尿素铁(Ⅲ)配合物的合成研究

吴春燕

（广西现代职业技术学院 资源工程系，广西 河池 547000）

目前，尿素作为在全世界范围内很有发展前景的中性氮肥，其生产量和消费量约占氮肥总量的一半以上。与其他氮肥相比，尿素的有效养分浓度高(含氮量为45%左右)，容易运输和存储，具有一定的吸湿性，使用方便，费用低，而且长期使用不会对土壤产生不良影响。为了克服尿素在运输及施肥过程中的大量损耗，提高氮的利用率，国内外目前正在研究多种新型的尿素产品，其中也包括了尿素铁的生产。合成尿素铁的方法比较简单，所需原料只要有硝酸铁和尿素即可，也可用废铁屑和硝酸反应制得。尿素铁熔点为(166±1)℃，含铁约9.3%，含氮约35%，因此尿素铁既是一种铁肥，又是含氮量很高的氮肥。铁是植物吸收利用氮和磷的限制因素，缺铁时植物不能充分利用氮和磷，所以当铁和尿素通过有机络合后，表现出理想的“协同效应”，也相应提高了铁和尿素的利用率。尿素铁有效成分高，应用范围广，由于它既可作为铁肥又可作为氮肥，因此其应用领域得到拓宽[1-2]。

1 实验

1.1 材料与试剂

尿素（分析纯），Fe(NO3)·9H2O（分析纯），无水乙醇（分析纯）。

JJ型数显恒速电动搅拌器，抽滤装置，HH-S4型数显恒温水浴锅，FA2104 电子天平。

1.2 实验原理

利用[Fe(CON2)H4)6](NO3)3微溶于无水乙醇的性质，将硝酸铁和尿素在乙醇溶剂中搅拌，反应完成后即得到[Fe(CON2)H4)6](NO3)3。

1.3 实验方法

在250mL烧杯中将一定量Fe(NO3)·9H2O搅拌条件下溶于适量乙醇中，再按照物料配比将尿素加入烧杯中，反应完成后继续搅拌至固体颜色变为淡绿色。将淡绿色粉末用无水乙醇洗涤2～3次，抽滤，室温下自然晾干，称其质量，计算产率。

2 结果与讨论

2.1 物料配比对尿素铁(Ⅲ)配合物合成的影响

在反应温度为50℃，溶剂为无水乙醇，反应时间为 2h，搅拌速率为 300r·min-1，Fe(NO3)·9H2O加入量为0.02mol时，改变CO(NH2)2的量，考察了Fe(NO3)·9H2O与CO(NH2)2摩尔比对尿素铁(Ⅲ)配合物合成率的影响，结果如表1所示。

表1 物料配比对尿素铁(Ⅲ)配合物合成的影响

从表1可知，原料Fe(NO3)·9H2O与CO(NH2)2摩尔比配比为1∶2、1∶4、1∶8时的合成率都比不上配比1∶6，且洗涤精制较困难，因为无论是铁(Ⅲ)过量还是尿素过量都容易吸收水分，导致Fe(Ⅲ)水解，并溶解了部分配位产物。所以选择最佳的原料配比为1∶6。

2.2 反应温度对尿素铁(Ⅲ)配合物合成率的影响

在Fe(NO3)·9H2O加入量为0.02mol，Fe(NO3)·9H2O与CO(NH2)2摩尔比为1∶6，溶剂为无水乙醇，反应时间为2h，搅拌速率为300r·min-1时，考察了反应温度比对尿素铁(Ⅲ)配合物合成率的影响，结果如表2所示。

表2 反应温度对尿素铁(Ⅲ)配合物合成的影响

从表2可知，反应温度较低时，尿素铁(Ⅲ)配合物的合成率也较低，随着反应温度的上升，尿素铁(Ⅲ)配合物合成率逐渐增大，但温度过高会导致配合物的分解，故选取反应最佳温度为50℃。

2.3 乙醇浓度对尿素铁(Ⅲ)配合物合成率的影响

在Fe(NO3)·9H2O加入量为0.02mol，Fe(NO3)·9H2O与CO(NH2)2摩尔比为1∶6，反应温度为50℃，反应时间为2h，搅拌速率为300 r·min-1时，考察了乙醇的浓度对尿素铁(Ⅲ)配合物合成率的影响，结果如表3所示。

表3 乙醇浓度对尿素铁(Ⅲ)配合物合成率的影响

从表3可知，乙醇浓度在20%～40%之间时，没有尿素铁(Ⅲ)配合物生成，这是因为乙醇浓度较低时含水量较多，生成的配合物全部被溶解。乙醇浓度在60%～100%之间时，尿素铁(Ⅲ)配合物合成率逐渐增大，故选用无水乙醇最佳。

2.4 反应时间对尿素铁(Ⅲ)配合物合成率的影响

在Fe(NO3)·9H2O加入量为0.02mol，Fe(NO3)·9H2O与CO(NH2)2摩尔比为1∶6，反应温度为50℃，溶剂为无水乙醇，搅拌速率为300r·min-1时，考察了反应时间对尿素铁(Ⅲ)配合物合成率的影响，结果如表4所示。

表4 反应时间对尿素铁(Ⅲ)配合物合成率的影响

从表4可知，反应时间较短时，产物为黄色，说明尿素铁(Ⅲ)配合物没有生成或是较少，反应时间为2h时，配合物产率达最高，反应时间过长，产物反而减少，这是因为搅拌时间过长反而会造成产物的分解与溶解。故反应时间选择为2h。

2.5 搅拌速率对尿素铁(Ⅲ)配合物合成率的影响

在Fe(NO3)·9H2O加入量为0.02mol，Fe(NO3)·9H2O 与CO(NH2)2摩尔比为1:6，反应温度为50℃，反应时间为2h，溶剂为无水乙醇时，考察了搅拌速率对尿素铁(Ⅲ)配合物合成率的影响，结果如表5所示。

表5 搅拌速率对尿素铁(Ⅲ)配合物合成率的影响

由表5可知，尿素铁(Ⅲ)配合物合成率随着搅拌速率的增大先增大后减少，这是因为搅拌速率较低，原料没有充分混合反应，搅拌速率过高，会使得产物分解并溶解，故搅拌速率选择为300r·min-1。

3 结论

通过单因素实验，考察了物料配比、反应温度、反应时间、溶剂浓度、搅拌速率对尿素铁(Ⅲ)配合物的影响，得到最优条件为：Fe(NO3)·9H2O 与CO(NH2)2摩尔比为1∶6，反应温度为50℃，反应时间为2h，溶剂为无水乙醇时，搅拌速率选择为300r·min-1。在此工艺条件下，尿素铁(Ⅲ)配合物合成率为82.25%。

[1] 陈天朗.介绍一种新铁肥-尿素铁[J].化肥工业，1980（2）：68-69.

[2] 晋良雨.尿素铁简介[J].化工设计，1990（1）：63-64.