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脲甲醛缓控释肥料是由不同聚合度的聚亚甲基脲组成的混合物,其直接施用到土壤中,经农作物分解后仅能够得到单纯的氮元素,无法达到平衡施肥的目的。为弥补这一缺陷,目前大多数生产工艺都采取将脲醛缓释肥料与磷肥、钾肥等单一元素肥料以掺混的方式来合成缓控释复合肥料,从而保证农作物对各营养元素的均衡吸收及有效利用。
本研究主要考察在较佳的传统工艺条件(先碱性后酸性的反应系统)下制备脲甲醛缓释肥料时,不同反应阶段加入不同量的磷肥对合成反应及目标产物缓释性能的影响。并在此基础上,进一步研究在低pH值下的酸性反应系统中脲甲醛缓释肥的制备及其缓释性能的变化。结果表明:
(1)在传统工艺条件下,羟甲基化反应开始时加入磷酸一铵所制备的脲甲醛缓释肥,其产物质量、脲甲醛质量、产物氮产率及磷含量最高,脲甲醛氮含量及产物AI值较高,且AI值符合AOAC所规定的标准。
(2)传统工艺条件下,羟甲基化反应开始时加入磷酸一铵30 g所制备的脲甲醛缓释肥性能最佳。即:产物质量110.2g,脲甲醛质量87.39g,产物氮含量33.52%、脲甲醛氮含量40.60%、产物氮产率77.45%、AI值46.18、磷含量14.00g(P2O5%:7.87%)。
(3)从节能经济角度考虑,在低pH值的酸性反应系统中,当pH=1,反应温度为30℃时,所制备的脲甲醛缓释肥其质量、脲甲醛质量、氮产率、磷含量较高,且均满足国家缓控释养分标准——缓控释两种或两种以上养分时,每种缓控释养分量应≥4.0%。
(4)在低pH值的酸性条件下,pH=1、反应温度30℃、反应时间为50 min所得产物各项性能最佳:产物质量116g,脲甲醛质量89.74g,产物氮含量33.43%,脲甲醛氮含量41.20%,氮产率81.30%,AI值24.43%,磷含量17.45g。反应时间50min最大限度的缩短了生产时间,将节省大量的能源,具有很好的研发前景。
(5)反应体系中无论加入酸的强度如何,在pH=1,反应温度30℃、反应时间50 min的实验条件下所得产物各项性能最佳。当反应体系中加入硫酸调节pH值时,产物质量、脲甲醛质量、产物氮含量及氮产率较高;当加入磷酸调节pH值时,所得脲甲醛氮含量、产物AI值及磷含量较高。本节研究对于相关试验所需酸液强度的选择有一定的指导意义,即可根据所需产物的指标,参考本组实验来确定加入酸的种类。