高效納米復合肥制備技術研究

陳永紅 張鵬 陳洪偉

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

關鍵詞：納米復合肥;制備技術

1 納米肥料概況

納米肥料概念是中國農科院土壤肥料研究所張夫道研究員首先提出， 并在國家“863”項目中立項， 從3個方向進行研究， 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荒漠化土地技術;利用廢棄物制備納米-亞微米級緩釋材料技術。納米肥料是結合納米技術、醫藥微膠囊技術和化工微乳化技術研發的高新技術， 它包括納米結構肥料、納米材料膠結包膜緩/控釋肥料和納米碳增效肥料、納米磁性肥料和納米生物復合肥料3大類?，F在對上述3大類納米肥料簡述如下。

（1）納米結構肥料納米結構肥料是采用納米技術將難溶于土壤的天然富營養礦石， 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做成納米結構肥料;或通過化學方法制備納米結構材料， 再通過吸附、吸收、反應等方法制備出納米結構肥料;或采用納米技術制備納米級氮肥、磷肥， 如納米尿素、納米磷灰石肥料等。其特點是：肥料養分和復合組分均達納米級標準。由于納米材料的小尺寸效應使肥料帶磁效應， 從而使養分更易被植物吸收， 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， 使納米結構肥料表面能、表面結合能增大， 利于在土壤中被植物根系吸收， 提高了肥料使用的效果。納米結構肥料還能刺激植物生長， 提高植物體內多種酶的活性， 提高作物產量。

（2） 納米材料膠結包膜緩/控釋肥料和納米碳增效肥料納米材料膠結包膜緩/控釋肥料的包膜劑和膠結劑可以使用腐植酸、納米高嶺土、納米蒙脫土、納米沸石、納米風化煤、高分子樹脂、淀粉等材料， 養分材料可以是有機-無機復混肥、無機復合肥、普通氮肥或磷肥等。該肥料的養分組分不是納米材料， 但其膠結包膜材料是納米級、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。由于納米膠結包膜劑具有較高的膠體穩定性和優異的吸附性能， 可使養分被作物持續吸收， 同時納米肥料膠結包膜劑膠團直徑在100 nm內， 納米材料的小尺寸效應使肥料帶磁效應， 從而使養分更易被植物吸收， 有利于植物生長。常規化肥養分釋放過快， 與作物吸收養分不協調， 施入土壤后會發生淋溶、揮發、固定等問題， 通過納米技術與植物營養學、肥料學、肥料制備技術結合， 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。其養分組分是非納米結構;但它通過納米技術和氫鍵締合機制， 納米碳與碳銨結晶形成共晶。在碳銨分子松散結構中， 填充了納米碳， 改變了松散結構， 使結構變緊密， 從無序變為有序結構， 使碳銨熱穩定性、水穩定性提高， 揮發性下降， 同時可延緩銨態氮轉化成硝態氮的進程， 進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， 我國已經使納米碳增效肥料和納米緩/控釋肥料逐步產業化， 一些產品生產成本已經與普通復合肥大致相當。目前已經開發出納米碳增效碳銨、納米碳增效尿素等。納米-亞微米級膠結包膜劑品種有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包膜劑或膠結劑， 降低了生產成本。同時包膜材料在土壤中的降解產物既可增加土壤有機-無機復合膠體含量， 又不產生環境污染。

（3） 納米磁性肥料和納米生物復合肥料納米磁性肥料是以土壤磁學和生物磁學為依據， 以粉煤灰等為磁性載體與常規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， 形成穩定的具有磁性的膠體溶液， 生產中在磁場作用下被磁化， 可在生物的磁場作用下運動， 易被植物吸附、吸收。

納米生物復合肥料是以生物學與植物學、植物營養學為依據， 在肥料中加入生物有益菌種和營養組分、中微量元素等制成。

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

2.高效納米復合肥制備技術研究

2.1. 主要研究內容

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

（1）原料配方調配工藝研究。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，木質素，BA，水，殼聚糖，硼砂，氯化鋅，鉬酸鈉，硫酸錳，確定重量份數和配方量的百分比。

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

（3）納米元素吸附技術研究。通過化學制備方法制備納米結構材料，再通過吸附、吸收、反應等方法，確定其活性和結構，制備出納米復合肥。

2.2. 擬形成的關鍵技術

（1）原料配方調配技術;

（2）攪拌混合制備技術;

（3）納米元素吸附技術;

2.3. 擬形成的科研成果目標

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

參考文獻：

[1]納米生物技術在水稻·玉米·大豆增產效益上的應用研究[J]. 劉鍵，張陽德，張志明. 安徽農業科學. 2008（36）