高效纳米复合肥制备技术研究

陈永红 张鹏 陈洪伟

摘要：本文首先对纳米肥料进行介绍，并提出高效纳米复合肥制备技术，以期改善化肥的施用效益，营造良好的生态环境，也为高效环境友好型肥料的研制和改良土壤，提高土壤肥力提供科学依据。

关键词：纳米复合肥;制备技术

1 纳米肥料概况

纳米肥料概念是中国农科院土壤肥料研究所张夫道研究员首先提出， 并在国家“863”项目中立项， 从3个方向进行研究， 即：大田作物专用缓/控释肥料;纳米-亚微米级多功能肥料及修复荒漠化土地技术;利用废弃物制备纳米-亚微米级缓释材料技术。纳米肥料是结合纳米技术、医药微胶囊技术和化工微乳化技术研发的高新技术， 它包括纳米结构肥料、纳米材料胶结包膜缓/控释肥料和纳米碳增效肥料、纳米磁性肥料和纳米生物复合肥料3大类。现在对上述3大类纳米肥料简述如下。

（1）纳米结构肥料纳米结构肥料是采用纳米技术将难溶于土壤的天然富营养矿石， 如磷矿石、钾长石、煤矸石等， 采用高能球磨或液相沉淀法技术做成纳米结构肥料;或通过化学方法制备纳米结构材料， 再通过吸附、吸收、反应等方法制备出纳米结构肥料;或采用纳米技术制备纳米级氮肥、磷肥， 如纳米尿素、纳米磷灰石肥料等。其特点是：肥料养分和复合组分均达纳米级标准。由于纳米材料的小尺寸效应使肥料带磁效应， 从而使养分更易被植物吸收， 有利于植物生长。另外， 其表面原子周围有许多悬空键， 具有很高活性， 由于表面效应， 使纳米结构肥料表面能、表面结合能增大， 利于在土壤中被植物根系吸收， 提高了肥料使用的效果。纳米结构肥料还能刺激植物生长， 提高植物体内多种酶的活性， 提高作物产量。

（2） 纳米材料胶结包膜缓/控释肥料和纳米碳增效肥料纳米材料胶结包膜缓/控释肥料的包膜剂和胶结剂可以使用腐植酸、纳米高岭土、纳米蒙脱土、纳米沸石、纳米风化煤、高分子树脂、淀粉等材料， 养分材料可以是有机-无机复混肥、无机复合肥、普通氮肥或磷肥等。该肥料的养分组分不是纳米材料， 但其胶结包膜材料是纳米级、亚微米级材料， 使肥料具有纳米材料的特性， 或添加了纳米材料使肥料性能改变， 肥料利用率提高。由于纳米胶结包膜剂具有较高的胶体稳定性和优异的吸附性能， 可使养分被作物持续吸收， 同时纳米肥料胶结包膜剂胶团直径在100 nm内， 纳米材料的小尺寸效应使肥料带磁效应， 从而使养分更易被植物吸收， 有利于植物生长。常规化肥养分释放过快， 与作物吸收养分不协调， 施入土壤后会发生淋溶、挥发、固定等问题， 通过纳米技术与植物营养学、肥料学、肥料制备技术结合， 可解决肥料上述问题。

该类纳米肥料另一个分支是纳米碳增效肥料， 如纳米碳增效碳铵。其养分组分是非纳米结构;但它通过纳米技术和氢键缔合机制， 纳米碳与碳铵结晶形成共晶。在碳铵分子松散结构中， 填充了纳米碳， 改变了松散结构， 使结构变紧密， 从无序变为有序结构， 使碳铵热稳定性、水稳定性提高， 挥发性下降， 同时可延缓铵态氮转化成硝态氮的进程， 进而减少氧化亚氮排放量70%以上， 氮素利用率从25%提高至35%～40%。另外， 该肥料能增加土壤对铵根离子的吸附与固化作用， 其吸附与固化量增加64%。该技术除了已申请中国专利外， 还申请了美国专利和世界专利。

通过多年努力， 我国已经使纳米碳增效肥料和纳米缓/控释肥料逐步产业化， 一些产品生产成本已经与普通复合肥大致相当。目前已经开发出纳米碳增效碳铵、纳米碳增效尿素等。纳米-亚微米级胶结包膜剂品种有10个， 一些品种利用废弃塑料、生活污泥、沼渣、造纸黑液、风化煤、煤矸石等废弃物和高岭土、蒙脱土等廉价非金属矿生产包膜剂或胶结剂， 降低了生产成本。同时包膜材料在土壤中的降解产物既可增加土壤有机-无机复合胶体含量， 又不产生环境污染。

（3） 纳米磁性肥料和纳米生物复合肥料纳米磁性肥料是以土壤磁学和生物磁学为依据， 以粉煤灰等为磁性载体与常规肥料加工成的低成本高效益新型肥料。纳米磁性肥料中纳米颗粒通过肥料中添加的表面活性剂均匀分散在载液中， 形成稳定的具有磁性的胶体溶液， 生产中在磁场作用下被磁化， 可在生物的磁场作用下运动， 易被植物吸附、吸收。

纳米生物复合肥料是以生物学与植物学、植物营养学为依据， 在肥料中加入生物有益菌种和营养组分、中微量元素等制成。

纳米磁性肥料和纳米生物复合肥料可以是离子态或非离子态， 与普通肥料不同之处在于：普通肥料中养分磷和中微量元素养分受液体p H值影响很大， 一般适用的p H在6.5左右， 否则会产生沉淀;而纳米磁性肥料中上述养分稳定， 不受p H值影响， 提高了养分使用效率， 其生物有益菌种、中微量元素及其他营养元素等可以增进植物对肥料的利用， 增强植物抵抗病虫害的能力， 促进代谢等。

2.高效纳米复合肥制备技术研究

2.1. 主要研究内容

特殊的一些植物由于生長期不同阶段对于营养的需求不同，常规的营养液培养很容易造成阶段性的元素缺乏，导致叶片黄、花朵小、开花量少等缺陷。针对这一现象，具体开展以下研究：

（1）原料配方调配工艺研究。通过选用原料尿素，磷酸一铵，硫酸钾，磷酸二氢钾，纳米硫酸亚铁，纳米碳，腐植酸，木质素，BA，水，壳聚糖，硼砂，氯化锌，钼酸钠，硫酸锰，确定重量份数和配方量的百分比。

（2）搅拌混合制备工艺研究。将原料混合放入反应釜中，用水溶解，在100-120℃下搅拌混合反应2小时，研究搅拌混合工艺参数对肥料成形的反应时间和节点，从而便于确定合理的工艺参数，保证肥料的颗粒均匀程度。

（3）纳米元素吸附技术研究。通过化学制备方法制备纳米结构材料，再通过吸附、吸收、反应等方法，确定其活性和结构，制备出纳米复合肥。

2.2. 拟形成的关键技术

（1）原料配方调配技术;

（2）搅拌混合制备技术;

（3）纳米元素吸附技术;

2.3. 拟形成的科研成果目标

通过具体的理论和实践，盖上了不同生长期阶段对于营养的不同需求，所生产的高效纳米复合肥，有利于对氮、磷、钾和复合碳的吸附和解吸，改善化肥的施用效益，营造良好的生态环境，也为高效环境友好型肥料的研制和改良土壤，提高土壤肥力提供科学依据。

参考文献：

[1]纳米生物技术在水稻·玉米·大豆增产效益上的应用研究[J]. 刘键，张阳德，张志明. 安徽农业科学. 2008（36）