高效納米復(fù)合肥制備技術(shù)研究

陳永紅 張鵬 陳洪偉

摘要：本文首先對納米肥料進(jìn)行介紹，并提出高效納米復(fù)合肥制備技術(shù)，以期改善化肥的施用效益，營造良好的生態(tài)環(huán)境，也為高效環(huán)境友好型肥料的研制和改良土壤，提高土壤肥力提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：納米復(fù)合肥;制備技術(shù)

1 納米肥料概況

納米肥料概念是中國農(nóng)科院土壤肥料研究所張夫道研究員首先提出， 并在國家“863”項(xiàng)目中立項(xiàng)， 從3個方向進(jìn)行研究， 即：大田作物專用緩/控釋肥料;納米-亞微米級多功能肥料及修復(fù)荒漠化土地技術(shù);利用廢棄物制備納米-亞微米級緩釋材料技術(shù)。納米肥料是結(jié)合納米技術(shù)、醫(yī)藥微膠囊技術(shù)和化工微乳化技術(shù)研發(fā)的高新技術(shù)， 它包括納米結(jié)構(gòu)肥料、納米材料膠結(jié)包膜緩/控釋肥料和納米碳增效肥料、納米磁性肥料和納米生物復(fù)合肥料3大類?，F(xiàn)在對上述3大類納米肥料簡述如下。

（1）納米結(jié)構(gòu)肥料納米結(jié)構(gòu)肥料是采用納米技術(shù)將難溶于土壤的天然富營養(yǎng)礦石， 如磷礦石、鉀長石、煤矸石等， 采用高能球磨或液相沉淀法技術(shù)做成納米結(jié)構(gòu)肥料;或通過化學(xué)方法制備納米結(jié)構(gòu)材料， 再通過吸附、吸收、反應(yīng)等方法制備出納米結(jié)構(gòu)肥料;或采用納米技術(shù)制備納米級氮肥、磷肥， 如納米尿素、納米磷灰石肥料等。其特點(diǎn)是：肥料養(yǎng)分和復(fù)合組分均達(dá)納米級標(biāo)準(zhǔn)。由于納米材料的小尺寸效應(yīng)使肥料帶磁效應(yīng)， 從而使養(yǎng)分更易被植物吸收， 有利于植物生長。另外， 其表面原子周圍有許多懸空鍵， 具有很高活性， 由于表面效應(yīng)， 使納米結(jié)構(gòu)肥料表面能、表面結(jié)合能增大， 利于在土壤中被植物根系吸收， 提高了肥料使用的效果。納米結(jié)構(gòu)肥料還能刺激植物生長， 提高植物體內(nèi)多種酶的活性， 提高作物產(chǎn)量。

（2） 納米材料膠結(jié)包膜緩/控釋肥料和納米碳增效肥料納米材料膠結(jié)包膜緩/控釋肥料的包膜劑和膠結(jié)劑可以使用腐植酸、納米高嶺土、納米蒙脫土、納米沸石、納米風(fēng)化煤、高分子樹脂、淀粉等材料， 養(yǎng)分材料可以是有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥、無機(jī)復(fù)合肥、普通氮肥或磷肥等。該肥料的養(yǎng)分組分不是納米材料， 但其膠結(jié)包膜材料是納米級、亞微米級材料， 使肥料具有納米材料的特性， 或添加了納米材料使肥料性能改變， 肥料利用率提高。由于納米膠結(jié)包膜劑具有較高的膠體穩(wěn)定性和優(yōu)異的吸附性能， 可使養(yǎng)分被作物持續(xù)吸收， 同時納米肥料膠結(jié)包膜劑膠團(tuán)直徑在100 nm內(nèi)， 納米材料的小尺寸效應(yīng)使肥料帶磁效應(yīng)， 從而使養(yǎng)分更易被植物吸收， 有利于植物生長。常規(guī)化肥養(yǎng)分釋放過快， 與作物吸收養(yǎng)分不協(xié)調(diào)， 施入土壤后會發(fā)生淋溶、揮發(fā)、固定等問題， 通過納米技術(shù)與植物營養(yǎng)學(xué)、肥料學(xué)、肥料制備技術(shù)結(jié)合， 可解決肥料上述問題。

該類納米肥料另一個分支是納米碳增效肥料， 如納米碳增效碳銨。其養(yǎng)分組分是非納米結(jié)構(gòu);但它通過納米技術(shù)和氫鍵締合機(jī)制， 納米碳與碳銨結(jié)晶形成共晶。在碳銨分子松散結(jié)構(gòu)中， 填充了納米碳， 改變了松散結(jié)構(gòu)， 使結(jié)構(gòu)變緊密， 從無序變?yōu)橛行蚪Y(jié)構(gòu)， 使碳銨熱穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性提高， 揮發(fā)性下降， 同時可延緩銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮的進(jìn)程， 進(jìn)而減少氧化亞氮排放量70%以上， 氮素利用率從25%提高至35%～40%。另外， 該肥料能增加土壤對銨根離子的吸附與固化作用， 其吸附與固化量增加64%。該技術(shù)除了已申請中國專利外， 還申請了美國專利和世界專利。

通過多年努力， 我國已經(jīng)使納米碳增效肥料和納米緩/控釋肥料逐步產(chǎn)業(yè)化， 一些產(chǎn)品生產(chǎn)成本已經(jīng)與普通復(fù)合肥大致相當(dāng)。目前已經(jīng)開發(fā)出納米碳增效碳銨、納米碳增效尿素等。納米-亞微米級膠結(jié)包膜劑品種有10個， 一些品種利用廢棄塑料、生活污泥、沼渣、造紙黑液、風(fēng)化煤、煤矸石等廢棄物和高嶺土、蒙脫土等廉價非金屬礦生產(chǎn)包膜劑或膠結(jié)劑， 降低了生產(chǎn)成本。同時包膜材料在土壤中的降解產(chǎn)物既可增加土壤有機(jī)-無機(jī)復(fù)合膠體含量， 又不產(chǎn)生環(huán)境污染。

（3） 納米磁性肥料和納米生物復(fù)合肥料納米磁性肥料是以土壤磁學(xué)和生物磁學(xué)為依據(jù)， 以粉煤灰等為磁性載體與常規(guī)肥料加工成的低成本高效益新型肥料。納米磁性肥料中納米顆粒通過肥料中添加的表面活性劑均勻分散在載液中， 形成穩(wěn)定的具有磁性的膠體溶液， 生產(chǎn)中在磁場作用下被磁化， 可在生物的磁場作用下運(yùn)動， 易被植物吸附、吸收。

納米生物復(fù)合肥料是以生物學(xué)與植物學(xué)、植物營養(yǎng)學(xué)為依據(jù)， 在肥料中加入生物有益菌種和營養(yǎng)組分、中微量元素等制成。

納米磁性肥料和納米生物復(fù)合肥料可以是離子態(tài)或非離子態(tài)， 與普通肥料不同之處在于：普通肥料中養(yǎng)分磷和中微量元素養(yǎng)分受液體p H值影響很大， 一般適用的p H在6.5左右， 否則會產(chǎn)生沉淀;而納米磁性肥料中上述養(yǎng)分穩(wěn)定， 不受p H值影響， 提高了養(yǎng)分使用效率， 其生物有益菌種、中微量元素及其他營養(yǎng)元素等可以增進(jìn)植物對肥料的利用， 增強(qiáng)植物抵抗病蟲害的能力， 促進(jìn)代謝等。

2.高效納米復(fù)合肥制備技術(shù)研究

2.1. 主要研究內(nèi)容

特殊的一些植物由于生長期不同階段對于營養(yǎng)的需求不同，常規(guī)的營養(yǎng)液培養(yǎng)很容易造成階段性的元素缺乏，導(dǎo)致葉片黃、花朵小、開花量少等缺陷。針對這一現(xiàn)象，具體開展以下研究：

（1）原料配方調(diào)配工藝研究。通過選用原料尿素，磷酸一銨，硫酸鉀，磷酸二氫鉀，納米硫酸亞鐵，納米碳，腐植酸，木質(zhì)素，BA，水，殼聚糖，硼砂，氯化鋅，鉬酸鈉，硫酸錳，確定重量份數(shù)和配方量的百分比。

（2）攪拌混合制備工藝研究。將原料混合放入反應(yīng)釜中，用水溶解，在100-120℃下攪拌混合反應(yīng)2小時，研究攪拌混合工藝參數(shù)對肥料成形的反應(yīng)時間和節(jié)點(diǎn)，從而便于確定合理的工藝參數(shù)，保證肥料的顆粒均勻程度。

（3）納米元素吸附技術(shù)研究。通過化學(xué)制備方法制備納米結(jié)構(gòu)材料，再通過吸附、吸收、反應(yīng)等方法，確定其活性和結(jié)構(gòu)，制備出納米復(fù)合肥。

2.2. 擬形成的關(guān)鍵技術(shù)

（1）原料配方調(diào)配技術(shù);

（2）攪拌混合制備技術(shù);

（3）納米元素吸附技術(shù);

2.3. 擬形成的科研成果目標(biāo)

通過具體的理論和實(shí)踐，蓋上了不同生長期階段對于營養(yǎng)的不同需求，所生產(chǎn)的高效納米復(fù)合肥，有利于對氮、磷、鉀和復(fù)合碳的吸附和解吸，改善化肥的施用效益，營造良好的生態(tài)環(huán)境，也為高效環(huán)境友好型肥料的研制和改良土壤，提高土壤肥力提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]納米生物技術(shù)在水稻·玉米·大豆增產(chǎn)效益上的應(yīng)用研究[J]. 劉鍵，張陽德，張志明. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué). 2008（36）