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基本信息

項(xiàng)目名稱：
一種新型綠色高分子緩/控釋化肥的制備
小類：
能源化工
簡介：
本作品主要是新型綠色高分子緩/控釋化肥的制備。首先以碳酸二丙酯和尿素為原料，在適當(dāng)?shù)臈l件下合成不同平均聚合度的聚羰基脲，該產(chǎn)物可以單獨(dú)作為高分子緩/控釋氮肥使用；然后再以聚羰基脲和磷酸二氫鉀為原料通過熔融縮聚的方法合成作品中的新型綠色N/P/K高分子緩/控釋化肥。作品中提供的合成工藝綠色環(huán)保、成本低廉且易于實(shí)現(xiàn)，所合成的高分子緩/控釋化肥的緩釋周期可靈活調(diào)節(jié)且施用后無任何基體殘留和有害物質(zhì)釋放。
詳細(xì)介紹：
首先以碳酸二丙酯和尿素為原料，在適當(dāng)催化劑作用下，通過縮聚反應(yīng)合成了聚羰基脲，再將其與磷酸二氫鉀通過熔融聚合的方法合成了聚羰基脲/磷酸二氫鉀二元嵌段共聚物，即作品中的新型綠色N、P、K高分子緩/控釋化肥。本作品制備工藝簡單，制備過程中無有毒和腐蝕性物質(zhì)釋放，因此是一種綠色的合成工藝。 作品第一步合成的聚羰基脲可以看做是用羰基將尿素分子連接起來，其分子中只含有碳、氫、氧、氮四種元素，施入土壤后在土壤中水和微生物的作用下逐步降解為可被植物吸收的氨、水和二氧化碳，無任何基體殘留和有害物質(zhì)的釋放，因此是一種真正意義上的環(huán)境友好型緩/控釋氮肥。所合成的聚羰基脲經(jīng)緩釋性能測試，優(yōu)于傳統(tǒng)的脲甲醛緩施肥，平均聚合度為1、2、4、5的聚羰基脲氮素活度系數(shù)分別為99.11、64.08、65.47、61.45，這表明不同平均聚合度的聚羰基脲可以滿足不同生長期的作物生長對(duì)養(yǎng)分的需求。 作品第二步合成的N/P/K高分子緩/控釋化肥繼承了聚羰基脲緩釋氮肥合成工藝綠色環(huán)保、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了N、P、K三種營養(yǎng)元素的緩釋。由于該肥是通過聚羰基脲與磷酸二氫鉀的熔融聚合制備，因此可以通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間來靈活的調(diào)節(jié)產(chǎn)物的平均聚合度以實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)節(jié)緩釋期的目的，通過調(diào)節(jié)聚羰基脲與磷酸二氫鉀的投料摩爾比來調(diào)節(jié)緩釋肥中N、P、K的養(yǎng)分含量及相對(duì)比例。此外，N/P/K高分子緩/控釋化肥聚合物主鏈上N、P的含量較高且有大量的氨基和亞氨基存在，因此也是一種潛在的反應(yīng)型氮磷協(xié)同阻燃劑。

作品圖片

  • 一種新型綠色高分子緩/控釋化肥的制備
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

本作品旨在提供一種合成新型綠色高分子緩釋肥的技術(shù)，該技術(shù)的特征是綠色環(huán)保、生產(chǎn)成本較低并且工藝簡單；所合成的高分子緩釋肥是一種能夠根據(jù)植物生長所需而釋放養(yǎng)分的新型肥料，該緩/控釋化肥降解后無任何基體殘余且全部為植物生長所需的養(yǎng)分，該高分子緩/控釋化肥長期使用能有效改良土壤， 提高作物產(chǎn)量。 本作品的設(shè)計(jì)思路源自脲甲醛高分子緩釋肥的合成，脲甲醛緩釋肥雖然可以實(shí)現(xiàn)氮元素的緩釋，然而存在諸多缺點(diǎn)，如生產(chǎn)和降解后都有醛類的釋放、養(yǎng)分單一等。本作品將雙官能團(tuán)原料甲醛用綠色試劑碳酸二丙酯代替，通過尿素與碳酸二丙酯之間熔融聚合反應(yīng)實(shí)現(xiàn)用羰基將多個(gè)尿素分子連接起來合成聚羰基脲的目的。然后再將聚羰基脲和磷酸二氫鉀通過脫除小分子水而形成N/P/K高分子緩釋肥。其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：1）尿素與碳酸二丙酯反應(yīng)合成聚羰基脲是在常壓下進(jìn)行，反應(yīng)條件溫和；2）聚羰基脲本身可以做為緩釋氮肥使用，并且其緩釋周期可以根據(jù)植物生長的需要靈活的進(jìn)行調(diào)節(jié)；3）反應(yīng)過程中的副產(chǎn)物正丙醇可以與二氧化碳反應(yīng)合成碳酸二丙酯，從而實(shí)現(xiàn)原料的循環(huán)使用，降低了生產(chǎn)成本。將該工藝與聚羰基脲的合成步驟相耦合，可以看做用二氧化碳與尿素反應(yīng)合成了聚羰基脲；4）作品合成的N/P/K高分子緩/控釋化肥，其緩釋周期可以根據(jù)植物生長要求靈活調(diào)節(jié)。施用后無任何基體殘留，同時(shí)也不含有銅、鎳、銀等重金屬離子，不會(huì)造成環(huán)境污染，相反具有改良土壤的作用。 本作品的主要技術(shù)指標(biāo)是所制備產(chǎn)品的化學(xué)結(jié)構(gòu)是否正確、產(chǎn)品的平均聚合度是否合理、產(chǎn)率是否符合工業(yè)化生產(chǎn)的要求。

科學(xué)性、先進(jìn)性

1.首次以碳酸二丙酯和尿素為原料，在適當(dāng)?shù)拇呋瘎┖头磻?yīng)條件下制備了聚碳基脲，并且以之為原料與磷酸二氫鉀反應(yīng)合成了新型綠色N/P/K高分子緩釋肥。 2.本作品合成聚碳基脲分子中只含有碳、氫、氧、氮四種元素，是一種分子中不含有亞甲基的聚酰胺類化合物，可以看作是通過碳?；驶⒛蛩剡B接而成。與尿素相比，聚碳?；逶诶渌芙舛葧?huì)大幅度降低，其效果等于賦予尿素以一定的緩釋性能，施入土壤后能在水和微生物的作用下逐步降解為能被農(nóng)作物吸收的營養(yǎng)物質(zhì)CO2和NH3，沒有任何基體殘留，因此可以看做是一種新型的綠色緩/控釋氮肥。 3.作品中新型綠色N/P/K高分子緩釋肥由聚羰基脲與磷酸二氫鉀反應(yīng)制備，繼承了聚羰基脲綠色環(huán)保、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了N、P、K三種元素的緩釋且能有效改善土壤。 4.采用多種表征手段對(duì)制備的聚碳基脲以及N/P/K高分子緩/控釋化肥的結(jié)構(gòu)和緩釋性能進(jìn)行了表征，確定了反應(yīng)條件與產(chǎn)物平均聚合度及產(chǎn)率的關(guān)系，具有很好的理論性和科學(xué)性。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

專利權(quán)利轉(zhuǎn)讓或者專利實(shí)施許可。

作品可展示的形式

實(shí)物，圖片，樣品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

作品中的新型綠色高分子緩釋肥使用說明及使用范圍如下：對(duì)于玉米、棉花等行距較大的作物，按照25千克/畝的肥料用量，一次性施于種子的下部或靠近種子的一側(cè)5~10cm處；對(duì)于水稻、小麥等根系密集且分布均勻的作物，可以在播種或插秧前，按照20Kg/畝的用量一次性均勻撒于地表，耕翻后種植，生長期內(nèi)可以不再追肥。 作品中的新型綠色高分子緩釋肥的技術(shù)優(yōu)勢、市場分析及經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測如下：（1）本項(xiàng)目實(shí)施后可將化肥有效利用率從現(xiàn)在的15~30%提高到50%以上，也就是說可使化肥的使用量減少30%左右，這將對(duì)我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整產(chǎn)生巨大影響，不僅能節(jié)省大量的煤炭、水資源、電力等消耗，而且可以實(shí)現(xiàn)溫室氣體二氧化碳的減排。（2）目前市售氮、磷、鉀總含量在40%左右的普通復(fù)合肥的價(jià)格在4000元/噸左右，折合10000元/噸純養(yǎng)分；本項(xiàng)目合成的氮、磷、鉀總含量在50%左右的新型綠色緩/控釋化肥的成本價(jià)在4000元/噸左右，折合8000元/噸純養(yǎng)分，因此本作品比市售緩釋肥更有競爭力。

同類課題研究水平概述

緩／控釋肥料種類繁多，按其制造工藝和緩／控釋原理將其劃分為：化學(xué)型、生物化學(xué)型、物理包膜型和生物化學(xué)與物理包膜結(jié)合型四大類，本作品屬于化學(xué)型緩/控釋化肥。 化學(xué)型緩釋化肥將肥料直接或間接地連接到預(yù)先形成的聚合物上，構(gòu)成一種新型組合物，其釋放速度取決于組合物鍵的性質(zhì)、立體化學(xué)結(jié)構(gòu)、疏水性、降解難易度和交聯(lián)程度等。當(dāng)前化學(xué)型緩釋肥主要朝著無有害物質(zhì)釋放、無基體殘留、養(yǎng)分多樣化的方向發(fā)展，在此基礎(chǔ)上力圖實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分釋放與植物所需相一致。 1999年德國柏林自由大學(xué)Frank B?rner報(bào)道了以碳酸二異氰酸酯與尿素或氨氣為原料合成縮多脲（縮四脲、縮五脲、縮六脲）的制備方法，相當(dāng)于用羰基將尿素分子連接起來，通過增加聚合物的聚合度來減小其冷水溶解度，以期實(shí)現(xiàn)緩釋的目的。然而碳酸二異氰酸酯是由三聚氯氰在高溫下分解合成，不僅原料和副產(chǎn)物毒性較大而且還具有較強(qiáng)的腐蝕性。該工藝不僅成本較高而且還污染環(huán)境，因而只適用于簡單的實(shí)驗(yàn)室合成研究。 日本東京大學(xué)Solihin等人將磷酸二氫鉀和磷酸二氫銨分別與氫氧化鎂混合后在球磨機(jī)中研磨，在兩個(gè)研磨體系中磷酸二氫鉀和磷酸二氫銨分別與氫氧化鎂發(fā)生固態(tài)化學(xué)反應(yīng)從而合成了微溶性磷酸鎂鉀、磷酸鎂銨多營養(yǎng)緩釋肥。磷酸鎂鉀和磷酸鎂銨養(yǎng)分的緩釋放性測定證實(shí)：前者700h淋洗后僅有20~25%的鉀和磷釋放到淋洗液中；后者500h淋洗后僅有10%的氮和20%的磷釋放到淋洗液中。該工藝雖然可以實(shí)現(xiàn)氮、磷的養(yǎng)分的緩釋，但是其主要缺陷是生產(chǎn)成本太高，無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化推廣。
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