第一講控釋肥生產(chǎn).ppt

1、,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,肥料加工工藝學(xué),董元杰,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,第一章 控(緩)釋肥生產(chǎn),原理與技術(shù),肥料加工工藝學(xué)控(緩)釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,本章主要內(nèi)容, 控(緩)釋肥概述 控制釋放技術(shù), 控(緩)釋肥的控釋特征和釋放機(jī)理 控(緩)釋肥生產(chǎn)與加工,重點(diǎn)：控制釋放技術(shù)和控(緩)釋肥生產(chǎn)原理,肥料加工工藝學(xué)控(緩)釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,第一節(jié) 控(緩)釋肥料概述,肥料加工工藝學(xué)控(緩)釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)

2、教研室 2013.5,（一）概念,廣義的控釋肥：,聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織（UNIDO）和國際肥料開發(fā)中,心（IFDC）的定義：,能夠在整個生長季節(jié)，甚至幾個生長季節(jié)慢慢地釋,放營養(yǎng)元素的肥料，稱為控釋肥料。,肥料加工工藝學(xué)控(緩)釋肥 一、控(緩)釋肥概念和類型,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,包括：,（1）控制釋放氮肥：微溶性含氮化合物（以脲醛化合 物為代表）；脒基硫脲和脒基磷脲；包涂層的可溶物 質(zhì)；硝化抑制劑。,（2）控制釋放磷肥：磷礦粉、煅燒磷酸鋁礦、堿性含 磷爐渣、脫氟磷肥、鈣鎂磷肥、骨粉、磷酸二鈣、磷 酸銨鎂等。,（3）控制釋放鉀肥：聚磷酸鉀、焦磷酸鈣鉀、包硫氯 化

3、鉀等。,據(jù)此定義，所有緩釋肥料均可稱為控釋肥料。,肥料加工工藝學(xué)控(緩)釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,美國作物營養(yǎng)檢查官學(xué)會（AAPFCO）對緩釋和控釋肥 的定義：,緩釋和控釋肥是指那些,（1）所含養(yǎng)分形態(tài)在施肥后能延緩被作物吸收與利用,的肥料；,（2）所含養(yǎng)分比速效肥（如硝銨、尿素、磷銨、氯化,鉀）有更長肥效的肥料。,并認(rèn)為：緩釋和控釋之間沒有法定區(qū)別。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,有人認(rèn)為緩釋肥和控釋肥是控效肥料研究初期的提法。 緩釋肥是肥料施于土壤后其養(yǎng)分緩慢釋放出來的一類,肥料；,控釋肥是指以某種調(diào)控機(jī)制使肥

4、料養(yǎng)分在作物生長季,節(jié)逐漸釋放出來的一類肥料。,控效肥（Controlled availability fertilizer,CAF） 是指通過各種機(jī)制措施預(yù)先設(shè)定肥料在作物生長季節(jié)的 釋放模式（釋放期與釋放量）使其養(yǎng)分釋放規(guī)律與作物 養(yǎng)分吸收相同步，從而達(dá)到提高肥效之目的的一類肥料。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,控釋肥是以有機(jī)、無機(jī)肥為載體,依據(jù)橫向縱向平衡 施肥理論，應(yīng)用物理、化學(xué)、生物化學(xué)等調(diào)控手段使肥料 養(yǎng)分在作物生育期內(nèi)逐漸釋放出來并與作物吸收基本同步 的新型肥料。,一般人們遵循如下慣例：,將能為微生物分解的含氮化合物（如脲醛化合物等）

5、,稱為緩釋肥（Slow-released Fertilizer,SRF),將包膜（coated）或用膠囊包裹（encapsulated）的 產(chǎn)品成為控釋肥(Controlled-released Fertilizer， CRF)。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥 確切意義的控釋肥：,按控制溶解性 的方式,銨 化學(xué)或生物降解微溶有機(jī)物，,脲醛縮合物、草酰銨等 在土壤中分解的微溶物質(zhì)，如 烷基化尿素、胍基尿素等 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,肥料加工工藝學(xué)控釋肥 （二）類型 物理障礙因素控制的水溶性肥 料，如包膜、基質(zhì)復(fù)合 微溶的無機(jī)物質(zhì)，如金屬磷酸,按營養(yǎng)元素種類,磷素控效肥,鉀素

6、控效肥 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,肥料加工工藝學(xué)控釋肥 擴(kuò)散型 侵蝕或化學(xué)反應(yīng)型 按控制釋放方式 膨脹型 滲透型 氮素控效肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,(1)包膜型緩/控釋肥料：,如包硫肥料、高分子聚合物包膜的緩/控釋肥料等。美國70%、 日本90%以上的緩/控釋肥料是包膜型的，包膜肥料的發(fā)展速度是 緩/控釋肥料平均發(fā)展速度的2倍，代表了緩/控釋肥料的發(fā)展方 向。,（2）膠結(jié)型緩/控釋肥料:,用不同降解速率的膠結(jié)劑生產(chǎn)養(yǎng)分釋放速率不同的肥料。膠 結(jié)型緩/控釋肥料研究在國內(nèi)外剛剛起步，尚未推廣應(yīng)用，但發(fā) 展速度較快。,也有將控釋肥分成以下四

7、種類型：,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,（3）合成型微溶態(tài)緩釋肥料:,一類是微溶于水的合成有機(jī)氮化合物:如脲醛肥料（Ureaform）,、異丁叉二脲（IBDU）、丁烯叉二脲（CDU）等；,另一類是微水溶性或檸檬酸溶性合成無機(jī)肥料:如部分酸化磷礦 （PAPR）、熔融含鎂磷肥（FMP）、二價金屬磷酸銨鉀鹽、MMPO4 （M-NH4、K、Na，MMg、Ca、Fe、Zn、Mn）型化合物等。該類 肥料因養(yǎng)分釋放速度受土壤水分、pH、微生物等因素的影響較大 ，且售價高，此類肥料的需求量有下降的趨勢。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室

8、 2013.5,（4）化學(xué)抑制型緩效肥料:,主要是添加脲酶抑制劑和硝化抑制劑，調(diào)節(jié)土壤 微生物的活性，減緩尿素的水解和對銨態(tài)氮的硝化- 反硝化作用，從而達(dá)到肥料氮素緩慢釋放和減少損失 的目的。報道稱，DCD（雙氰胺，硝化抑制劑）是環(huán) 境激素，發(fā)達(dá)國家使用時特別慎重。含轉(zhuǎn)化抑制劑類 肥料在國際上發(fā)展較慢。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,平衡 Balance,內(nèi)容 Content,特點(diǎn) Characteristic,應(yīng)用 Application,橫向平衡,Row-orientatio,n,nutrients,不同養(yǎng)分比例、數(shù)量 養(yǎng)分總量,quantity of the of the nutrient,靜態(tài)

9、 Static,橫向復(fù)合肥,Different ratio and Total content Row-orientation,compound fertilizer,不同元素復(fù)合（NPK） Compound of different nutrients,縱向平衡,Column-orient,ation balance,養(yǎng)分不同釋放速率,養(yǎng)分釋放速率,rates of the nutrient the nutrients 動態(tài) Dynamic,縱向復(fù)合肥,Different release Release rate of Column-orientation,compound fertiliz

10、er 不同速率復(fù)合（V1V2V3） Compound of different,release rate 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,肥料加工工藝學(xué)控釋肥 二、控釋肥的優(yōu)越性 縱向平衡與橫向平衡的比較 Comparison of column-orientation balance (COB) and row-orientation balance (ROB),養(yǎng)分供應(yīng)（需求）量,supply(demand)ofthenutrient,化肥CF,控釋肥CRF,作物養(yǎng)分需求曲線 crop demand curve,供肥過量,污 染,pollution,nutrient

11、excess,Atmosphere: greenhouse gases,水體：NP富營養(yǎng)化，赤潮 water: enutrophication, red tide,供肥不足 nutrient deficiency 時間 time 控釋肥養(yǎng)分釋放與作物吸收示意圖 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,肥料加工工藝學(xué)控釋肥 大氣：溫室氣體CH4，N2O,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,與施肥技術(shù)相比，這種物化了的技術(shù)可 操作性強(qiáng)，便于推廣，原來一些由人工操作 的技術(shù)已經(jīng)物化到控釋肥新產(chǎn)品中去，使技 術(shù)實(shí)施大為簡化，氮肥利用率可達(dá)到70%以 上。因此，控釋肥可稱

12、之為“傻瓜肥”，被譽(yù) 為是“二十一世紀(jì)的肥料”、“環(huán)境友好型肥 料”。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,在1997年中國農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展中的肥料問題 咨詢專家組向國務(wù)院呈送的“我國化肥面臨的突出 問題及建議”報告中提到：解決問題的方法和對策 之一就是要加強(qiáng)肥料科研和肥效監(jiān)控。從肥料學(xué)的 發(fā)展趨勢來看，以控釋技術(shù)為特征的控釋肥已成為 今后肥料的發(fā)展方向，而控釋肥料將是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)實(shí) 現(xiàn)清潔生產(chǎn)的重要保證。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,三、控釋肥的研究現(xiàn)狀、存在問題及發(fā)展方向 （一）研究現(xiàn)狀,1、國外控釋肥的研究概

13、況：,控釋肥研究始于50年代中期的美國，隨后加拿 大、英國、日本、以色列等國家有產(chǎn)品相繼問世。目 前全世界控釋肥消費(fèi)約為50多萬噸，約占化肥消費(fèi)量 的1%左右。近兩年產(chǎn)量呈上升趨勢，這與全球注重環(huán) 保有關(guān)。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,國,家,控釋肥消耗量（萬噸） 1983 1995/1996,美國、加拿大 西歐、以色列,20.2 7.6,35.6 8.7,日,本,4.4,11.9,中、東歐 中國、韓國、東 南亞 合計, 32.2,0.1 0.2 56.5,肥料加工工藝學(xué)控釋肥 部分國家控釋肥消耗量,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 201

14、3.5,2、控釋肥在中國, 1970 ，在李慶逵先生主持下南京土壤研究所合,化工研究所聯(lián)合研制了長效碳銨。,使用碳銨摻入5%白云石熟粉造粒后 ,用磷酸將粒 肥表面酸化 ,以鈣鎂磷肥粉末包膜 ,石蠟瀝青熔融液 封面 ,經(jīng)撲粉 ,制得含 N1 3% 1 4%,含 P2 O53% 5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù) )的長效碳銨包膜肥 ,用于直播水稻 , 增產(chǎn)顯著。, 1980廣州氮肥廠研制成功涂層尿素并在全國推廣。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5, 1980后期，鄭州大學(xué)開發(fā)成功包裹型復(fù)合肥鈣（鎂磷 肥包裹尿素）Luxecote及Luxuriance, 1990該產(chǎn)品有 了

15、較大的發(fā)展，產(chǎn)品出口到美國、澳大利亞等國。, 1990初期，中科院沈陽生態(tài)所開發(fā)的長效碳銨在全國,推廣，并引起國際關(guān)注 。, 1994年北京化工大學(xué)徐和昌開發(fā)了脲醛樹脂包膜肥 ; 1994年西北農(nóng)大趙伯善等研制開發(fā)包膜長效鐵肥； 1996年 Jiang Chuanshu等人申請了用稀土包膜的長效,尿素專利 ;, 1997年華南農(nóng)業(yè)大學(xué)廖宗文等人利用工農(nóng)業(yè)廢棄物制,備包裹控制釋放肥料。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5, 2003年 ,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所和原子能所 以及湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位的科技人員 ,采用化學(xué)、物 理的微乳化和高剪切技術(shù) ,研制

16、生產(chǎn)了具有緩釋性能 的納米級膠結(jié)包膜劑, 2003年 ,中國農(nóng)大針對作物營養(yǎng)的不同需求已研制出,蔬菜、草坪、花卉、玉米的專用型包膜控釋肥料。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,近年來國內(nèi)的控釋肥研究熱潮,國家863計劃、國家自然科學(xué)基金、跨越計劃和 各省、市資助的控釋肥研究項(xiàng)目在全國蓬勃開展。 鄭州大學(xué)、北京市農(nóng)林科學(xué)院、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)、 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)科院、中科院南京土壤所、中 科院沈陽生態(tài)所、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位均在開展研究 工作。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,國家 美國 西歐 日本 中 國 （ 2

17、001 年 ）,控釋肥種類 聚合物包膜尿素 聚合物包膜復(fù)合肥 包硫尿素 聚合物包膜復(fù)合肥 聚 烯 烴 包 膜 尿 素 （ Meist er ） 包 裹 型 復(fù) 合 肥 （ Luxecote ） 聚合物包膜復(fù)合肥 （ Osmocote， 荷 蘭 產(chǎn) ） 塑料包膜尿素,價格 600-1000 美 元 /t 1500-2500 美 元 /t 350-400 美 元 /t 3500-5000 馬 克 /t 1500 美 元 /t 2800-3500 元 人 民 幣 /t 14000-16000 元 人 民 幣 /t （廣州市場） 3000-3500 元 人 民 幣 /t,肥料加工工藝學(xué)控釋肥 （二）存

18、在問題 1、生產(chǎn)成本 國 內(nèi) 外 主 要 包 膜 控 釋 肥 銷 售 價 格 (1996 年 )（ Martin,1997）,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,2、控釋肥養(yǎng)分控釋性能的評價方法滯后于控釋肥,開發(fā)研究,現(xiàn)有的評價方法存在的主要問題：, 以水中溶出率法為主，測試條件不統(tǒng)一，結(jié)果難以比較； 以一種方法套用在不同的控釋途徑和不同控釋機(jī)理制造,的控釋肥上；, 未考慮“肥料土壤作物”體系中土壤、作物對控,釋效果和肥效的影響；, 實(shí)驗(yàn)室測定參數(shù)與田間控釋肥控釋期和肥效缺乏相關(guān)研究。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,3、控釋肥肥效

19、評價, 控釋肥肥效評價過于簡單，嚴(yán)格的同位素示蹤 技術(shù)評價十分稀少，僅限于簡單的對比試驗(yàn)。 對控釋肥在田間的去向缺少系統(tǒng)定量評價，尤其,在不同農(nóng)業(yè)生態(tài)條件下；,控釋肥在各種作物上的肥效也缺乏定量評價； 控釋肥施用在保持土壤生產(chǎn)力方面的作用也優(yōu)待,研究。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,2 1世紀(jì)我國控釋肥料的重點(diǎn)研究方向應(yīng)是 :,(1 ) 在現(xiàn)有控釋肥料的基礎(chǔ)上 ,重點(diǎn)研究對環(huán)境友好 的包膜材料、親水性高分子材料的性能 ,尤其是降解 性 ,防止在土壤中累積 ;,(2 ) 深入研究控釋肥料中各養(yǎng)分控制釋放機(jī)理及環(huán) 境影響因素 ,形成檢驗(yàn)這種控釋機(jī)理的通

20、用測定方法 ;,(3) 研究磷等養(yǎng)分的控釋機(jī)理 ;,(4) 控釋肥料的研制和應(yīng)用需要多學(xué)科的聯(lián)合攻關(guān) , 應(yīng)組織力量系統(tǒng)的開展國內(nèi)、國際間的合作 ,并加強(qiáng) 生產(chǎn)人員與農(nóng)業(yè)推廣人員的協(xié)作。,（三）發(fā)展方向,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,四、控釋肥養(yǎng)分釋放的預(yù)測和評價方法及其影響因素 （一）預(yù)測和評價方法,歐洲標(biāo)準(zhǔn)委員會認(rèn)為控效肥在25應(yīng)能滿足下列3 個條件：24h釋放不大于15%；28d釋放不超過 75%；在規(guī)定的時間內(nèi)，至少有75%被釋放。,在土壤環(huán)境條件下，控效肥料的釋放過程是十分復(fù),雜的，目前描述控釋特征的方法也多種多樣。 1.以肥料在水中的溶

21、出率來評價肥料的緩釋性 2.測定包膜肥料中養(yǎng)分的土壤溶出率 3.電超濾法,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,1.以肥料在水中的溶出率來評價肥料的緩釋性 例如，對包膜肥料采用初期溶出率與微分溶出率來,測定肥料緩釋率。,初期溶出率 ：稱取試樣12.5g ，加入250ml水，在,30的恒溫箱中放置25h后，測定養(yǎng)分溶出率；,微分溶出率：是由測定在30下恒溫7天后的溶出率 通過計算求出第2天至第7天之間的每天平均溶出率。 初期溶出率與那些包膜不完整的肥料粒子數(shù)量有 關(guān)。包膜不完善的粒子越多，初期溶出率越大，而初 期溶出率高的包膜肥料，有可能引起作物燒苗或初期

22、瘋長。通常要求初期溶出率不大于40%。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,假若某種包膜肥料初期溶出率25%，微分溶出率每,天0.25%，這種肥料理論可維持301天養(yǎng)分才全部溶出： （1+75/0.25）；若微分溶出率2.5%，則31天養(yǎng)分全部 溶出。,控釋肥料浸入水中測得的養(yǎng)分釋放期不能代表施入 土壤后的肥效期，僅可粗略地評價不同膜厚度的包膜 效能。,2.測定包膜肥料中養(yǎng)分的土壤溶出率,美國賓西法尼亞州立大學(xué)的E.J.Holcomb,設(shè)計了一 種簡易方法，將“養(yǎng)分從肥料顆粒中溶出與養(yǎng)分被一定 量土層的吸附”一并考慮，測定養(yǎng)分從土層中溶出的量 以判斷緩釋

23、肥料的釋放期。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,圖1：N、P累積溶出量 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,y = 0.0949Ln(x) - 0.3056,y = 0.0478Ln(x) - 0.1966,0,0.15 0.1 0.05,0.25 0.2,0.4 0.35 0.3,0,168 336 504 672 840 1008 1176 1344 1512(h),N P,對數(shù) (N) 對數(shù) (P),初期溶出率（小于15）： N 0.01%、P 0.03%,0.25%,微 分 溶 出 率 （ 2.5% ）：,N 2.4%、P 2.2%， 其28d溶出率（不超過75%） ：,N為2

24、7.3%、磷為33.3%，,肥料加工工藝學(xué)控釋肥 (g),山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,3.電超濾法,應(yīng)用電超濾(electroultrafiltration,EUF)技術(shù)評 價緩釋氮肥，發(fā)現(xiàn)EUF-N(I)值(30min,220v,20,15mA) 與評價氮肥的淋失量顯著相關(guān)，說明EUF-N(I)能提供 控釋氮肥氮素淋失動態(tài)的信息。,控效氮肥的移動性(吸收+淋失)與EUF-N(I)值呈極 顯著相關(guān)，說明控效氮肥的移動性主要決定于EUF-N(I) 值，這是肥料的可溶性組分。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,4、數(shù)學(xué)模型,應(yīng)用數(shù)

25、學(xué)模型來預(yù)測控釋肥的養(yǎng)分釋放速率是人們,在努力追求的方法。 5、同位素示蹤法,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,（二）影響控釋肥養(yǎng)分釋放的因素,控釋肥種類不同，影響其養(yǎng)分釋放的因素也不同。,1、影響有機(jī)氮控釋肥養(yǎng)分釋放因素很多,如脲甲醛，當(dāng)?shù)头肿恿烤酆衔镦湐嗔褧r，釋放出可 利用的氮，其釋放過程與鏈的長度、土壤特性（生物 活動、粘粒含量、pH）和外部條件（土壤濕度、溫 度）等有關(guān)。,異丁叉二脲的分解主要靠水解。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,2、包膜控釋肥養(yǎng)分釋放速率受許多環(huán)境條件影響 土壤溫度、土壤水分含量

26、、質(zhì)地、土壤微生物活性和,土壤有機(jī)質(zhì)等。,不同類型或不同膜材料的包膜肥受各種因素影響程度,存在很大差別。, 包硫尿素微生物活性；, 無機(jī)包膜材料的包膜肥土壤水分；, 有機(jī)聚合物材料的包膜肥，在土壤田間持水量和,作物凋萎含水量受土壤溫度影響明顯；, 包膜控釋肥本身的特點(diǎn)，如包膜材料、厚度、孔,隙也影響?zhàn)B分釋放。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,3、添加抑制劑的化學(xué)抑制型控釋肥養(yǎng)分釋放主要受,影響抑制劑的外界因素的影響,土壤pH、溫度、土壤含水量,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5, 利用改性的工農(nóng)業(yè)廢棄物作控釋材

27、料制造控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,第二節(jié) 控釋肥的生產(chǎn)技術(shù),肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,一、控制釋放技術(shù)基礎(chǔ),控釋肥料的理論基礎(chǔ)是控制釋放技術(shù)?？刂漆尫?技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)(如肥料、農(nóng)藥)、醫(yī)療(醫(yī)藥)、 化妝品、香料、食品等行業(yè)。,控制釋放技術(shù)是

28、指存在一個特定的系統(tǒng)，該系 統(tǒng)內(nèi)的活性制劑(藥、肥等)可按預(yù)先設(shè)定的速度持 續(xù)地釋放到環(huán)境中去，從而在某一段時間內(nèi)，在特 定的區(qū)域里，可使活性制劑保持在某個事先設(shè)定的 范圍。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,緩釋劑的分類,控制活性制劑釋放的制劑稱為緩釋劑，它不是一 個簡單的劑型，而是具有控制釋放能力的各種劑型的 總稱。,緩釋劑依據(jù)其加工方法可分為物理型緩釋劑和化,學(xué)型緩釋劑兩大類。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,緩釋劑的分類,物理型緩釋劑，是利用物理方法加工制造的。其 制造原理主要是利用包衣封閉與活性成分

29、滲透，貯存 體吸附與活性成分?jǐn)U散、活性成分和貯存體溶解固化 與活性成分解析等。,具體又可分為：微膠囊劑；包結(jié)化合物； 多層制品；空心纖維；吸附體發(fā)泡體固溶 體；分散體；復(fù)合體等。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,緩釋劑的分類,化學(xué)緩釋劑，是活性成分與載體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),而形成的緩釋劑。 主要有三種類型：,自身縮合體； 直接結(jié)合體；,橋架結(jié)合體。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,控釋材料,緩釋劑,物理型 化學(xué)型,貯存體,架橋結(jié)合體 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,封閉式控制膜系統(tǒng),開放式系統(tǒng) 均一體（整體式系統(tǒng)） 自身縮聚體 直接結(jié)合體,空心

30、纖維 吸附體 發(fā)泡體 固溶體 分散體 復(fù)合體,微膠囊劑,包結(jié)化合物 多層制品,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,控釋材料,目前，已應(yīng)用和正研究的控釋材料可分為,無機(jī)物和有機(jī)物兩大類。,無機(jī)物有硅、硫、石膏、磷酸鹽等。,有機(jī)物為一些高分子親水聚合物，在土壤結(jié) 構(gòu)改良(保水劑)和膠囊藥物方面已成功運(yùn)用多 年。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,控釋材料,高分子聚合物有天然、半合成和合成三大類。 天然聚合物：是在自然條件下生成的，其易被生物,分解，控釋特性較差。,半合成聚合物：是對天然聚合物進(jìn)行改性或嫁接其,高分子形

31、成具有強(qiáng)大交換量的聚合物。,合成聚合物：是以乙烯和丙烯單體衍生物形成的聚,烯溶膠。,因此，人們注重半合成和合成聚合物的研究和應(yīng)用。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,控釋材料,天然聚合物有蛋白質(zhì)、多聚糖、木質(zhì)素、橡膠、 核酸。其中對包膜肥料有用的有纖維素、木質(zhì)素、 淀粉及其改性物質(zhì)。,半合成聚合物是各種天然聚合物(如纖維素、幾丁 質(zhì)或淀粉)與石化產(chǎn)品結(jié)合形成的一類聚合物?？煞?為非離子型及離子型(陰離子或陽離子型)，具有廣泛 用途。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,控釋材料,合成聚合物是以乙烯和丙烯單體衍生物

32、形成的聚 烯溶膠，如聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酰胺，聚乙烯 醇，乙烯基乙烯乙酯，羥乙基甲丙烯酯，這些均屬 塑性樹脂。,特點(diǎn)：這些聚合物由于鏈骨架上的極性官能團(tuán)的作 用，使其擁有巨大的吸水容量；水化強(qiáng)度正比于所 含官能團(tuán)的數(shù)目；膨脹而不溶解的能力是由于存在 著使聚合物片段粘結(jié)在一起的化學(xué)“交聯(lián)”作用；物 理結(jié)構(gòu)變化極為緩慢等特性。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,控釋材料,合成高聚物包膜是以乙烯或丙烯單體合成的聚烯 烴、乙烯或丙烯單體衍生物合成的聚丙烯酰胺，聚 乙烯醇(聚乙烯、聚丙烯)、羥乙基甲丙烯酯、乙烯基 乙烯乙酯類樹脂，或以聚烯烴型樹脂，EVA共聚物

33、 和聚氯乙烯為主要成分形成的樹脂膜，并添加無機(jī) 細(xì)粉(如滑石/硅粉和金屬氧化物粉末)來調(diào)節(jié)。 此外，氮肥的控釋材料還使用一些化學(xué)品，如抑 制尿素分解的脲酶抑制劑，抑制硝化作用的硝化抑 制劑。這些主要是操縱與氮素轉(zhuǎn)化有關(guān)的微生物群 體，從而達(dá)到控制氮素釋放的目的。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,二、控釋肥的基本生產(chǎn)技術(shù),控釋肥的基本生產(chǎn)方法按其加工過程可分為：, 物理方法 化學(xué)方法, 物理化學(xué)法,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,（一）物理方法,通過簡單的物理過程處理使肥料具有緩釋性，有,微膠囊法和整體法。,

34、微膠囊法是通過惰性物質(zhì)包膜以控制肥料的滲透,率；,整體法則是將肥料均一的溶解或分解在聚合物 中，形成多孔網(wǎng)絡(luò)體系，然后隨著聚合物的溶解或降 解過程控制養(yǎng)分釋放。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,物理法,微膠囊法 整體法,包裹型肥料(鄭州，1980) 涂層尿素(廣州，1986) 各種膠結(jié)肥料,（美國Lyndal 公司，目前） 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,肥料加工工藝學(xué)控釋肥 硫包尿素(美國，1961) 聚合物包膜肥料(美國，1964),山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,涂層肥料：,是用非水溶性物質(zhì)把水溶性肥料包裹起來，以控,制其養(yǎng)分釋放速率。 包裹分成三種形式

35、： 半透膜包裹,膜層會因內(nèi)部蒸汽擴(kuò)散產(chǎn)生的滲透壓而脹破，在包,裹層破裂后，溶解性肥料養(yǎng)分全部釋放出來。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,采用具有小孔的不透性膜包裹,水透過包裹層溶解肥料，使顆粒膨脹，孔眼增大，溶 解的肥料通過孔眼釋放出來。,用無孔的不透膜包裹溶解性肥料,通過化學(xué)、物理和微生物作用使包裹材料降解，然,后逸出肥料養(yǎng)分。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,國內(nèi)外研究過的氮肥涂層材料多種多樣。從,天然材料到合成材料，包括：,瀝青、焦油、樹膠、乳膠、油類、石蠟、丙 烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚烯烴、聚氯乙烯、

36、聚苯 乙烯、聚氨基甲酸酯、脲醛、醋酸乙烯、硫磺等。 不同材料可以單獨(dú)使用，也可聯(lián)合使用，其中,最重要的是蠟、聚合物及硫磺。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,（二）化學(xué)方法,是直接或間接地將其聯(lián)接到預(yù)先形成的 聚合物上，構(gòu)成一種新型組合物，其釋放速率 取決于組合物鍵的性質(zhì)、立體化學(xué)結(jié)構(gòu)疏水性、 降解難易程度和交聯(lián)程度等?；蛘咛砑与迕敢?制劑和硝化抑制劑等化學(xué)物質(zhì)，調(diào)節(jié)土壤微生 物活性，減緩尿素的水解和對銨態(tài)氮的硝化 反硝化作用，從而達(dá)到肥料氮素緩慢釋放和減 少損失的目的。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,化學(xué)型 控釋肥 料,化學(xué)合 成型 化學(xué)抑 制型,丁烯叉二脲

37、和 草酰胺 水溶性難降解化合物，如異丁叉 二脲等 低溶性無機(jī)鹽，如磷酸鎂銨等 添加脲酶抑制劑減緩尿素水解 添加硝化抑制劑減緩銨態(tài)氮的,硝化和反硝化作用 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,肥料加工工藝學(xué)控釋肥 難溶性有機(jī)化合物，包括脲甲醛,N丁基硫代磷酸酰三胺（NBPT） 鄰苯基磷酰二胺（PPD）,脲酶抑制劑,硫代磷酰三胺（TPTA） 西吡（2氯6（三氯甲基）吡啶） 硝化抑制劑 雙氰胺（DCD） 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,肥料加工工藝學(xué)控釋肥 氫醌（HQ）,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,（三）物理化學(xué)法,是先采用物理的整體法

38、處理，再在其表面通過化,學(xué)法的處理形成包膜后構(gòu)成的。,例如：把一定量的營養(yǎng)粉均勻分散在聚合物溶液后進(jìn) 行造粒，然后在顆粒表面進(jìn)行包膜，包膜劑和顆粒表 面的聚合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成表面滲透膜，從而得 到物理化學(xué)型控釋肥，其養(yǎng)分的緩效源于表面滲透和 聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的限制作用。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,第三節(jié) 常見控緩釋肥生產(chǎn),肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,一、包硫尿素生產(chǎn)技術(shù), 粒狀尿素先在流化床設(shè)備中加熱到65； 然后進(jìn)轉(zhuǎn)鼓用155的熔硫處理；,熔硫用兩組噴嘴(每組22個)噴入，熔硫在7.4 10.

39、3 兆帕壓下加入直徑1.5m、長9.8m的轉(zhuǎn)鼓。 涂布有13%16%(質(zhì)量)S的尿素顆粒在80下 從轉(zhuǎn)鼓引出，送去用粘結(jié)劑(30%聚乙烯和70% 潤滑油的混合物)調(diào)理。,（一）方法步驟,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,涂覆的調(diào)理劑量約為總質(zhì)量的2%，涂覆溫度為 124。, 然后將制得的產(chǎn)品冷卻至25，再用硅藻土(占總,重量2.4%)重新調(diào)理 最后用篩分級入庫,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,一、包硫尿素生產(chǎn)技術(shù),噴動床涂硫的方法是目前新發(fā)展起來的尿素涂硫法。,優(yōu)點(diǎn)：在大的固體顆粒和氣流之間可以有效接觸。,空

40、氣流由下向上經(jīng)過顆粒物質(zhì)，顆粒被空氣流帶著沿 設(shè)備中央室升高。高出床層料面以后，顆粒便掉入中 央室和設(shè)備周壁之間的環(huán)形空間，由此返回顆粒的密 集層。,（二）生產(chǎn)工藝,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,放空,1,蒸汽,2,8,水 水,6 7,5,空氣,3,4,空氣,1-熔硫貯斗；2稱量器；3噴入裝置；4造粒器； 5加熱器；6旋風(fēng)分離器；7集塵器；8洗滌器 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,二、涂層尿素生產(chǎn)技術(shù), 先根據(jù)產(chǎn)品所需的配方比例及特定工藝條件，制,備具有較強(qiáng)滲透性和穩(wěn)定性的飽和涂層溶液。, 然后在尿素造粒

41、過程中，用輸液泵將涂層溶液霧 化，并與造粒塔內(nèi)落下的尿素顆粒逆流接觸，均 勻分布于尿素顆粒外表，并快速滲入內(nèi)部。, 最后干燥即得產(chǎn)品。,廣州氮肥廠研制出的涂層尿素就是將含有硼、鋅、 錳、鐵、鉬等微量元素的膠狀有機(jī)物涂層溶液涂在普 通尿素上干涸而成的一種新型高效氮肥。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,三、草酰胺生產(chǎn)方法,用NO2或CuO 把氫氰酸氧化成氰，然后酸解氰成,草酰胺；,然用醌作氧化劑，把醇氧化羥化成草酸酯，草酸 酯氨解成草酰胺；,在150160條件下，把草酸和氨加熱直接生產(chǎn) 草酰胺。,有三種方法：,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)

42、院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,四、膠粘肥料,是用整體法生產(chǎn)的肥料。具體做法如下：,配制聚合物體系，該聚合物體系應(yīng)與肥料配方相 配伍，聚合物必須可溶并能產(chǎn)生粘性，一般為多糖 化合物，制成粉末。,配制NPK液體肥料，其濃度及性質(zhì)因地而宜,將聚合物粉末倒入盛有液體肥料的大槽內(nèi)，攪拌 510分鐘，直至達(dá)粘性蜂蜜狀。聚合物粉末用量 占混合總體積的1。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,五、噴動床包膜復(fù)混肥料,按養(yǎng)分配比制成的顆粒復(fù)混肥料是包膜復(fù)混肥料 的原料。代表性的包膜材料是輕烯烴類如聚乙烯、聚 苯乙烯等。這些原料在一定的溶劑下溶解，然后通過 噴頭噴灑到復(fù)混

43、肥料的顆粒上，,其生產(chǎn)裝置如下圖。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,這是一種噴動床包膜肥料生產(chǎn)裝置，主要設(shè)備是 包膜器，其關(guān)鍵部件是噴頭，一股霧化空氣是使被溶 劑溶解的包膜材料進(jìn)行霧化，另一股噴動空氣將顆粒 噴動上升。當(dāng)顆粒達(dá)到一定的高度又落加到噴流與器 壁之間的環(huán)形間隙中時，形成噴動床內(nèi)的旋回運(yùn)動。 這兩股空氣均被預(yù)熱，使包膜材料一層一層的包涂到 顆粒上，同時使溶劑揮發(fā)。,從包膜器的頂部將氣體引出，經(jīng)除塵器除去粉塵，再 經(jīng)溶劑冷凝器，加收溶劑重復(fù)使用。空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)作 噴動空

44、氣。包膜的厚度和包膜材料中造成包膜開孔率 的添加劑用量是控制養(yǎng)分釋放速率的主要因素。,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,六、轉(zhuǎn)盤包膜復(fù)混肥料,我國常采用轉(zhuǎn)盤生產(chǎn)包膜復(fù)混肥料，其特點(diǎn)是 “以肥包肥”，即以微溶性肥料為包膜材料來包涂速溶 性肥料，達(dá)到養(yǎng)分緩釋的目的。,例如以鈣鎂磷肥為包膜材料，來包涂水溶性氮肥 (如尿素、硝酸銨)，或加入水溶磷肥、鉀肥、微肥等。 其生產(chǎn)流程如下圖,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,轉(zhuǎn)盤包膜,粘結(jié)劑,計量泵 封閉劑,N P K,計量 計量 計量,混合,鈣鎂磷肥,計量,絡(luò)合劑,放空,除塵,風(fēng)機(jī),干燥,冷卻,篩分,成品,絡(luò)合,微肥,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,由于鈣鎂磷肥具有不溶水的特性，因而 與尿素或同養(yǎng)分配方的復(fù)混肥料相比，其 臨界相對濕度較高，吸潮速率較慢，既保 證了肥料的物理性狀，又達(dá)到緩慢釋放水 溶性養(yǎng)分的速率，而且鈣鎂磷肥本身又是 緩釋性磷肥。,肥料加工工藝學(xué)控釋肥,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)教研室 2013.5,作為一個肥料品種, 世界控釋肥的產(chǎn)量目 前約在100 萬t / 年以下, 在肥料中所占的比重 很低, 不足1%。主要用于高爾夫球場、園藝 作物, 一般大田作物