【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种肥料增效剂材料的制备方法及应用，尤其涉及一种具有阴离子吸附效果的纳微孔材料的季铵盐改性方法，属于材料及肥料与农业领域。
技术介绍
1、农业生产离不开化肥的使用，然而，我国在追求农作物产量的同时，大量施用化肥，造成土壤有机质和腐殖质的缺乏，土壤团粒结构遭到破坏，甚至土壤板结，农植物产量下降等一系列后果。传统的施肥方法中化肥利用率较低，往往存在养分淋失和效率低下的问题，给农民造成经济损失和环境退化。为了应对这些挑战，新型肥料增效剂的利用日益受到关注。
2、纳微孔材料，包括生物炭、活性炭、沸石、膨润土、硅藻土及其他各种矿物材料，聚乙烯醇、合成多孔塑料、mof等合成材料。纳微孔材料具有丰富的孔隙结构和高比表面积，因而具有优异的化学和物理性能，特别是其阳离子容量高，对nh4+、k+的亲和力强，使其能够最大限度地提高农业氮素利用效率，同时纳微孔材料具备保水保肥作用，可用作缓释肥等新型肥料的载体，以提高肥料利用率。然而，对阳离子的强吸附能力意味着对阴离子吸附保留能力较弱，因此，纳微孔材料常常需要经过一定的改性过程才能具有更好地保水保肥效果，通过改性增强对土壤中no3-、po42-等阴离子的吸附，固定植物所需的营养元素，进一步提高肥料利用率。
3、在农业生产中，使用较多的改性剂为十六烷基三甲基铵(hdtma，也称为ctab)，其为表面活性剂的一种。通过ctab改性后的纳微孔材料表面电荷会发生变化，表面带有正电荷因而其改性后具有吸附阴离子的能力，能够作为肥料增效剂使用，进一步提高肥料利用效率。然而，hdt
4、基于此，本专利技术利用季铵盐对纳微孔材料进行改性，得到微生物亲和性纳微孔材料，作为肥料增效剂使用，达到化肥减施、作物提质增效的优异效果，助力我国农业绿色发展。
技术实现思路
1、针对传统施肥方法存在养分淋失及肥料利用率低等问题，开发一种基于纳微孔材料的新型肥料增效剂。改性后的肥料增效剂具有吸附阴离子的特性，能够吸附土壤中的硝酸盐(no3-)，磷酸盐(po4-)和硫酸盐(so4-)等，将植物所需营养元素及养分固定在土壤中，能够保证植物生长的正常生长，且对植物有提质增效作用。同时，使用的改性剂为季铵盐，不仅本身对微生物不具有毒性，而且促进了土壤中活性微生物的生长，同时季铵基团在纳微孔材料表面的固定化保证了改性剂增效的长期稳定性，不易被水冲走淋湿，防止了土壤及地下污染。该材料作为肥料增效剂添加到有机肥中还能替代化肥的使用，提高肥料利用率，解决我国目前农业中化肥的过度使用问题，提高土壤的物理、化学及生物特性，改良土壤，提升地力，保证作物的高产量与高品质，有利于我国农业土壤的可持续利用。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种季铵盐改性纳微孔材料的肥料增效剂，制备方法包括以下步骤：
4、(1)第一步改性：烯基硅烷偶联剂改性水解后与纳微孔材料及矿物反应，冷冻干燥，即得第一步改性材料；烯基硅烷偶联剂一端的硅氧键水解后与纳微孔材料表面的羟基反应形成硅-氧-硅共价键，从而在纳微孔材料表面形成牢固的有机硅长碳链，为第二步反应提供聚合锚定载体；
5、(2)第二步改性：第一步改性材料中加入烯基季铵化盐单体、交联剂、引发剂发生聚合反应类改性剂继续改性，得到改性肥料增效剂纳微孔材料；有机硅、单体、交联剂三者之间形成错综复杂的互穿网络结构体，从而得到改性纳微孔材料。聚合物分子下端于纳微孔材料的外表面由共价键强力锚定，上端外向扩展出相对规则的季铵根基团群，如此构型反转了纳微孔材料表面的电荷性质。作为表面呈现正电性的纳微孔材料，可以对阴离子、微生物或者其他电负性物质具有更好的亲和力和持久的稳定性。
6、进一步地，所述硅烷偶联剂为含有碳碳双键的硅氧烷，包括但不限于乙烯基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧基)硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等一种或者多种。
7、进一步地，所述纳微孔材料及矿物为珍珠岩、蛭石、沸石、二氧化硅、漂白土、硅藻土、黏土、膨润土、蒙脱石、贝得石、绿脱石中的一种或多种。
8、进一步地，所述纳微孔材料粒径为纳米级(10nm-1μm)或微米级(1μm-1mm)。
9、进一步地，所述烯基季铵盐改性剂为含有碳碳双键的季铵化单体，比如，二烯丙基季铵盐、(甲基)丙烯酸酯季铵盐衍生物、(甲基)丙烯酸酰胺季铵盐衍生物、乙烯基吡啶、乙烯苄基等，包括但不限于二甲基二烯丙基氯化铵(dmdaac)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(dmc)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(dac)等。
10、进一步地，所述的硅烷偶联剂与纳微孔材料质量比为1：10-100。
11、进一步地，第二步改性过程中还加入丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰以及引发剂，反应在40-80℃下持续进行2-8小时。
12、更进一步地，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠或偶氮二异丁脒盐酸盐中的一种或多种。
13、更进一步地，第一步改性材料、季铵盐类改性剂、丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺、引发剂的质量比为10-50：0.1-10：0.1-5：0.05-5：0.1-5。上述所述的季铵盐改性纳微孔材料的肥料增效剂在吸附阴离子中的应用。
14、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
15、改性后的聚合物分子下端于纳微孔材料的外表面由共价键强力锚定，上端外向扩展出相对规则的季铵根基团群，如此构型反转了纳微孔材料表面的电荷性质。作为表面呈现正电性的纳微孔材料，可以对阴离子、微生物或者其他电负性物质具有更好的亲和力和持久的稳定性。作为肥料增效剂是其中的一个应用场景，对肥料中常见的硝酸根、磷酸根、硫酸根等阴离子具有良好的吸附和缓释性能，从而降低流失率，提高了利用率。
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1.一种季铵盐改性纳微孔材料的肥料增效剂，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的季铵盐改性纳微孔材料的肥料增效剂，其特征在于，所述硅烷偶联剂为含有碳碳双键的硅氧烷，选自乙烯基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧基)硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或者多种。
3.根据权利要求1所述的肥料增效剂，其特征在于，所述纳微孔材料及矿物选自珍珠岩、蛭石、沸石、二氧化硅、漂白土、硅藻土、黏土、膨润土、蒙脱石、贝得石、绿脱石中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的季铵盐改性纳微孔材料的肥料增效剂，其特征在于，所述纳微孔材料粒径为10nm-1μm或1μm-1mm。
5.根据权利要求1所述的季铵盐改性纳微
6.根据权利要求1所述的季铵盐改性纳微孔材料的肥料增效剂，其特征在于，所述的硅烷偶联剂与纳微孔材料质量比为1：10-100。
7.根据权利要求1所述的季铵盐改性纳微孔材料的肥料增效剂，其特征在于，第二步改性过程中还加入丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰以及引发剂，反应在40-80℃下持续进行2-8小时。
8.根据权利要求1所述的季铵盐改性纳微孔材料的肥料增效剂，其特征在于，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠或偶氮二异丁脒盐酸盐中的一种。
9.根据权利要求7所述的季铵盐改性纳微孔材料的肥料增效剂，其特征在于，第一步改性材料、季铵盐类改性剂、丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、引发剂的质量比为10-50：0.1-10：0.1-5：0.05-5：0.1-5。
10.一种权利要求1-9任一项所述的季铵盐改性纳微孔材料的肥料增效剂在吸附阴离子中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种季铵盐改性纳微孔材料的肥料增效剂，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的季铵盐改性纳微孔材料的肥料增效剂，其特征在于，所述硅烷偶联剂为含有碳碳双键的硅氧烷，选自乙烯基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三(三甲基硅氧基)硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或者多种。
3.根据权利要求1所述的肥料增效剂，其特征在于，所述纳微孔材料及矿物选自珍珠岩、蛭石、沸石、二氧化硅、漂白土、硅藻土、黏土、膨润土、蒙脱石、贝得石、绿脱石中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的季铵盐改性纳微孔材料的肥料增效剂，其特征在于，所述纳微孔材料粒径为10nm-1μm或1μm-1mm。
5.根据权利要求1所述的季铵盐改性纳微孔材料的肥料增效剂，其特征在于，所述烯基季铵盐改性剂为含有碳碳...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘冬英，薛艺超，国纲，郭荣波，于伟武，冯昊宇，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：
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