一种复合型螯合金属盐

技术领域

本发明属于农业种植用螯合剂的技术领域，具体涉及一种复合型螯合金属盐，相较于现有技术中含有非目标阴离子、养分的合理释放和产品的纯度及稳定性方面进行了相应的改进。

背景技术

为了作物的正常生长和人类自身的健康，种植业从业者们对肥料的认识有了更高的认识，对中微量元素的使用也有了新的认识，分别由之前的氮磷钾养分总量转变为养分利用效率、土壤中的养分足够转变为需要补充限制性的中微量元素；以花卉为例，在过去的10年，其主要应用肥料有普通总养分>45％配合喷施磷酸二氢钾硼酸转变为前期氮磷肥结合后期使用磷钾肥，并在特定时期施用限制性的中微量元素如螯合铁盐的精细化施肥。但是，螯合盐同样面临着诸多问题，其中最主要的是利用率问题和降解率问题。

而目前符合OECD准则No.301E要求，在28天内能达到螯合剂降解至少70％的物质仅有少数；其中又以亚氨基二琥珀酸为主要代表；而亚氨基二琥珀酸盐螯合强度中等亦符合利用率的要求。关于亚氨基二琥珀酸盐相关专利中，授权公告号为CN1508095B的螯合植物微量营养素中，说明了N-(1，2-二羧基乙基)-D,L-天冬氨酸的钠、钾、铵及其混合物制备相关螯合微量营养素肥料的方法，也提到了额外添加其余络合剂的相应条款，但是其并未将N-(1，2-二羧基乙基)-D,L-天冬氨酸的钠、钾、铵及其混合物与相应物质混合后进行取代度的降低后再进行络合，从而获得不含其余阴离子的中微量螯合物。申请号为201711218425.X的一种亚氨基二琥珀酸螯合金属盐中，虽然提到了不含有其他阴离子，但是该方案采用树脂柱去除亚氨基二琥珀酸盐中的阳离子后再进行络合，该方案除了存在收率低，成本高，不符合国家要求的节碳环保、经济内循环的相关要求外，还存在中微量元素养分释放过于集中，导致养分浪费的弊端。申请号为201811332918.0的一种环境友好型亚氨基二琥珀酸螯合金属盐中，则采取直接合成的方法获得螯合盐，但是该方案的螯合物的生成量和物料的稳定性都存在很大的问题。

发明内容

本发明针对上述技术中含有非目标阴离子、养分的合理释放和产品的纯度及稳定性方面进行了相应的改进，采用氨基酸降低取代度的方案，既释放亚氨基二琥珀酸盐的羧基，又提高了氨基酸的取代度，使其有更好的活性，从而获得一种满足市场需求的螯合微肥。

本发明为实现其目的采用的技术方案：

一种复合型螯合金属盐，包括以下步骤：

A.将亚氨基二琥珀酸盐与氨基酸混合进行取代反应，根据亚氨基二琥珀酸盐的取代度和有效含量，控制综合取代度为1.9-2.1，摩尔比为2：(1.9-2.3)；所述的综合取代度指的是按照摩尔比例，亚氨基二琥珀酸与氨基酸的摩尔比之和与阳离子的比例；本发明通过控制综合取代度，即如果使用取代度为4的亚氨基二琥珀酸盐，其所有的结构上都已经进行了阴阳离子的结合与占位，当综合取代度降至2.0后，氨基酸与亚氨基二琥珀酸上均有空位进行离子的螯合；

B.然后加入金属氧化物进行螯合反应，得到复合型金属螯合盐；

所述的亚氨基二琥珀酸盐为亚氨基二琥珀酸盐液体，是以天冬氨酸为氨源与顺酐反应生成的亚氨基二琥珀酸盐溶液，其中取代度为4.02-4.32，有效含量>34％，转化率>82％，杂质为天冬氨酸，不可有顺酸或反酸，不可有游离氨；

或，所述的亚氨基二琥珀酸盐为亚氨基二琥珀酸盐固体，是以天冬氨酸为氨源与顺酐反应生成的亚氨基二琥珀酸盐固体，其中取代度为4.02-4.32，有效含量>76％，转化率>82％，杂质为天冬氨酸，不可有顺酸或反酸，不可有游离氨。

进一步地，将亚氨基二琥珀酸盐液体与固体氨基酸混合进行取代反应，或将亚氨基二琥珀酸盐固体与液体复合氨基酸混合进行取代反应。

进一步地，所述的氨基酸为固体氨基酸，包括甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸和丙氨酸中的一种或几种。

进一步地，所述的氨基酸为液体复合氨基酸，其中游离氨基酸总和>20％，甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸和丙氨酸总量>12％。

进一步地，取代反应的温度为85-95℃，反应时间为1-2h。

进一步地，所述的金属氧化物为氧化锌、氧化铁、氧化镁、氧化铜、氧化锰、氧化钙中的一种或任意组合。

进一步地，螯合氧化锌和/或氧化铁时，控制螯合反应的温度为95℃，反应时间2h。

进一步地，螯合氧化镁和/或氧化铜和/或氧化锰时，控制螯合反应的温度为85-90℃，反应时间2h。

进一步地，螯合氧化钙时，控制螯合反应的温度为60-70℃，反应时间2h。

进一步地，采用多种金属氧化物混合螯合，温度控制按照螯合反应温度高的一方进行，氧化钙单独螯合后再复配。例如：当螯合氧化锌和/或氧化铁、与氧化镁和/或氧化铜和/或氧化锰混合时，控制螯合反应的温度为95℃，反应时间2h；当氧化钙与其他金属氧化物混合螯合时，将亚氨基二琥珀酸盐与氨基酸取代反应后，加入氧化钙于60-70℃螯合反应时间2h，得到钙螯合产品；另取亚氨基二琥珀酸盐与氨基酸取代反应后，加入其他金属氧化物，在对应的温度下，螯合反应2h，得到其他金属氧化物螯合产品；然后将钙螯合产品与其他金属氧化物螯合产品复配，得到复合型螯合金属盐。

本发明的有益效果是：

本发明针对上述技术中含有非目标阴离子、养分的合理释放和产品的纯度及稳定性方面进行了相应的改进，采用氨基酸降低取代度的方法，通过一定的温度进行反应后，再与金属氧化物进行反应，在上述过程中既释放亚氨基二琥珀酸盐的羧基，又提高了氨基酸的取代度，使其有更好的活性，最终获得一种满足市场需求的螯合微肥。该技术中，由于不同物料反应后取代度的变化，使得体系的pH能够激发金属氧化物的的电离活性，从而促进了反应的进行；同时结合一定的温度，促进了螯合的进行。

通过采用氨基酸降低取代度的方案，减少了非目标离子的含量，对养分的释放进行了合理的控制，同时获得了稳定并可工业化的的产品，同时该工艺可利用一部分的复合氨基酸液体，促进了农业经济循环的进行。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

图2是实施例1常温储存及5℃冷藏储存后对比图。

图3是实施例4常温储存及5℃冷藏储存后对比图。

图4是实施例6常温储存及5℃冷藏储存后对比图。

图5是实施例7常温储存及5℃冷藏储存后对比图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

经研究发现，当亚氨基二琥珀酸的取代度越大时，其整体的pH会有明显的提高，体系中的对螯合有负面影响的杂质，如富马酸和马来酸等会有明显的降低；在最终形成的螯合盐的浊度会明显降低；但是当取代度太大时，如超过4.32后，会导致螯合盐pH偏高，从而可能导致阳离子的沉淀，因此本发明要控制亚氨基二琥珀酸盐的取代度为4.02-4.32。

通过控制亚氨基二琥珀酸盐溶液的有效含量大于34％，或亚氨基二琥珀酸盐固体的有效含量大于76％，能保证杂质的含量处于比较低的水平，与其他控制指标共同考虑，可以保证杂质的种类。

当产品的转化率偏低时，杂质含量和种类都比较高，对螯合盐有副作用的富马酸和马来酸的量会比较高，因此需要控制转化率82％为最低要求，上限为90％。

在初期制备研发时，发现在螯合的过程中形成了不可逆的悬浮态的不溶物质，经分析发现是亚氨基二琥珀酸盐溶液或固体中存在顺酸或反酸引起的，影响了生成复合型金属螯合盐，因此需要控制亚氨基二琥珀酸盐溶液或固体中不存在顺酸或反酸。

本发明要求不可含有游离氨，是因为游离氯会占螯合结构的空间位置，从而影响螯合速率和螯合量；同时，游离氨的存在，会导致在后续客户使用过程中的造粒过程受到负面影响，从而导致应用的受限。

当时用的氨基酸为液体复合氨基酸时，需要控制甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸和丙氨酸总量>12％，是因为这几种氨基酸在试验中均是促进螯合的氨基酸；当含量偏低时，会造成其他氨基酸的含量的偏高，尤其是副产的氨基酸中碱性氨基酸偏高时，会导致螯合过程的变缓甚至停止；而当这几种氨基酸含量>12％时，其余氨基酸的含量都会比较低，从而对反应的影响降至最低。

一、具体实施例

亚氨基二琥珀酸盐液体的获得：向5L三口烧瓶中加入1.4kg的纯水，继续一次性加入0.625kg的顺酐，控制温度不超过70℃条件下缓慢加入固体氢氧化钠0.600kg；继续加入L-天冬氨酸0.934kg，缓慢加入固体氢氧化钠0.458kg，搅拌至L-天冬氨酸完全溶清；开启电加热，将反应釜升温至95±2℃，保温反应120h；保温反应完毕后加入1.200kg的纯水，继续搅拌，即得亚氨基二琥珀酸盐液体产品。该产品取代度为4.15，有效含量35.12％，转化率87.80％，杂质为天冬氨酸1.67％，无顺酸、反酸和游离氨的残留。

亚氨基二琥珀酸盐固体的获得：将上述亚氨基二琥珀酸盐液体喷雾干燥获得所需要固体产品。固体产品取代度为4.15，有效含量81.65％，转化率87.80％，杂质为天冬氨酸3.88％，无顺酸、反酸和游离氨的残留。

实施例1

亚氨基二琥珀酸盐液体500g(取代度4.15，有效含量35.12％，转化率87.80％，杂质为天冬氨酸含量1.67％，顺酸或反酸未检出，没有游离氨)与天冬氨酸固体68.11g(含量99.80-100.32％(滴定法))、水162.9g混合后，升高温度至87℃进行取代反应1h，继续加入氧化锌40.5g(含量99.82％)后控制温度在95℃进行螯合反应2h后停止反应，获得复合型金属螯合锌。

所获得的复合型金属螯合锌中锌含量(液体中)4.21％，天冬氨酸含量16.65％，不含有其他阴离子。

实施例2

亚氨基二琥珀酸盐固体215g(取代度4.15，有效含量81.65％，转化率87.80％，杂质为天冬氨酸含量3.88％，顺酸或反酸未检出，没有游离氨)与液体复合氨基酸642.90g(氨基酸总量28.57％，甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸和丙氨酸总量15.23％)、水50g混合后，升高温度至90℃进行取代反应1h，继续加入氧化锌42.18g(含量99.82％)后控制温度在95℃进行螯合反应2h后停止反应，获得复合型金属螯合锌。所获得的复合型金属螯合锌中锌含量(液体中)3.56％。

实施例3

亚氨基二琥珀酸盐液体500g(取代度4.15，有效含量35.12％，转化率87.80％，杂质为天冬氨酸1.67％，无顺酸、反酸和游离氨的残留)与甘氨酸固体39.18(含量98％(滴定法))、谷氨酸固体39.05g(含量98％(滴定法))、水178.00g混合后，升高温度至90℃进行取代反应1h，继续加入氧化锌40.45g(含量99.82％)后控制温度在95℃进行螯合反应2h后停止反应，获得复合型金属螯合锌。所获得的复合型金属螯合锌中锌含量(液体中)4.06％。

实施例4

亚氨基二琥珀酸盐液体500g(取代度4.15，有效含量35.12％，转化率87.80％，杂质为天冬氨酸1.67％，无顺酸、反酸和游离氨的残留)与甘氨酸固体40.18(含量98％(滴定法))、谷氨酸固体39.05g(含量98％(滴定法))、水157.56g混合后，升高温度至85℃进行取代反应1h，继续加入氧化镁16.10g(含量99.50％，EDTA滴定法)、氧化铜9.71g(含量98.95％，方法同氧化镁)后控制温度在90℃进行螯合反应2h后停止反应，获得复合型金属螯合镁铜。所获得的复合型金属螯合镁铜中镁含量(液体中)1.26％(参照NY/T1117-2018水溶肥料钙、镁、硫含量的测定中的相关规定)、铜含量(液体中)1.00％(参照NY/T1974-2010水溶肥料铜、铁、锰、锌、硼、钼含量的测定中的相关规定)。

实施例5

亚氨基二琥珀酸盐液体500g(取代度4.15，有效含量35.12％，转化率87.80％，杂质为天冬氨酸1.67％，无顺酸、反酸和游离氨的残留)与天冬氨酸固体69.21g(含量98％(滴定法))、水142.53g混合后，升高温度至85℃进行取代反应1h，继续加入氧化镁16.10g(含量99.50％，EDTA滴定法)、氧化铜9.71g(含量98.95％，方法同氧化镁)后控制温度在90℃进行螯合反应2h后停止反应，获得复合型金属螯合镁铜。所获得的复合型金属螯合镁铜中镁含量(液体中)1.30％(参照NY/T1117-2018水溶肥料钙、镁、硫含量的测定中的相关规定)、铜含量(液体中)1.04％(参照NY/T1974-2010水溶肥料铜、铁、锰、锌、硼、钼含量的测定中的相关规定)。

实施例6

亚氨基二琥珀酸盐液体500g(取代度4.15，有效含量35.12％，转化率87.80％，杂质为天冬氨酸1.67％，无顺酸、反酸和游离氨的残留)与天冬氨酸固体69.21g(含量98％(滴定法))、水145.29g混合后，升高温度至85℃进行取代反应1h，继续加入氧化钙27.65g(含量98.50％，EDTA滴定法)后控制温度在65℃进行螯合反应2h后停止反应，获得复合型金属螯合钙。所获得的复合型金属螯合钙中钙含量(液体中)2.62％(参照NY/T1117-2018水溶肥料钙、镁、硫含量的测定中的相关规定)。

实施例7

亚氨基二琥珀酸盐液体500g(取代度4.15，有效含量35.12％，转化率87.80％，杂质为天冬氨酸1.67％，无顺酸、反酸和游离氨的残留)与甘氨酸固体40.18(含量98％(滴定法))、谷氨酸固体39.05g(含量98％(滴定法))、水146.15g混合后，升高温度至85℃进行取代反应1h，继续加入氧化锰12.43g(含量99.00％，EDTA滴定法)、氧化铁6.22g(含量98.50％，方法同氧化锰)后控制温度在95℃进行螯合反应2h后停止反应，获得复合型金属螯合铁锰。所获得的复合型金属螯合铁锰中锰含量(液体中)1.25％、铁含量(液体中)0.63％(参照NY/T1974-2010水溶肥料铜、铁、锰、锌、硼、钼含量的测定中的相关规定)。

实施例8

亚氨基二琥珀酸盐液体500g(取代度4.15，有效含量35.12％，转化率87.80％，杂质为天冬氨酸1.67％，无顺酸、反酸和游离氨的残留)与天冬氨酸固体69.21g(含量98％(滴定法))、水131.79g混合后，升高温度至85℃进行取代反应1h，继续加入氧化锰12.43g(含量99.00％，EDTA滴定法)、氧化铁6.22g(含量98.50％，方法同氧化锰)后控制温度在95℃进行螯合反应2h后停止反应，获得复合型金属螯合铁锰。所获得的复合型金属螯合铁锰中锰含量(液体中)1.34％、铁含量(液体中)0.67％(参照NY/T1974-2010水溶肥料铜、铁、锰、锌、硼、钼含量的测定中的相关规定)。

二、实验数据

1.复合型金属螯合锌作物幼苗试验

玉米幼苗试验于河北协同化学生测实验室内进行，培育过程中玉米定向诱导产生缺锌生理性病害出苗缓慢和穗部不结实，试验品种为郑单958，试验处理为实施例1样品(播种时底施，处理浓度按照3.0kg/hm

小麦试验于河北省石家庄赞皇县(114°38′77E，37°66′14N)进行，试验品种为冀麦22，试验地为山前平原碱性褐土地，试验处理与玉米室内生测相同，在播种期进行处理(分别为3.0kg/hm

试验结果参见表1。

表1

注：试验数据采用EXCEL电子表格进行整理分析，采用SPSS20.0进行显著性分析

上述实验数据证明，使用实施例1处理样品后，锌元素综合吸收率高于对照，试验材料因缺锌导致的生理病害减轻，干物质积累速率提高，灌浆速率提高，百粒重和穗粒数有显著增加，产量增加。同时，经过储藏实验，产品稳定性有极大的提高。

2.复合型金属螯合镁铜作物幼苗试验

小麦幼苗试验于河北协同化学生测实验室内进行，培育过程中小麦定向诱导产生缺铜生理性病害穗部不结实，试验品种为冀麦22；试验处理为实施例4样品(小麦返青拔节后叶面喷施，处理浓度按照0.3kg/hm

表2

注：试验数据采用EXCEL电子表格进行整理分析，采用SPSS20.0进行显著性分析

作为主要的光合作用元素之一，铜的吸收对作物有很大的帮助，会同时影响小麦的光合与灌浆的多个关键时期。在上表中实施例4样品铜含量指标数据明显高于各对照处理，说明处理后元素吸收有了明显的改善和积累；在叶绿素含量、结实率和穗粒数等方面，实施例4样品处理与IDS钠+硫酸锰+硫酸亚铁处理差异不明显，与其他处理差异显著，说明在灌浆过程中，IDS也起到了积极作用。

表2证明施用本实施例4螯合镁铜后，元素综合吸收率高于对照，小麦因缺铜导致的生理病害减轻，干物质积累速率提高。同时，经过储藏实验，发现产品稳定性有极大的提高。

3.复合型金属螯合钙作物幼苗试验

小麦幼苗试验于河北协同化学生测实验室内进行，培育过程中定向诱导产生缺钙生理性病害典型植物矮小症状，试验品种为冀麦22；试验处理为实施例6样品(小麦返青拔节后叶面喷施，处理浓度按照3.0kg/hm

表3

注：试验数据采用EXCEL电子表格进行整理分析，采用SPSS20.0进行显著性分析

作为主要的骨架元素之一，钙的吸收对作物有很大的帮助，农学上一般将植株中钙含量0.14％作为缺钙与否的临界点。在上表中实施例6样品植株高度和钙含量数据明显高于各对照处理，说明处理后钙元素吸收有了明显的改善和积累，对作物的起身拔节有很好的效果；在干物质积累方面，实施例6样品处理与IDS钠+硝酸钙处理差异不明显，与其他处理差异显著，说明在干物质积累过程中，IDS也起到了作用。

表3证明施用本实施例6螯合钙后，元素综合利用率高于对照，小麦因缺钙导致的生理病害减轻，干物质积累速率提高，具体见下表。同时，经过储藏实验，产品稳定性有极大的提高。

4.复合型金属螯合铁锰作物幼苗试验

小麦幼苗试验于河北协同化学生测实验室内进行，培育过程中小麦定向诱导产生缺锰、铁生理性病害叶部失绿，试验品种为冀麦22；试验处理为实施例7样品(小麦返青拔节后叶面喷施，处理浓度按照0.80kg/hm

表4

注：试验数据采用EXCEL电子表格进行整理分析，采用SPSS20.0进行显著性分析

作为主要的光合作用元素之一，锰和铁的吸收对作物有很大的帮助，在上表中实施例7样品叶绿素含量、铁含量和锰含量等指标数据明显高于各对照处理，说明处理后元素吸收有了明显的改善和积累；在干物质积累方面，实施例7样品处理与IDS钠+硫酸锰+硫酸亚铁处理差异不明显，与其他处理差异显著，说明在干物质积累过程中，IDS也起到了作用。

表4证明施用本实施例7螯合锰铁后，元素积累量高于对照，小麦因缺锰、铁导致的生理病害减轻，干物质积累速率提高。同时，经过储藏实验，产品稳定性有极大的提高。