技术领域
[0001] 本
发明属于肥料技术领域，更具体地，涉及一种包衣控释肥料及其制备方法。
背景技术
[0002] 包衣控释肥料是一种可以精准控制养分释放的智能肥料。它具有灵活多变的配方，能够通过调节包衣的厚度和材料性质调控
内核肥料养分的溶解释放，使之适应不同
植物的养分特点，从而达到提高肥效目的。包衣控释肥料的发明和利用不但提高了肥料的利用率，而且减少了化学肥料对环境造成的污染。
[0003] 现有包衣材料的主要成分来自于石油化产品，石油化产品的高价格使得包衣控释肥料的成本较高，并且石化产品生产的包衣材料不易降解。
[0004] 聚羟基
脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates，简称PHA)是近20多年迅速发展起来的
生物高分子材料。PHA可由
微生物合成，在微生物细胞，特别是细菌细胞中大量地存在，可作为微生物体内的
碳源和
能量的储存物质。当微生物的生长环境中缺乏某种或某些生长必需的营养物质，如氮、磷、镁等，而又有过量的碳源存在时，细菌体内
氧化还原失衡、能量和还原当量失衡，细菌需要把多余的能量以化合物的形式储存起来，如以PHA形式储存起来；当环境中缺乏碳源时，其他
营养元素充足时，PHA又可作为碳源被降解和重新利用。PHA具有
生物可降解性、
生物相容性、压电性和光学活性等。
[0005] 目前PHA产业化品种已有四代。第一代产品的典型代表为均聚物PHB(聚3-羟基丁酸酯)、第二代产品PHBV(聚3-羟基丁酸酯/3-羟基戊酸酯共聚物)、第三代产品PHBHHx(聚3-羟基丁酸酯/3-羟基己酸酯共聚物)、以及第四代产品P34HB(聚3-羟基丁酸酯/3-羟基丁酸酯共聚物)。
[0006] 因此，需要一种残膜易降解、控释效果好的包衣控释肥料。
发明内容
[0007] 本发明的目的是提供一种残膜易降解，控释效果好的包衣控释肥料。
[0008] 为了实现上述目的，本发明一方面提供一种包衣控释肥料，所述包衣控释肥料包括肥料颗粒和包裹在所述肥料颗粒表面的包衣，制成所述包衣的材料包括聚羟基脂肪酸酯。
[0009] 目前市售的聚羟基脂肪酸酯均能够用于制备本发明的包衣控释肥料的包衣的材料。考虑到包衣的降解时间，本发明选择降解时间相对短的聚羟基脂肪酸酯，所述聚羟基脂肪酸酯的
单体可以为C3-C5的脂肪酸或其酯中的至少一种。通过C3-C5的脂肪酸或其酯聚合形成的聚羟基脂肪酸酯为短链的聚羟基脂肪酸酯，更容易被微
生物降解。需要的降解时间短。聚羟基脂肪酸酯的分子量为5×104-2×107Da。
[0010] 本领域技术人员可以通过现有的途径获取本发明中的聚羟基脂肪酸酯，本发明在此不做具体限定。考虑到包衣控释肥料的制造成本、环保和环境友好，所述聚羟基脂肪酸酯可通过微生物在城市生活
污泥中培养，产生聚羟基脂肪酸酯(PHA)，提取后获得PHA。具体而言，所述聚羟基脂肪酸酯由包括以下步骤的方法制得：
[0011] 对好氧
活性污泥(取自
曝气池)中的菌群采用丰盛-饥饿模式对菌群进行富集活化，在150r/min、35℃恒温摇床培养，以COD<100mg/L作为进入饥饿期的标志，控制丰盛-饥饿期时间比1:2-4，例如1:3，得到富集
种子液，每一轮结束将富集种子液离心，离心得到的菌群作为下一轮接种菌种；当到达饥饿期的时间、COD变化稳定至少两个周期时，菌群达到稳定，收集驯化后的菌群；培养基包括以下组分：20mM乙酸钠；4mM NH4Cl；0.33mM KH2PO4；0.2mM K2HPO4；0.4mM MgSO4；0.4mM CaCl2；1ml/L微量元素液，20mg/L硫脲。
[0012] 预脱
水污泥进入热
水解反应系统，在进行板框脱水，获得滤液；
[0013] 将所述滤液作为培养基，将所述驯化后的菌群接种于该培养基，在PHA
发酵系统进行发酵，发酵条件为
温度30-40℃、培养基中的
氨氮和挥发性脂肪酸(VFAs)浓度8000-12000mg COD/L，得到发酵液；
[0014] 从所述发酵液中提取所述聚羟基脂肪酸酯(PHA)，
研磨成PHA粉末备用。
[0015] 在本发明中，制成所述包衣的材料还包括乳化剂和包衣剂。所述乳化剂为BS-12和/或OP-10。所述包衣剂为二氯甲烷、乙酸乙酯和
乙醇中的至少一种。
[0016] 本领域技术人员可以根据所需的包衣控释肥料的释放时效选择所述聚羟基脂肪酸酯的用量。优选地，所述聚羟基脂肪酸酯与所述肥料颗粒的
质量比为1:15-25。满足对作物的生长所需的营养物质的释放量。
[0017] 本发明提供的包衣控释肥料中的肥料颗粒可以为市售任一种肥料颗粒，优选为
有机肥料颗粒。本发明对肥料颗粒性质和功能不做具体限定。优选地，所述肥料颗粒由经过
厌氧消化的城市生活污泥经脱水、
造粒、烘干制成。更优选地，将提取PHA后的厌氧消化的城市生活污泥经脱水、造粒、以及烘干制成。城市生活污泥作为肥料在使用过程中，由于含有丰富的氮、磷、
钾等养分资源，营养盐成分较高，有利于植物生长，包衣能够防止将城市生活污泥直接作为肥料施入
土壤后遇水后其中的营养盐成分迅速释放，对于体型较小的花草等植物，避免烧苗以及养分过剩迁移造成
地下水污染等
风险。
[0018] 在肥料颗粒的制作过程中，脱水可以采用过滤脱水或板框脱水。
[0019] 本发明第二方面提供一种制备上述包衣控释肥料的方法，所述方法包括以下步骤：
[0020] 将所述聚羟基脂肪酸酯、乳化剂与包衣剂混合，形成乳浊液；
[0021] 将所述乳浊液喷洒在所述肥料颗粒上，干燥处理，制成包衣控释肥料。
[0022] 在本发明的一种优选实施方式中，所述方法还包括：对所述乳浊液进行加热，加热可使PHA
溶解度提高，加快溶解速率和提高溶解效果；所述加热的温度不高于40℃。
[0023] 在将所述乳浊液喷洒所述肥料颗粒的过程中，可以边喷洒边搅拌，使得乳浊液均匀包裹肥料颗粒，在肥料颗粒的表面形成均匀的包衣。
[0024] 乳化剂可以使得所述聚羟基脂肪酸酯在乳化剂中形成均匀的乳浊液，使得其中的聚羟基脂肪酸酯均匀地附在所述肥料颗粒的表面，即所述肥料颗粒的表面均被聚羟基脂肪酸酯包裹，确保包衣控释肥料的控制释放性能。所述乳化剂为BS-12和/或OP-10。
[0025] 本发明对包衣剂不作具体限定，尽量可能使聚羟基脂肪酸酯溶解其中，以将聚羟基脂肪酸酯均匀地包裹在所述肥料颗粒的表面即可。优选地，所述包衣剂为二氯甲烷、乙酸乙酯和乙醇中的至少一种。更优选地，所述包衣剂为二氯甲烷。
[0026] 在本发明的一种优选实施方式中，所述干燥处理为室温
通风，或烘干。在干燥处理的过程中，每隔预设时间，例如每隔3-5分钟，对喷洒乳浊液后的肥料颗粒进行翻动或摇动，翻动和摇动的过程中，主要翻动和摇动的粒度，避免肥料颗粒
破碎，确保包衣控释肥料的释控性能。
[0027] 将上述制备的包衣控释肥料冷却至室温后，称量、
包装、贮存。
[0028] 本发明提供的包衣控释肥料，采用聚羟基脂肪酸酯作为包衣的材料，使得包衣控释肥料具有良好的生物降解性、生物相容性以及控释效果。不仅如此，本发明提供的包衣控释肥料还能为土壤中的微生物提供有机碳源，提高肥料的利用率，增加土壤的肥
力，从而促进植物生长发育。
[0029] 本发明提供的包衣控释肥料，能够被微生物充分降解，控释性能完全符合植物需肥规律，并且成本低廉。
[0030] 本发明提供的包衣控释肥料采用城市生活污泥或者厌氧消化后的城市生活污泥制备肥料颗粒，减少环境污染，实现资源再生利用。
[0031] 本发明提供的包衣控释肥料的方法简单，成本低廉，有利于资源的
回收利用。
[0032] 本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
[0033] 下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
[0034] 制备例1
[0035] 本制备例提供肥料颗粒。将城市生活污泥的厌氧消化产物经过板框脱水、造粒、烘干制成肥料颗粒。
[0036] 制备例2
[0037] 本制备例提供PHA。制备PHA的方法包括以下步骤：
[0038] 菌种驯化采用的丰盛-饥饿模式对菌群进行富集活化。将取自曝气池的好氧活性污泥接种于包含碳源、NP营养、微量元素、硫脲组成的培养基中，在150r/min、35℃恒温摇床培养，以COD<100mg/L作为进入饥饿期的标志，控制丰盛-饥饿期时间比1:3，得到富集种子液，每一轮结束将富集的种子液离心，离心得到的菌体作为下一轮接种菌种；当到达饥饿期的时间和COD变化稳定至少两个周期时，认为菌群达到稳定，收集菌群作为PHA批式实验的菌种。培养基包括以下组分：20mM乙酸钠；4mM NH4Cl；0.33mM KH2PO4；0.2mM K2HPO4；0.4mM MgSO4；0.4mM CaCl2；1ml/L微量元素液，20mg/L硫脲。
[0039] 预脱水污泥进入热水解反应系统，在进行板框脱水，获得滤液。
[0040] 将滤液作为培养基，将所述驯化后的菌群接种于该培养基，在PHA发酵系统进行发酵，发酵条件为温度35℃、培养基中的氨氮和挥发性脂肪酸(VFAs)浓度10000mg COD/L，得到发酵液；从发酵液冲提取PHA产品，研磨成PHA粉末备用。
[0042] 本实施例提供一种制备包衣控释肥料的方法。该方法包括以下步骤：
[0043] 称取制备例2制备的PHA粉末3.000g、二氯甲烷18.00ml、和BS-122.00ml置于烧杯中，在40℃下，搅拌均匀，形成乳浊液。
[0044] 将60.00g制备例1制备的肥料颗粒置于转鼓中，将乳浊液喷洒在肥料颗粒上，(40±1)℃烘箱内烘拷，每隔3分钟摇动转鼓30s，直至烘干为止，大约需要10-15分钟，制成包衣控释肥料。
[0045] 实施例2
[0046] 本实施例提供一种制备包衣控释肥料的方法。该方法包括以下步骤：
[0047] 称取制备例2制备的PHA粉末3.00g、二氯甲烷18.00ml、和BS-122.00ml置于烧杯中，在40℃下，搅拌均匀，形成乳浊液。
[0048] 将45.00g制备例1制备的肥料颗粒置于转鼓中，将乳浊液喷洒在肥料颗粒上，(40±1)℃烘箱内烘拷，每隔3分钟摇动转鼓30s，直至烘干为止，大约需要10-15分钟，制成包衣控释肥料。
[0049] 实施例3
[0050] 本实施例提供一种制备包衣控释肥料的方法。该方法包括以下步骤：
[0051] 称取制备例2制备的PHA粉末3.00g、二氯甲烷18.00ml、和BS-122.00ml置于烧杯中，在40℃下，搅拌均匀，形成乳浊液。
[0052] 将75.00g制备例1制备的肥料颗粒置于转鼓中，将乳浊液喷洒在肥料颗粒上，(40±1)℃烘箱内烘拷，每隔3分钟摇动转鼓30s，直至烘干为止，大约需要10-15分钟，制成包衣控释肥料。
[0053] 测试例
[0054] 将实施例1制备的包衣控释肥料与制备例1制备的肥料颗粒进行25℃静置水中磷溶出率对比试验，试验周期为56天，具体试验数据如表1：
[0055] 表1包衣颗粒和未包衣颗粒磷溶出率随时间变化
[0056]
[0057] 由表1可知，实施例1制备的包衣控释肥料的磷溶出率显著低于制备例1制备的肥料颗粒。可见，PHA制成的包衣对肥料颗粒中的物质溶出具有释控作用。并且在感官上，在第28天后，包衣控释肥料的颗粒明显破碎，说明PHA出现大面积降解，可见，本发明提供的包衣控释肥料具有优异的生物降解性。
[0058] 以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多
修改和变更都是显而易见的。
