一种低品位硅藻土制备多元纳米硅肥的方法

技术领域

本发明属于硅肥制备技术领域。具体而言，涉及一种低品位硅藻土制备多元纳米硅肥制备方法。

背景技术

硅是植物生长的重要元素，绝大部分植物体内均含有硅，特别是对于水稻、甘蔗等植物。硅肥被认为是继氮肥、钾肥、磷肥之后的第四种重要作物肥料。它不仅能够促进农作物的根系发育，提高作物产量，增强作物抗倒伏、抗病虫害以及耐旱/寒能力；施用硅肥同时能改良土壤，矫正土壤酸度，提高土壤盐基，促进土壤中有机肥分解，抑制土壤病菌。如红壤旱地属酸pH值4.5～5.2左右，缺少有机质和钙，容易板结。施硅肥可改良土性，加速熟化，有利于作物增产，在农业可持续发展方面有重要作用。

传统的固体硅肥存在溶解度低，难以达到水流肥到的问题，通常只能将固态肥料洒施于土壤中，通过土壤渗透至根系被缓慢吸收，这导致作物对硅肥的吸收时间长、且效果并不显著。可溶性叶面肥更利于作物吸收，然而仅有极少量关于叶面纳米硅肥的研究。现有技术提供的叶面肥通过金属螯合技术、渗析技术将偏硅酸(硅肥的主要成分)中重金属氧化物去除，制备成一种纳米二氧化硅溶胶，可直接施于叶面上。然而，该方法制备步骤繁杂，需使用金属螯合剂等价格较高的试剂，导致制备过程困难、产品成本较高、难以推广应用等问题。

本发明所用硅藻土为低品级硅藻土。硅藻土是一种天然的多孔硅矿物集合体，主要由硅藻蛋白石(多孔二氧化硅)和极少量的粘土矿物、石英等矿物组成。含硅藻蛋白石量一般大于65％，有些矿样中甚至高于90％。因此，硅藻土是一种天然可用的硅肥。

研究发现，直接施用硅藻土可增加水稻的产量。然而必须指出的是，尽管1公顷水稻田施用硅藻土的量达到150公斤以上，其产量仅略有提高，使用效果虽略高于硅酸钠，但远低于叶面硅肥。另外，硅藻土中所含的铝也易于进入土壤中，长时间施肥也将导致土壤酸化程度升高，不利于农作物生长。可见，如若硅肥为难溶性固态物质，农作物难于直接吸收转化利用。因此，硅藻土直接施用或利用传统固态硅肥不能够直接作用农作物，增产的效果不显著，需通过大量施用来弥补其有效性差的问题。

发明内容

为了解决硅藻土直接施用增产的效果不显著等问题，本发明提供了一种低品位硅藻土制备的多元纳米硅肥的方法，本发明所采用的技术方案为：

所述低品位硅藻土制备多元纳米硅肥的方法，具体步骤如下：

a.取低品位硅藻土，将其与浓度为5～15wt％的氢氧化钾溶液混合；加入膨润土，后加入2～4ml浓度为20～40wt％的过氧化氢溶液，以40～60℃的温度、800～1000r/min的转速下进行水浴搅拌1～2.5h，制得混合液；所述低品位硅藻土的质量与氢氧化钾溶液的料液比为(3g～5g):(30ml～75ml)；所述膨润土与所述低品位硅藻土质量比为1:(2～10)，优选为1:5。

b.将步骤a所述制得的混合液通过高压反应釜进行水热处理，温度为100～180℃，处理1.5～4h，制得悬浊液；水热处理的温度优选为140℃；

c.将步骤b所述的悬浊液进行固液分离，取分离液；

d.取步骤c所述的分离液与酸液混合，调节所述分离液的pH值为7～9，获得溶胶态多元纳米硅肥；

e.按16000～21000r/min的剪切转速下，对上述溶胶态多元纳米硅肥进行剪切，剪切时间控制为45～120min，制得粒径小的多元纳米硅肥；

所述的酸液为木醋液、腐殖酸、氨基酸、富里酸或磷酸中的一种或几种的组合；所述的氨基酸为甘氨酸和/或脯氨酸。

优选的，所述木醋液为市售原液，氨基酸、腐殖酸、富里酸和磷酸为质量分数2～10wt％的溶液。

优选的，所述的酸液为木醋液和氨基酸、腐殖酸和富里酸中的一种混合，体积比为1:(1～4)。

或者优选的，所述的酸液为木醋液加氨基酸和腐殖酸、木醋液加氨基酸和富里酸或木醋液加氨基酸和腐殖酸和富里酸，体积比为1:(1～4):(1～4)。

本发明所述的步骤e通过控制剪切速度和剪切时间，进而获得不同粒径范围的多元纳米硅肥。

将本发明步骤c固液分离所获得的滤渣作为硅藻土原料重复进行步骤a～步骤c的处理步骤，重复多次碱提硅元素，能够提升硅藻土的利用率，从而提升最终产品硅藻土制备多元纳米硅肥的收率。

所述的低品位硅藻土取自吉林省长白朝鲜族自治县二、三级硅藻土。

本发明的有益效果为：

本发明所提供的低品位硅藻土制备多元纳米硅肥的方法，制得的纳米硅肥呈溶胶状，经zeta电位仪和粒度分析仪评估，单颗粒粒径分布为9～50nm，易于农作物高效吸收。

本发明所制备的多元纳米硅肥的含硅量高，有害杂质如铝等含量低，能有效避免有害金属的对土壤的毒害，同时可采用多种施肥方式，即可根系施肥，也可作为叶面肥施用。易于作为吸收利用，仅少量施用即可大大增加作物产量。同时能够做到提高植物抗倒伏的能力。

附图说明

图1是实施例1以低品位硅藻土制备的多元纳米硅肥材料的电子扫描电镜图；

图2是实施例1以低品位硅藻土制备的多元纳米硅肥材料的能谱分析图；

图3是采用实施例1、实施例14以叶面喷施的方式将低品位硅藻土制备的多元纳米硅肥材料喷施于水稻，成熟后植株对比图；

图4是实施例17以低品位硅藻土制备多元纳米硅肥的粒径分析图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

接下来结合具体实施例对本发明提供的硅藻土基硅肥及其制备方法进行具体说明。

实施例1：

a.取5g低品位硅藻土，将其与75ml浓度为5wt％的氢氧化钾混合，加入1g膨润土，后加入2ml浓度为30wt％的过氧化氢溶液，在40℃下以1000r/min的转速进行水浴搅拌2h，制得混合液；

b.将步骤a所述制得的混合液通过高压反应釜进行水热处理，水热温度为180℃，水热处理4h，制得悬浊液；

c.将步骤b所述的悬浊液进行固液分离，取分离液；

d.采用木醋液原液为酸液与步骤c所述的分离液混合，调节所述分离液的pH值在8左右，获得溶胶态多元纳米硅肥；

e.按16000～21000r/min的剪切转速下，对上述溶剂态多元纳米硅肥进行剪切，剪切时间控制为45～120min，制得粒径小的多元纳米硅肥。

实施例2：

按实施例1做法，所不同的是在步骤d中所采用的酸液是浓度为2wt％磷酸，调节分离液pH值在8左右，其他工艺条件均同实施例1。

实施例3：

按实施例1做法，所不同的是在步骤d中所采用的酸液是浓度为5wt％磷酸，调节分离液pH值在8左右，其他工艺条件均同实施例1。

实施例4：

按实施例1做法，所不同的是在步骤d中所采用的酸液是木醋液原液和浓度为2wt％的腐殖酸，并按照体积比为1:1进行混合，调节分离液pH值在8左右，其他工艺条件均同实施例1。实施例5：

按实施例1做法，所不同的是在步骤d中所采用的酸液是木醋液原液和浓度为2wt％的腐殖酸，并按照体积比为1:4进行混合，调节分离液pH值在8左右，其他工艺条件均同实施例1。

实施例6：

按实施例1做法，所不同的是在步骤d中所采用的酸液是木醋液原液和浓度为5wt％的腐殖酸，并按照体积比为1:1进行混合，调节分离液pH值在8左右，其他工艺条件均同实施例1。

实施例7：

按实施例1做法，所不同的是在步骤d中所采用的酸液是木醋液原液和浓度为5wt％的腐殖酸，并按照体积比为1:4进行混合，调节分离液pH值在8左右，其他工艺条件均同实施例1。

实施例8：

按实施例1做法，所不同的是在步骤d中所采用的酸液是木醋液原液和浓度为10wt％的腐殖酸，并按照体积比为1:4进行混合，调节分离液pH值在8左右，其他工艺条件均同实施例1。

实施例9：

按实施例1做法，所不同的是在步骤d中所采用的酸液是木醋液原液和浓度为2wt％的富里酸，并按照体积比为1:1进行混合，调节分离液pH值在8左右，其他工艺条件均同实施例1。

实施例10：

按实施例1做法，所不同的是在步骤d中所采用的酸液是木醋液原液和浓度为2wt％的富里酸，并按照体积比为1:4进行混合，调节分离液pH值在8左右，其他工艺条件均同实施例1。

实施例11：

按实施例1做法，所不同的是在步骤d中所采用的酸液是木醋液原液和浓度为5wt％的富里酸，并按照体积比为1:1进行混合，调节分离液pH值在8左右，其他工艺条件均同实施例1。

实施例12：

按实施例1做法，所不同的是在步骤d中所采用的酸液是木醋液原液和浓度为10wt％的富里酸，并按照体积比为1:4进行混合，调节分离液pH值在8左右，其他工艺条件均同实施例1。

实施例13：

按实施例1做法，所不同的是在步骤d中所采用的酸液是木醋液原液和浓度为2wt％的氨基酸，并按照体积比为1:1进行混合，调节分离液pH值在8左右，其他工艺条件均同实施例1。

实施例14：

按实施例1做法，所不同的是在步骤d中所采用的酸液是木醋液原液和浓度为5wt％的氨基酸，并按照体积比为1:4进行混合，调节分离液pH值在8左右，其他工艺条件均同实施例1。

实施例15：

按实施例1做法，所不同的是在步骤d中所采用的酸液是木醋液原液和浓度为10wt％的氨基酸，并按照体积比为1:1进行混合，调节分离液pH值在8左右，其他工艺条件均同实施例1。

实施例16：

按实施例1做法，所不同的是在步骤d中所采用的酸液是木醋液原液和浓度为10wt％的氨基酸，并按照体积比为1:4进行混合，调节分离液pH值在8左右，其他工艺条件均同实施例1。

实施例17：

按实施例1做法，所不同的是在步骤d中所采用的酸液是木醋液原液和浓度均为2wt％的腐植酸和氨基酸，并按照体积比为1:1:1进行混合，调节分离液pH值在8左右，其他工艺条件均同实施例1。

实施例18：

按实施例1做法，所不同的是在步骤d中所采用的酸液是木醋液原液和浓度均为5wt％的腐植酸和氨基酸，并按照体积比为1:2:2进行混合，调节分离液pH值在8左右，其他工艺条件均同实施例1。

实施例19：

按实施例1做法，所不同的是在步骤d中所采用的酸液是木醋液原液和浓度均为2wt％的富里酸和氨基酸，并按照体积比为1:1:2进行混合，调节分离液pH值在8左右，其他工艺条件均同实施例1。

实施例20：

按实施例1做法，所不同的是在步骤d中所采用的酸液是木醋液原液和浓度均为10wt％的富里酸和氨基酸，并按照体积比为1:1:4进行混合，调节分离液pH值在8左右，其他工艺条件均同实施例1。

实施例21：

按实施例1做法，所不同的是在步骤d中所采用的酸液是木醋液原液和浓度均为2wt％的腐植酸、富里酸和氨基酸，并按照体积比为1:1:1:2进行混合，调节分离液pH值在8左右，其他工艺条件均同实施例1。

效果验证：

如表1所示是实施例1～21制备的多元纳米硅肥、传统液体硅肥和不喷施硅肥处理的空白对照处理(CK)对水稻物理指标的作用和纳米硅肥的粒径分布。

表1

图1是实施例1以低品位硅藻土制备的多元纳米硅肥材料的电子扫描电镜图，从图1看出以本发明所述的方法制备的是纳米硅肥，并且粒径可以根据步骤e所述的采用不同的剪切时间和剪切速度制得所需粒径范围的硅肥。

图2是实施例1以低品位硅藻土制备的多元纳米硅肥材料的能谱分析图，从图2能谱图可以看出，本发明所述的以低品位硅藻土制备多元纳米硅肥的方法，能够获取到低品位硅藻土中有效硅，并且结合不同酸对植物的作用，共同促进植株对营养物质的吸收，促进植株高效快速吸收硅元素，强化植株对环境因素的抵抗能力；

如图3所示，是采用实施例1与实施例14以叶面喷施的方式将低品位硅藻土制备的多元纳米硅肥材料喷施于水稻，成熟后植株对比图。通过对物理指标的对比可以发现，喷施硅肥后的水稻植株长势优于空白对照组；同时对比实施例1与实施例14发现，结合不同的酸，对水稻的影响均有所不同，实施例14在提高水稻产量方面更为显著。本发明的多元纳米硅肥可以使水稻快速吸收硅元素，同时通过叶面喷施的方式，减少了从土壤中吸收经过根部运输至叶片的损耗，提升了水稻各部位对硅的利用度，促进水稻的光合作用，提高水稻报水能力，改善水稻倒伏情况，进而有效增加了水稻的平均产量。

如图4所示，是实施例17以低品位硅藻土制备多元纳米硅肥的粒径分析图，可以看出以本发明所述的制备多元纳米硅肥的方法能够得到纳米级的硅肥材料，并且通过控制剪切时间和剪切速度能够获得更小范围的多元纳米硅肥。