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液体缓释氮肥及其制备工艺

阅读：427发布：2020-05-17

专利汇可以提供液体缓释氮肥及其制备工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于肥料领域，具体涉及一种液体缓释氮肥产品及其制备工艺。其中所述液体缓释氮肥的原料配方包括：腐植酸/ 黄腐酸混合物：15-20重量份；液氨：30-35重量份；以及聚谷氨酸：0.1-0.3重量份。本发明的液体缓释氮肥通过腐植酸、黄腐酸和液氨分子间的有机络合反应，生成了腐植酸络合铵态氮肥，形成了腐植酸、黄腐酸有机质和氮元素的完美结合，真正成为了有机氮肥产品，有效的解决了普通氮肥“淋失”和“挥发”导致利用率低的问题，这也是本液体缓释氮肥与其它单质氮肥或缓释氮肥产品在本质上的区别，填补了国内外高浓度液体缓释氮肥产品的空白。，下面是液体缓释氮肥及其制备工艺专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种液体缓释氮肥，其特征在于，其原料配方包括：
腐植酸/黄腐酸混合物：15-20重量份；
液氨：30-35重量份；以及
聚谷氨酸：0.1-0.3重量份。
2.根据权利要求1所述的液体缓释氮肥，其特征在于，
所述腐植酸/黄腐酸混合物与液氨在水溶液条件下发生络合反应和/或螯合反应，其反应式为：
n(HA-COOH）+n(NH3)→n(HA-COO-NH4)。
3.根据权利要求1所述的液体缓释氮肥，其特征在于，
所述腐植酸/黄腐酸混合物包括：腐植酸和黄腐酸；其中
黄腐酸的含量占比为15%-20%。
4.根据权利要求1所述的液体缓释氮肥，其特征在于，
所述聚谷氨酸包括γ-聚谷氨酸；
所述γ-聚谷氨酸适于通过谷氨酸分子γ-羟基和α-氨基间的酰胺键连接形成；以及所述γ-聚谷氨酸包括农用聚谷氨酸，其分子量小于2万。
5.一种液体缓释氮肥的制备工艺，其特征在于，包括：
络合反应和/或螯合反应，即腐植酸/黄腐酸混合物与液氨在水溶液条件下进行反应，生成络合物和/或螯合物；
复合反应，即通过聚谷氨酸对络合物和/或螯合物进行复合。
6.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，
所述络合反应和/或螯合反应适于在一级微反应器中进行，其反应温度不超过40℃，反应压力为1.7 Mpa。
7.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，所述复合反应适于在二级微反应器中进行，其反应温度不超过40℃，反应压力为0.5 Mpa。
8.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，
所述络合反应和/或螯合反应及复合反应的总时间为不低于180秒。

说明书全文

液体缓释氮肥及其制备工艺

技术领域

[0001] 本发明属于肥料领域，具体涉及一种液体缓释氮肥产品及其制备工艺。

背景技术

[0002] 液体缓释氮肥产品经过10多年的发展和使用，由于其缓释效果和高的利用率特性，得到市场较高的认可度。目前液体缓释氮肥产品一般通过以下几种方式生产，第一种是尿素和脲甲醛缓混合物，并通过与一种有机小分子腐植酸或氨基酸混配，成为一种缓释液体氮肥。第二种是以尿素硝酸铵溶液为原料，添加一定量的腐植酸、黄腐酸原料，利用腐植酸和黄腐酸分子的吸附特性，通过搅拌混合生产一种液体缓释氮肥。但分子间未发生化学反应，本质上还是尿素硝铵溶液，该产品不属于真正意义上的缓释氮肥。

[0003] 以上所述的二种液体缓释氮肥的生产方法和产品，仅仅将原料进行简单的混配，原料间未发生有效的络合或螯合反应，来生成缓释态的铵态氮，产品性能没有明显的提升，不能成为液体缓释氮肥，很难延长高浓度液体缓释氮肥的肥效时间，达不到液体肥长效缓释的作用。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种液体缓释氮肥产品及其制备工艺，以延长高浓度液体缓释氮肥的肥效时间。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种液体缓释氮肥，包括：腐植酸/黄腐酸混合物：15-20重量份；液氨：30-35重量份；以及聚谷氨酸：0.1-0.3重量份。

[0006] 进一步，所述腐植酸/黄腐酸混合物与液氨在水溶液条件下发生络合反应和/或螯合反应，其反应式为：

[0007] n(HA-COOH)+n(NH3)→n(HA-COO-NH4)。

[0008] 进一步，所述腐植酸/黄腐酸混合物包括：腐植酸和黄腐酸；其中黄腐酸的含量占比为15％-20％。

[0009] 进一步，所述聚谷氨酸包括γ-聚谷氨酸；所述γ-聚谷氨酸适于通过谷氨酸分子γ-羟基和α-氨基间的酰胺键连接形成；以及所述γ-聚谷氨酸包括农用聚谷氨酸，其分子量小于2万。

[0010] 又一方面，本发明还提供了一种液体缓释氮肥的制备工艺，包括：络合反应和/或螯合反应，即腐植酸/黄腐酸混合物与液氨在水溶液条件下进行反应，生成络合物和/或螯合物；复合反应，即通过聚谷氨酸对络合物和/或螯合物进行复合。

[0011] 进一步，所述螯合反应适于在一级微反应器中进行，其反应温度不超过40℃，反应压力为1.7Mpa。

[0012] 进一步，所述复合反应适于在二级微反应器中进行，其反应温度不超过40℃，反应压力为0.5Mpa。

[0013] 进一步，所述络合反应和螯合反应及复合反应的总时间为不低于180秒。

[0014] 本发明的有益效果是，本发明的液体缓释氮肥及其制备工艺，实现了腐植酸、黄腐酸和氨分子间的有机络合反应和/或螯合反应，反应生成了腐植酸络合铵态氮肥，形成了腐植酸、黄腐酸有机质和氮元素的完美结合，真正成为了有机氮肥产品，有效的解决了普通氮肥“淋失”和“挥发”问题；通过聚谷氨酸对腐植酸铵进行复合，使腐植酸铵具有更好的缓释性能，其氮含量可以达到30-40％，肥效持续释放时间为45-60天。

[0015] 本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。

[0016] 为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，作详细说明如下。

具体实施方式

[0017] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0018] 实施例1

[0019] 本实施例1的液体缓释氮肥的原料配方包括：腐植酸/黄腐酸混合物：15-20重量份；液氨：30-35重量份；以及聚谷氨酸：0.1-0.3重量份。具体的，所述原料可以为液体原料，也可以是固体原料通过纯水配制。

[0020] 可选的，所述液体缓释氮肥为水剂，在原料配方或制备过程(络合反应和/或螯合反应、复合反应)中加入的水为去离子水或纯水，其含量占比大约为45-50％。

[0021] 可选的，所述液氨为工业级液氨，当然也可以替换成等量氨含量的氨水。

[0022] 可选的，所述腐植酸/黄腐酸混合物包括：腐植酸和黄腐酸；其中腐植酸/黄腐酸混合物中黄腐酸的含量为15-20％，可选为17％、18％。所述腐植酸/黄腐酸混合物可以但不限于矿源腐植酸或者植物源腐植酸、黄腐酸原料，但要求原料要有良好的水溶性、全水溶，且重金属含量不能超标。

[0023] 作为螯合反应的一种可选的实施方式。

[0024] 所述腐植酸/黄腐酸混合物与液氨在水溶液条件下发生络合反应和/或螯合反应，生成了一种含有腐植酸铵和黄腐酸铵的络合物和/或螯合物，属于混合物或特殊的分子群，其反应式为：

[0025] n(HA-COOH)+n(NH3)→n(HA-COO-NH4)。

[0026] 可选的，所述腐植酸/黄腐酸混合物可以选择固体原料，通过水配制成含量为30％的腐植酸/黄腐酸混合物的水溶液。

[0027] 络合反应和/或螯合反应的反应机理如下：“络合反应和/或螯合反应”模型只是一种理想表达式，实际上，腐植酸的组成结构非常复杂，其中活性官能团的种类(主要是羧基、酚羟基、醌基和羰基等)及其相对位置也多种多样。在一定条件下，腐植酸与水的作用包括物理-化学吸附、氢键缔合、离子交换、络合配位、自由基反应，甚至还有少量亲核加成反应，但总体上腐植酸与液氨分子之间的多数结合键并不十分紧密，在水中大部分液氨吸附状态下和腐植酸发生了反应，而腐植酸也是以阴离子态存在，显示出腐植酸本身的特性和效应。

[0028] 作为聚谷氨酸的一种可选的实施方式。

[0029] 所述聚谷氨酸包括γ-聚谷氨酸；所述γ-聚谷氨酸适于通过谷氨酸分子γ-羟基和α-氨基间的酰胺键连接形成；以及所述γ-聚谷氨酸包括农用聚谷氨酸，其分子量小于2万。

[0030] 众所周知，聚谷氨酸有以下几种级别：化妆品级、食品级：分子量70万；药品级：分子量100万；水处理级：分子量150万；土壤、植物调节剂级：分子量2万以下。本实施例的聚谷氨酸优先选择土壤、植物调节剂级的聚谷氨酸，其分子量小于2万，相较于其他级别的聚谷氨酸，由于分子量较小，溶解性和吸附性都比较好。

[0031] 聚谷氨酸与螯合物质的结合机理如下：聚谷氨酸作为缓释助剂，与黄腐酸通过相互吸附的作用复合成有机高分子膜，聚谷氨酸在大分子状态而锁住黄腐酸铵。然后在施肥过程中，聚谷氨酸逐渐降解，黄腐酸铵逐步释放，持续发挥作用，起到缓释的作用。γ-聚谷氨酸长链有大量游离负电羧基，对正电养分离子有很强的吸附能力，吸蓄养分，储存植物暂时不用的养分，抑制肥料成分的快速分解和流失，可以直接减少肥料用量20％以上，并使肥料在土壤中的释放时间延长4倍左右。

[0032] 当然，聚谷氨酸还可以富集氮磷钾、钙镁等中微量元素，使氮肥的利用率提高50-60％，磷肥利用率提高5％以上，钾肥利用率提高15-20％，每亩可节约化肥用量20％左右。
考虑成本因素，在本实施例中可以选用分子量2万以下的聚谷氨酸粗品，即固体粉末(聚谷氨酸含量≥30％)为原料，添加量为1.5-3.5％，控制成品聚谷氨酸含量在0.1-0.3％范围内。

[0033] 现有的液体缓释氮肥主要是利用腐植酸和黄腐酸分子的吸附特性，分子间未发生化学反应，未形成络合铵态氮，没有实质性的形成缓释氮肥的效果，只是通过搅拌进行简单的混配，产品性能没有明显的提升，不足以使氮肥具有长效缓释的效果，考虑其溶解性问题，肥料中氮含量也相对较低，一般为20-26％。

[0034] 本实施例1的液体缓释氮肥通过腐植酸、黄腐酸和氨分子间的有机络合反应和/或螯合反应，生成了腐植酸络合铵态氮肥，形成了腐植酸、黄腐酸有机质和氮元素的完美结合，真正成为了有机氮肥产品，氮元素的利用率从35％提高到80％左右，利用率提高了2-3倍，肥效持续时间45-60天，有效的解决了普通氮肥“淋失”和“挥发”利用率低的问题，这也是本液体缓释氮肥与其它单质氮肥或缓释氮肥产品在本质上的区别。

[0035] 此外，本液体缓释氮肥还具有以下优点：

[0036] (1)实现液体缓释氮肥，可以取代尿素，直接使用，作为氮肥在农业生产中的推广应用，可以实现了肥料使用减半的目标，其具有重要的战略意义和价值。大量施用单一氮肥(如尿素)的五大危害：一是造成烧根烧苗，对作物有效根(毛细根)损伤严重；二是增加后期倒伏风险，不利于种植物生长；三是抑制作物对磷钾肥的吸收，造成减产；四是导致作物贪青晚熟，养分倒流；五是氮肥过多，易引起真菌性病害爆发。本液体缓释氮肥可以让作物自由吸收，有效缓解上述五大危害，其安全性能高，可解决使用尿素造成的单一盐害这一历史性难题。

[0037] (2)具有极好的复配性，易于和其它肥料元素复合。既可以作为单质氮肥，种植者直接使用，又可以作为复合肥企业的配方肥料基础原料，作为氮源提供者，代替尿素，复配到各种配方肥料中，高浓度液体缓释氮肥的发明，将会改变肥料复配方式和产品结构，肥料复配工艺和配方调整将变得更加简单和容易，所以有极高的应用和使用价值。

[0038] (3)本液体缓释氮肥由原来的单一提供氮元素营养到提供有机质，更具备刺激生长和改良土壤的作用，长期使用，非常有利益于改良土壤。该产品有着尿素和其它单质氮肥不可比的优良特性：本发明的液体缓释氮肥产品有“缓释和稳定”的优点，可以帮助农业生产实现“减量和增效”的目的。可以取代尿素和其它单质氮肥，在农业生产中的推广应用。单是取代尿素作为追肥，在农业生产中的应用，每年的市场容量就高达2000万吨以上。

[0039] (4)良好的水溶性，低盐指数特性，是叶面肥最安全的复配原料。长期使用，对土壤特别友好和安全，这将改变传统的用肥习惯，极大提高肥料的利用率。本发明的液体缓释氮肥，盐指数为0.5(普通肥料尿素盐指数为75左右)

[0040] (5)极具竞争的价格优势。本液体缓释氮肥的生产成本，仅为国内外同类产品的1/10，但其中的腐植酸和黄腐酸含量，已经远远高于国内外同类产品。

[0041] 实施例2

[0042] 在实施例1的基础上，本实施例2还提供了一种液体缓释氮肥的制备工艺，包括：络合反应和/或螯合反应，即腐植酸/黄腐酸混合物与液氨在水溶液条件下进行反应，生成络合物和/或螯合物；复合反应，即通过聚谷氨酸对络合物和/或螯合物进行复合。

[0043] 具体工艺过程如下：(1)通过液体输送泵输送腐植酸/黄腐酸混合物的水溶液和液氨，并经过流量计计量，按比例输送到一级微反应器中，在一级微反应器中，液氨和腐植酸发生类似的酸碱中和反应，生成腐植酸铵水溶液。(2)经过一级微反应器反应后的物料，直接进入二级微反应器，保证反应的更充分和彻底。同时在二级微反应器进口，加入聚谷氨酸水溶液，通过二级微反应器的作用，使聚谷氨酸和生成的络合物和/或螯合物进行复合反应，使生成的络合物和/或具有更好的缓释性能。(3)二级微反应器完成反应后，反应好的物料，直接进入成品储罐。

[0044] 可选的，所述螯合反应适于在一级微反应器中进行，其反应温度不超过40℃，反应压力为1.7Mpa，既可以增加反应速度，又可以保持液氨或氨水为液态，反应物均为液体，反应速率更高、反应更稳定；所述复合反应适于在二级微反应器中进行，其反应温度不超过40℃，反应压力为0.5Mpa。

[0045] 可选的，所述络合和/或螯合反应与复合反应的总时间为不低于180秒，可以保证反应完全进行。一般情况下，按照本实施例2中的制备工艺参数进行，在180秒内两步反应基本完成，这样也可以提高生产效率。

[0046] 本实施例2的制备工艺通过控制反应物在一级微反应器和二级微反应器的停留时间，来控制液氨的反应进行彻底。一般情况下，在常温常压下，腐植酸、黄腐酸与液氨的反应速度较慢，通过微通道反应器，微通道的强化混合和反应的特殊结构，在加压状态下来强化反应过程，反应速度成百倍加快，从而保证反应的彻底性和生产的连续性。

[0047] 实施例3

[0048] 将15重量份腐植酸/黄腐酸混合物30％的水溶液、30重量份液氨，通过液体输送泵输送并经过流量计计量后，输送到一级微反应器中，在一级微反应器中，液氨和腐植酸发生类似的酸碱中和反应，生成腐植酸铵水溶液。

[0049] (2)经过一级微反应器反应后的物料，直接进入二级微反应器，保证反应的更充分和彻底。同时在二级微反应器进口，加入含0.1重量份聚谷氨酸的水溶液，通过二级微反应器的作用，使聚谷氨酸和生成的络合物和/或螯合物进行复合反应，使生成的络合物和/或螯合物具有更好的缓释性能。

[0050] (3)二级微反应器完成反应后，反应好的物料，直接进入成品储罐。

[0051] 实施例4

[0052] 将15重量份腐植酸/黄腐酸混合物30％的水溶液、30重量份液氨，通过液体输送泵输送并经过流量计计量后，输送到一级微反应器中，在一级微反应器中，液氨和腐植酸发生类似的酸碱中和反应，生成腐植酸铵水溶液。

[0053] (2)经过一级微反应器反应后的物料，直接进入二级微反应器，保证反应的更充分和彻底。同时在二级微反应器进口，加入含0.2重量份聚谷氨酸的水溶液，通过二级微反应器的作用，使聚谷氨酸和生成的络合物和/或螯合物进行复合反应，使生成的络合物和/或螯合物具有更好的缓释性能。

[0054] (3)二级微反应器完成反应后，反应好的物料，直接进入成品储罐。

[0055] 实施例5

[0056] 将15重量份腐植酸/黄腐酸混合物30％的水溶液、30重量份液氨，通过液体输送泵输送并经过流量计计量后，输送到一级微反应器中，在一级微反应器中，液氨和腐植酸发生类似的酸碱中和反应，生成腐植酸铵水溶液。

[0057] (2)经过一级微反应器反应后的物料，直接进入二级微反应器，保证反应的更充分和彻底。同时在二级微反应器进口，加入含0.3重量份聚谷氨酸的水溶液，通过二级微反应器的作用，使聚谷氨酸和生成的络合物和/或螯合物进行复合反应，使生成的络合物和/或螯合物具有更好的缓释性能。

[0058] (3)二级微反应器完成反应后，反应好的物料，直接进入成品储罐。

[0059] 实施例6

[0060] 将20重量份腐植酸/黄腐酸混合物30％的水溶液、35重量份液氨，通过液体输送泵输送并经过流量计计量后，输送到一级微反应器中，在一级微反应器中，液氨和腐植酸发生类似的酸碱中和反应，生成腐植酸铵水溶液。

[0061] (2)经过一级微反应器反应后的物料，直接进入二级微反应器，保证反应的更充分和彻底。同时在二级微反应器进口，加入含0.1重量份聚谷氨酸的水溶液，通过二级微反应器的作用，使聚谷氨酸和生成的络合物和/或螯合物进行复合反应，使生成的络合物和/或螯合物具有更好的缓释性能。

[0062] (3)二级微反应器完成反应后，反应好的物料，直接进入成品储罐。

[0063] 实施例7

[0064] 将20重量份腐植酸/黄腐酸混合物30％的水溶液、35重量份液氨，通过液体输送泵输送并经过流量计计量后，输送到一级微反应器中，在一级微反应器中，液氨和腐植酸发生类似的酸碱中和反应，生成腐植酸铵水溶液。

[0065] (2)经过一级微反应器反应后的物料，直接进入二级微反应器，保证反应的更充分和彻底。同时在二级微反应器进口，加入含0.2重量份聚谷氨酸的水溶液，通过二级微反应器的作用，使聚谷氨酸和生成的络合物和/或螯合物进行复合反应，使生成的络合物和/或螯合物具有更好的缓释性能。

[0066] (3)二级微反应器完成反应后，反应好的物料，直接进入成品储罐。

[0067] 实施例8

[0068] 将20重量份腐植酸/黄腐酸混合物30％的水溶液、35重量份液氨，通过液体输送泵输送并经过流量计计量后，输送到一级微反应器中，在一级微反应器中，液氨和腐植酸发生类似的酸碱中和反应，生成腐植酸铵水溶液。

[0069] (2)经过一级微反应器反应后的物料，直接进入二级微反应器，保证反应的更充分和彻底。同时在二级微反应器进口，加入含0.3重量份聚谷氨酸的水溶液，通过二级微反应器的作用，使聚谷氨酸和生成的络合物和/或螯合物进行复合反应，使生成的络合物和/或螯合物具有更好的缓释性能。

[0070] (3)二级微反应器完成反应后，反应好的物料，直接进入成品储罐。

[0071] 实施例9

[0072] 将18重量份腐植酸/黄腐酸混合物30％的水溶液、32重量份液氨，通过液体输送泵输送并经过流量计计量后，输送到一级微反应器中，在一级微反应器中，液氨和腐植酸发生类似的酸碱中和反应，生成腐植酸铵水溶液。

[0073] (2)经过一级微反应器反应后的物料，直接进入二级微反应器，保证反应的更充分和彻底。同时在二级微反应器进口，加入含0.2重量份聚谷氨酸的水溶液，通过二级微反应器的作用，使聚谷氨酸和生成的络合物和/或螯合物进行复合反应，使络合物和/或螯合物具有更好的缓释性能。

[0074] (3)二级微反应器完成反应后，反应好的物料，直接进入成品储罐。

[0075] 实施例10

[0076] 在本例10中对液体缓释氮肥和传统的含氮元素氮肥，如尿素、硝酸铵、碳铵、尿素硝铵溶液等单质氮肥进行对比，其中，氮含量占比、腐植酸含量占比、聚谷氨酸含量占比、氮元素利用率、肥效持续时间的对比结果如表1所示。

[0077] 表1液体缓释氮肥的肥效对比

[0078]

[0079] 综上所述，本液体缓释氮肥产品及其制备方法通过腐植酸、黄腐酸和液氨(或氨水)，在水溶液条件下，使其分子间发生了化学反应，生成了一种腐植酸铵和黄腐酸铵的络合物或螯合物质，并加入聚谷氨酸作为缓释助剂，形成一种有机复合高分子膜，最终形成为具有缓释效果的液体缓释氮肥产品，填补了国内外高浓度液体缓释氮肥产品的空白。

[0080] 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

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