專利名稱：非包膜緩釋型增效氮肥及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種緩釋氮肥及其制備方法。
背景技術：
我國的氮肥生產量和消費量均居世界首位，但肥料利用率低是卻制約我國農業發展的一大瓶頸。數據表示，2011年我國氮肥施用量2400萬噸，因肥料利用率低，氮肥通過揮發、淋溶和徑流等途徑損失數量巨大，直接損失肥料約1000萬噸，折合人民幣約340億元。同時，隨之帶來土壤肥力下降、農作物品質降低、環境污染嚴重等后果。因此提高肥料利用率，降低肥料流失，受到國內外農業工作者廣泛的關注。·
Y-聚谷氨酸是微生物發酵產生的水溶性多聚氨基酸，是由谷氨酸單元通過α-氨基和Y-羧基形成肽鍵的高分子聚合物。Y-聚谷氨酸是一種由微生物合成的水溶性生物可降解性的新型高分子材料，廣泛應用于農業、醫藥、食品、日化等許多領域，是一種公認的極具發展潛力的綠色化學產品。聚Y-谷氨酸具有生物可降解性、超強吸水和保水性、良好生物相容性、低免疫原性、對環境無污染、對人體無毒害等一系列獨特的物理化學和生物學特性，其降解產物為無公害的谷氨酸。目前，國內外研究主要集中在產生菌的改良和基因研究，發酵過程研究和提取純化過程研究，以及其衍生物的生產和性質的研究，其應用研究不多，而且主要集中于藥用載體、化妝品的保濕劑、膳食纖維食品方面的應用研究。在農業方面研究較少，主要研究它們的植物抗病性，土壤保水劑，其它方面的研究更少。Y -聚谷氨酸應用于農業生產的研究報道始見于20世紀90年代，主要是對作物種子活力的影響方面，隨著人們對其獨特的生理生化性質的認識，其在農業中的應用受到了廣泛的關注。由于Y-聚谷氨酸具有生物可降解性、螯合性以及吸收促進劑等特性，Y-聚谷氨酸對養分具有吸附螯合和吸蓄功能，把植物暫時不用的養分儲存起來，隨作物的生長發育需要而緩慢釋放，從而滿足作物中后期的養分需求，避免了早衰和脫肥，減少了追肥次數和追肥量，從而大大降低了勞動強度。研究表明在保證植物生長正常的情況下，Y-聚谷氨酸的施用通常可提高化肥施用效率1(Γ30%，使煙草、蔬菜等作物增產8 31%，水稻增產明顯。使用Y-聚谷氨酸不僅可以起到節肥增效，增產提質的作用，還能夠減少肥料流失導致的地表水及地下水體污染，調節土壤的微環境和土壤結構，降低農業生產成本等作用。因此，Y-聚谷氨酸在農業生產中推廣應用將取得較好的社會效益和經濟效益。常用的氮肥品種大至分為銨態、硝態和酰胺態氮肥三種類型。近20年來又研制出長效氮肥(或緩效氮肥)新品種。各類氮肥主要品種如下(I)銨態氮肥主要有硫酸銨、氯化銨、碳酸氫銨、氨水和液體氨；(2)硝態氮肥主要有硝酸納、硝酸鈣；(4)酰胺態氮肥主要有尿素、氰氨化鈣(石灰氮)。按原理和工藝的不同，長效氮肥(或緩效氮肥)可粗分為兩大類包膜類和非包膜類。聚合物包膜肥料是典型的也是目前國際公認的控效肥料，這類肥料的基本特點是其養分釋放具有較好的調控性，但由于其生產成本較高，工藝復雜等原因，在大田生產上應用還存在一定的期限性。改性(型)肥料是一類非包膜肥料，它通過采取某種制造手段，或加入某種添加劑，或加入某種載體，改變水溶性肥料的性質，從而達到控制或延緩肥料中養分釋放的目的。非包膜肥料的控效和緩效技術可以省卻包膜肥料生產所需的復雜設備，生產工藝相對簡單，有利于降低肥料加工成本，增強市場競爭力。CN 1978396A公開了一種利用PAL生物工程材料制作新型緩釋氮肥的方法，充分利用了 PAL材料層、鏈、纖維狀晶體結構和納米級孔穴通道及比表面積大、吸附性強的微觀構造的結構特點及離子交換性好的性質，經過分子化擴孔技術和活化工藝，使其緩釋功能大大增強。現有的氮肥造粒一般采用刮板破碎方式，將擠壓成型的條、片狀物料進行刮碎來造粒。采用這種造粒方式時，由于輥壓后物料硬度較高，需要在高溫下破碎，這是因為如果破碎工序的物料溫度較低，會導致對輥破碎機的破碎輥負荷過大，造粒機刮板和孔板網的 使用壽命很短，需要經常更換，進而增加生產成本并影響生產的連續性和效率。采用這種方式高溫破碎雖然解決了破碎輥負荷過大、造粒機刮板和孔板網的使用壽命過短的問題，但又會帶來高溫下粉狀物料比例過高的問題。另一方面，如果將這種方式應用于含有Y-聚谷氨酸的緩釋肥料造粒，還會影響Y -聚谷氨酸的吸附功效，導致肥料的緩釋性能下降。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種非包膜緩釋型增效氮肥，其具有較高的利用率、較好的增產效果和較好的緩釋效果；并提供一種非包膜緩釋型增效氮肥的制備方法，采用多級擠壓、整形造粒方式，在較低溫度下制備出復混肥顆粒，更適合所述氮肥的造粒，并且顆粒中粉料比例較低，設備使用壽命較長。本發明的技術方案如下。一種非包膜緩釋型增效氮肥，其特征在于，所述氮肥由以下組分組成
Y -聚谷氨酸O. 5(Tl. 50%,作為助劑的阻溶劑O. 3^1. 5%，作為助劑的硝化抑制劑
O.3^0. 6%，作為助劑的吸附劑(Tl. 5%，作為助劑的脲酶抑制劑(To. 6%，余量為基礎組分；
所述基礎組分為銨態氮肥或者硝態氮肥或者酰胺態氮肥；
所述Y-聚谷氨酸的分子量為15 100萬道爾頓；
所述的百分比均為質量百分比。所述Y-聚谷氨酸的分子量為50萬道爾頓。所述阻溶劑選自硫酸鋅、硫酸銅和碳酸鈣中的一種或兩種以上按任意比例的混合物。所述硝化抑制劑選自硫脲、雙氰胺和氰醇中的一種或兩種以上按任意比例的混合物。所述吸附劑為氯化鈣和氯化鎂中的一種或兩種按任意比例的混合物；吸附劑的用量為O. 5 I. 5%O所述的脲酶抑制劑為硫酸亞鐵、硼酸、乙酰甲胺磷和甲胺中的一種或兩種以上按任意比例的混合物；脲酶抑制劑的用量為O. Γ0. 6%。所述的非包膜緩釋型增效氮肥的一種制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)、制備Y-聚谷氨酸混合物按比例稱取Y-聚谷氨酸和助劑，混合得到Y-聚谷氨酸混合物；
2)、將粉狀的基礎組分與步驟I)得到的Y-聚谷氨酸混合物進行混合，經輥壓機輥壓成型為片狀，降至溫常；
3)、采用反擊式造粒方式進行造粒；
所述的反擊式造粒方式是指經輥壓機輥壓成型為片狀的的物料降至常溫后，首先通過分別帶有一組輥齒板并相向轉動的一對預擠壓輥，被擠壓輥的輥齒破碎為小片物料；所述的小片物料被固定的一級擠壓板與帶有輥齒板并處于轉動狀態的主擠壓輥擠壓破碎為大顆粒和包括粉料在內的小顆粒兩部分。其中的大顆粒部分被二級擠壓板與所述主擠壓輥擠壓破碎為包括粉料在內的小顆粒。所述的小顆粒經過主擠壓輥與固定于主擠壓輥左右兩側的整形板之間的兩個通道，被擠壓為外徑尺寸復合規格要求的成品顆粒。
所述的專用反擊造粒機包括上端帶有進料口、下端帶有出料口的容器狀的機殼，其特征在于在機殼圍成的腔體中由進料口至出料口方向依次設置有一對分別帶有若干個輥齒板的預擠壓輥、一級擠壓板和二級擠壓板，在所述腔體中設置有帶有若干個輥齒板的主擠壓輥，并在所述腔體中設置有分別位于主擠壓輥左右兩側的第一整形板和第二整形板；進料口至一對預擠壓輥之間的空間構成第一腔室，一對預擠壓輥、一級擠壓板和主擠壓輥之間構成第二腔室，一級擠壓板、二級擠壓板和主擠壓輥之間構成第三腔室，二級擠壓板、第一整形板和主擠壓輥之間構成第四腔室，第二整形板和主擠壓輥之間構成第五腔室，其中，第四腔室和第五腔室的下端分別與出料口相通；第一腔室與第二腔室之間的物料通道為預擠壓輥與機殼內壁之間的間隙以及兩預擠壓輥之間的間隙；第二腔室與第三腔室之間的物料通道為一級擠壓板與主擠壓輥之間的間隙；第三腔室與第四腔室之間的物料通道為二級擠壓板與主擠壓輥之間的間隙。所述的第一整形板和第二整形板具有如下形狀它們與主擠壓輥相對的側面設置有若干個臺階，且每個整形板的若干個臺階內端自上至下逐漸靠近主擠壓輥，最下端的臺階上表面內端與主擠壓輥的輥齒板外沿所處的圓周線之間的距離根據成品顆粒的外徑尺寸設定。本發明Y-聚谷氨酸的制備方法可由本領域技術人員從現有技術中獲得。Y -聚谷氨酸含有末端胺和多個-COO基團，氮肥的NH4+,鉀肥中的K+，中量元素肥料的Ca2+，Mg2+，微量元素肥料Zn2+等可以直接和Y _聚谷氨酸的羧基位點與酰胺基位點鍵合，形成水溶性的、穩定的Y -聚谷氨酸鹽，緩慢地為作物生長提供營養。Y -聚谷氨酸可以有多種構象α -螺旋，無規則卷曲，β -折疊、螺旋-卷曲轉變區、包裹聚結等。肥料的PH大都在5 8，Y-聚谷氨酸主要存在形式是鍵聯形式。和某些金屬離子鰲合時，構象從無規則卷曲轉變為包裹聚結，會延緩肥料釋放營養元素。與已有技術方案相比，本發明具有以下有益效果
本發明與一般的增效氮肥相比，不僅能夠提高肥料利用率，延長肥料在土壤中的存在時間，促進作物對營養物質的吸收，還能夠起到保護環境，防止土壤板結，保護土壤結構等作用。實驗表明，本產品使肥料在土壤中的釋放時間較傳統肥料延長了 4倍左右，可直接減少肥料的用量20%以上，在保證作物產量的基礎上節約了成本。本發明采用的Y-聚谷氨酸是由枯草芽孢桿菌通過微生物發酵技術而得到的，是一種水溶性可生物降解的新型綠色生物材料，具有可食用性、無毒性、成膜性、粘結性、保濕性等特點，在改良土壤結構，提高土壤保水保肥能力，減少環境污染，提高肥料利用率等方面具有良好的作用，具有顯著的社會效益、經濟效益和環保效益。本發明的專用反擊造粒機通過四腔三輥、兩板和兩整形板，對輥壓成型的大片物料依次進行三級沖擊破碎，并經兩道整形，造粒過程中機械作用更加柔和，不僅能夠生產出符合規格要求的復混肥顆粒，顆粒中粉料比例較低，造粒設備使用壽命較長，而且造粒工序溫度較低，更適合含有Y-聚谷氨酸的緩釋肥料造粒，不會影響Y-聚谷氨酸的吸附功效，確保肥料的緩釋性能。
圖I是本發明專用反擊造粒機的結構和工作原理示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖進一步說明本發明。Y -聚谷氨酸的制備方法如下以枯草芽孢桿菌為菌種，通過液體分批發酵法得到Y-聚谷氨酸，經過分離純化技術而獲得Y-聚谷氨酸晶體，其分子量在50萬道爾頓之間。實施例一
以配制IOOkg非包膜緩釋型增效氮肥為例，Y-聚谷氨酸1kg，作為助劑的硫酸鋅
I.0kg，作為助劑的硫脲O. 5kg，作為助劑的氯化鈣I. 5kg，作為助劑的硫酸亞鐵O. 3kg，余量為作為基礎組分的氯化銨。制備方法如下
I)、制備Y-聚谷氨酸混合物按比例稱取Y-聚谷氨酸和助劑，混合得到Y-聚谷氨酸混合物。2)、將粉狀的基礎組分與步驟I)得到的Y -聚谷氨酸混合物進行混合(攪拌混合或者噴霧混合)，經輥壓機輥壓成型為片狀，降至溫常。3)、采用專用反擊造粒機進行造粒。如圖1，本發明的專用反擊造粒機包括上端帶有進料口 2、下端帶有出料口 12的容器狀的機殼I。在機殼I圍成的腔體中由進料口 2至出料口 12方向依次設置有一對分別帶有若干個輥齒板的預擠壓輥4、一級擠壓板6和二級擠壓板8，在機殼I圍成的腔體中設置有帶有若干個輥齒板的主擠壓輥10，并在機殼I圍成的腔體中設置有分別位于主擠壓輥10左右兩側的第一整形板11和第二整形板13。進料口 2至一對預擠壓輥4之間的空間為第一腔室3。一對預擠壓輥4、一級擠壓板6和主擠壓輥10之間的空間為第二腔室5。一級擠壓板6、二級擠壓板8和主擠壓輥10之間的空間為第三腔室7。二級擠壓板8、第一整形板11和主擠壓輥10之間的空間為第四腔室9。第二整形板13和主擠壓輥10之間的空間為第五腔室14。其中，第四腔室9和第五腔室14分別與出料口 12相通。經輥壓機輥壓成型為片狀的的物料降至常溫后，首先通過分別帶有一組輥齒板并相向轉動的一對預擠壓輥，被擠壓輥的輥齒破碎為小片物料。本實施例中，第一腔室3與第二腔室5之間的物料通道為預擠壓輥4與機殼I內壁之間的間隙以及兩預擠壓輥4之間的間隙。在輥壓機中輥壓成型的大片物料，從第一腔室3經該通道被擠壓為小片物料后與粉料一并進入第二腔室5中。所述的小片物料被固定的一級擠壓板與帶有輥齒板并處于轉動狀態的主擠壓輥擠壓破碎為大顆粒和包括粉料在內的小顆粒兩部分。其中的大顆粒部分被二級擠壓板與所述主擠壓輥擠壓破碎為包括粉料在內的小顆粒。所述的小顆粒經過主擠壓輥與固定于主擠壓輥左右兩側的整形板之間的兩個通道，被擠壓為外徑尺寸復合規格要求的成品顆粒。本實施例中，第二腔室5與第三腔室7之間的物料通道為一級擠壓板6與主擠壓輥10之間的間隙。第二腔室5中的小片物料，經該通道被擠壓為大顆粒后與部分粉料進入第三腔室7中。在第二腔室5中形成的小顆粒與部分粉料進入第五腔室14，所述小顆粒在第五腔室14中被整形后從出料口 12落出。第三腔室7與第四腔室9之間的物料通道為二級擠壓板8與主擠壓輥10之間的間隙。第三腔室7中的大顆粒，經該通道被擠壓為小顆粒后與粉料一并進入第四腔室9中，然后被整形后從出料口 12落出。
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所述的第一整形板11和第二整形板13具有如下形狀它們與主擠壓輥10相對的側面設置有若干個臺階，且每個整形板的若干個臺階內端自上至下逐漸靠近主擠壓輥10，最下端的臺階上表面內端與主擠壓輥10的輥齒板外沿所處的圓周線15之間的距離為成品顆粒的外徑尺寸。所述的預擠壓輥4以及主擠壓輥10分別連接有驅動它們旋轉的動力機構。所述的一級擠壓板6、二級擠壓板8、第一整形板11和第二整形板13分別固定安裝在機殼I圍成的腔體中。所述的通道尺寸可調，以實現出料粒度的調整和控制。本反擊造粒機工作時，預擠壓輥4以及主擠壓輥10轉動，一級擠壓板6、二級擠壓板8、第一整形板11和第二整形板13固定不動。本實施例所制備的非包膜緩釋型增效氮肥的緩釋效果及增產效果對比實驗數據見表 1_1、1_2。表1-1 :25 °C靜水釋放率實驗結果
E料神I顯猶爾輝御期溶I 分響
笑出率出率
I I 2 3 I 4 5 6 nl n2-7
氣化懷 98.80 0.1 0.02 O O O O %.8 0J2
細例
64 11 I a 52 9.2.5 103 1.22 0.20 0.03 _J1 5.37
實驗方法稱取普通氯化銨、實施例一樣品各約10. 00g，放入100目尼龍紗網做成的小袋中，封口后將小袋放入300ml的塑料瓶中，加入250ml蒸餾水，加蓋密封，分別置于25°C生化恒溫培養箱中，取樣時間為1、2、3、4、5、6、7天，取樣時上下顛倒3次(使瓶內的液體濃度一致)將取樣移入另一小瓶中，采用凱氏定氮儀測定氮素養分釋放率。然后向裝有小袋的小瓶中再加入蒸餾水250ml，加蓋密封放入培養箱繼續培養，每種肥料進行2次平行實驗。按照上述操作，得到1、2、3、4、5、6、7天的氮素養分釋放率。表1-2 :春小麥施肥對比實驗結果
權利要求
1.一種非包膜緩釋型增效氮肥，其特征在于，所述氮肥由以下組分組成 Y -聚谷氨酸O. 5(Tl. 50%,作為助劑的阻溶劑O. 3^1. 5%，作為助劑的硝化抑制劑O.3^0. 6%，作為助劑的吸附劑(Tl. 5%，作為助劑的脲酶抑制劑(To. 6%，余量為基礎組分； 所述基礎組分為銨態氮肥或者硝態氮肥或者酰胺態氮肥； 所述Y-聚谷氨酸的分子量為15 100萬道爾頓； 所述的百分比均為質量百分比。
2.如權利要求I所述的非包膜緩釋型增效氮肥，其特征在于，所述Y-聚谷氨酸的分子量為50萬道爾頓。
3.如權利要求I所述的非包膜緩釋型增效氮肥，其特征在于，所述阻溶劑選自硫酸鋅、硫酸銅和碳酸鈣中的一種或兩種以上按任意比例的混合物。
4.如權利要求I所述的非包膜緩釋型增效氮肥，其特征在于，所述硝化抑制劑選自硫脲、雙氰胺和氰醇中的一種或兩種以上按任意比例的混合物。
5.如權利要求I所述的非包膜緩釋型增效氮肥，其特征在于，所述吸附劑為氯化鈣和氯化鎂中的一種或兩種按任意比例的混合物；吸附劑的用量為O. 5^1. 5%。
6.如權利要求I所述的非包膜緩釋型增效氮肥，其特征在于，所述的脲酶抑制劑為硫酸亞鐵、硼酸、乙酰甲胺磷和甲胺中的一種或兩種以上按任意比例的混合物；脲酶抑制劑的用量為O. I O. 6%O
7.—種如權利要求I 6之任意一項所述的非包膜緩釋型增效氮肥的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 1)、制備Y-聚谷氨酸混合物按比例稱取Y-聚谷氨酸和助劑，混合得到Y-聚谷氨酸混合物； 2)、將粉狀的基礎組分與步驟I)得到的Y-聚谷氨酸混合物進行混合，經輥壓機輥壓成型為片狀，降至溫常； 3)、采用反擊式造粒方式進行造粒； 所述的反擊式造粒方式是指經輥壓機輥壓成型為片狀的的物料降至常溫后，首先通過分別帶有一組輥齒板并相向轉動的一對預擠壓輥，被擠壓輥的輥齒破碎為小片物料； 所述的小片物料被固定的一級擠壓板與帶有輥齒板并處于轉動狀態的主擠壓輥擠壓破碎為大顆粒和包括粉料在內的小顆粒兩部分；其中的大顆粒部分被二級擠壓板與所述主擠壓輥擠壓破碎為包括粉料在內的小顆粒；所述的小顆粒經過主擠壓輥與固定于主擠壓輥左右兩側的整形板之間的兩個通道，被擠壓為外徑尺寸復合規格要求的成品顆粒。
8.如權利要求7所述的非包膜緩釋型增效氮肥的制備方法，其特征在于，步驟3)采用專用反擊造粒機進行造粒；所述的專用反擊造粒機包括上端帶有進料口(2)、下端帶有出料口( 12)的容器狀的機殼(I )，在機殼(I)圍成的腔體中由進料口(2)至出料口( 12)方向依次設置有一對分別帶有若干個輥齒板的預擠壓輥(4)、一級擠壓板(6)和二級擠壓板(8)，在所述腔體中設置有帶有若干個輥齒板的主擠壓輥(10)，并在所述腔體中設置有分別位于主擠壓輥(10)左右兩側的第一整形板(11)和第二整形板(13);進料口(2)至一對預擠壓輥(4)之間的空間構成第一腔室(3)，一對預擠壓輥(4)、一級擠壓板(6)和主擠壓輥(10)之間構成第二腔室(5)，一級擠壓板(6)、二級擠壓板(8)和主擠壓輥(10)之間構成第三腔室(7)，二級擠壓板(8)、第一整形板(11)和主擠壓輥(10)之間構成第四腔室(9)，第二整形板(13)和主擠壓輥(10)之間構成第五腔室(14)，其中，第四腔室(9)和第五腔室(14)的下端分別與出料口(12)相通；第一腔室(3)與第二腔室(5)之間的物料通道為預擠壓輥(4)與機殼(I)內壁之間的間隙以及兩預擠壓輥(4)之間的間隙；第二腔室(5)與第三腔室(7)之間的物料通道為一級擠壓板(6)與主擠壓輥(10)之間的間隙；第三腔室(7)與第四腔室(9)之間的物料通道為二級擠壓板(8)與主擠壓輥(10)之間的間隙。
9.如權利要求8所述的非包膜緩釋型增效氮肥的制備方法，其特征在于所述的第一整形板(11)和第二整形板(13)具有如下形狀它們與主擠壓輥(10)相對的側面設置有若干個臺階，且每個整形板的若干個臺階內端自上至下逐漸靠近主擠壓輥(10)，最下端的臺階上表面內端與主擠壓輥(10)的輥齒板外沿所處的圓周線(15)之間的距離根據成品顆粒的外徑尺寸設定。
全文摘要
本發明涉及一種非包膜緩釋型增效氮肥及其制備方法。所述氮肥由以下組分組成γ-聚谷氨酸0.50~1.50%，阻溶劑0.3~1.5%，硝化抑制劑0.3~0.6%，吸附劑0~1.5%，脲酶抑制劑0~0.6%，余量為為銨態氮肥或者硝態氮肥或者酰胺態氮肥。本發明產品生態環保，保水保肥，能夠減少氮肥的浪費，活化養分元素，提高氮肥的利用率，使養分緩釋，降低肥料的施用量，避免大量使用氮肥而帶來的環境污染問題，節約了農業生產成本。
文檔編號C05G3/08GK102887802SQ20121044040
公開日2013年1月23日 申請日期2012年11月7日 優先權日2012年11月7日
發明者張樹清, 王學江, 張文, 劉金波 申請人:五洲豐農業科技有限公司