溫10min后，將壓機加壓至156MPa在此壓力下持續壓2min。將模具從壓機中取出后在0.2MPa下定型冷卻至室溫后退模。這樣即得到高度和直徑都為5mm的圓柱狀緩釋肥料。
實施例九取雞羽毛10g，用粉碎機粉碎成粒度小于1mm的粉料，用90ml濃度為0.3mol/L的巰基乙醇水溶液在60℃下處理6h，拌入3-8g尿素粉料，制得模壓料。將模壓料填入模具在100℃和144MPa下模壓3min，定型冷卻至室溫后退模。即可得到高度和直徑都為6mm的圓柱狀緩釋肥顆粒。
取實施例一、實施例二、實施例三、實施例四、實施例五、實施六、實施七、實施八、實施九所制得的角蛋白載體緩釋尿素用土柱淋溶法測其釋放速率，淋溶10次后其累積釋放分率分別為34.42％、30.73％、28.41％、31.56％、25.33％和21.49％、26.31％、20.38％、18.34％。介于相同條件下測得的鄭州大學生產的Luxecote肥料的累積釋放分率42％和漢楓包硫尿素的累積釋放分率18％之間。
權利要求
1.一種尿素緩釋肥，其特征在于該尿素緩釋肥包括下述組分及其質量百分含量角蛋白10％-80％；尿素90％-20％。
2.按權利要求1所述的尿素緩釋肥，其特征在于角蛋白質量百分含量為30％-60％；尿素質量百分含量70％-40％。
3.一種按權利要求1所述的尿素緩釋肥的制備方法，其特征在于包括以下過程將頭發、羊毛、羽毛、豬毛、牛毛或/和其廢舊紡織物浸于質量濃度為3％-35％的鹽酸或浸于質量濃度為1％-20％的硫酸或浸于質量濃度為8％-80％的醋酸中，在30-100℃下水解0.1-24h；將得到的產物過濾后水洗至中性，干燥后粉碎；將制得的角蛋白粉料與尿素按質量百分比1∶9-4∶1混合；在模具中70-130℃，50-270MPa下模壓1-5min；降溫至室溫脫模，得到圓柱狀顆粒尿素緩釋肥。
4.一種按權利要求1所述的尿素緩釋肥的制備方法，其特征在于包括以下過程頭發、羊毛、羽毛、豬毛、牛毛或/和其廢舊紡織物浸于質量濃度為1％-20％的氫氧化鈉溶液或浸于質量濃度為1％-20％的氫氧化鉀溶液中，在30-100℃下水解1-24h；將得到的產物過濾后水洗至中性，干燥后粉碎；將制得的角蛋白粉料與尿素按質量百分比1∶9-4∶1混合；在模具中70-130℃，50-270MPa下模壓1-5min；降溫至室溫脫模，得到圓柱狀顆粒尿素緩釋肥。
5.一種按權利要求1所述的尿素緩釋肥的制備方法，其特征在于包括以下過程將頭發、羊毛、羽毛、豬毛、牛毛或/和其廢舊紡織物浸于質量濃度為5％-18％的過氧乙酸溶液、或浸于質量濃度為5％-18％過甲酸溶液或浸于質量濃度為5％-35％過氧化氫溶液中，在30-100℃下氧化0.5-5h；將得到的產物過濾后水洗至中性，干燥后粉碎；將制得的角蛋白粉料與尿素按質量百分比1∶9-4∶1混合；在模具中70-130℃，50-270MPa下模壓1-5min；降溫至室溫脫模，得到圓柱狀顆粒尿素緩釋肥。
6.一種按權利要求1所述的尿素緩釋肥的制備方法，其特征在于包括以下過程將頭發、羊毛、羽毛、豬毛、牛毛或/和其廢舊紡織物置于膨化設備中在0.29-0.59MPa，100-180℃下保持20-30s，減壓至常壓；將制得的角蛋白粉料與尿素按質量百分比1∶9-4∶1混合；在模具中70-130℃，50-270MPa下模壓1-5min；降溫至室溫脫模，得到圓柱狀顆粒尿素緩釋肥。
全文摘要
本發明公開了一種尿素緩釋肥及其制備方法，屬于緩釋肥料技術。所述的尿素緩釋肥包括10－80％的角蛋白和90－20％的尿素。其制備方法包括采用酸水解過程、或堿水解過程、或氧化過程或膨化過程將動物毛發、羊毛、羽毛、豬毛和牛毛及其廢舊紡織物制備角蛋白粉體，然后將角蛋白粉體與尿素按一定比例混合均勻，模壓得到柱狀角蛋白載體尿素緩釋肥。本發明優點在于，制備方法簡單，同時能將廢棄的角蛋白材料再利用，所以成本低，同時還能減少環境污染。角蛋白降解后對土壤的pH值有調節作用。同時增大土壤的陽離子交換量，增強土壤中微生物活性所制得的尿素緩釋肥具有緩釋作用，提高尿素的利用率。
文檔編號C05C9/00GK1887827SQ20061001490
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月25日 優先權日2006年7月25日
發明者王宇新, 陳華艷, 黃綿延, 許莉 申請人:天津大學