液體高硼微量元素水溶肥料的制備*

劉 鵬，韓效釗，黃家祥，張 旭，劉 昆，黃晗達

(1.合肥工業大學化學與化工學院 安徽合肥 230009；2.合肥綠農肥業有限責任公司 安徽合肥 230088)

液體高硼微量元素水溶肥料的制備*

劉 鵬1，韓效釗1，黃家祥1，張 旭1，劉 昆1，黃晗達2

(1.合肥工業大學化學與化工學院 安徽合肥 230009；2.合肥綠農肥業有限責任公司 安徽合肥 230088)

硼是植物生長發育所必需的微量營養元素之一，但傳統硼肥(硼砂和硼酸)在常溫下溶解速度很慢且溶解度很小。以硼砂和硼酸為原料，采用一鍋煮合成法制取四水八硼酸二鈉液體產物，試驗考察了溫度、原料質量比、反應時間、攪拌轉速對反應的影響。在合成產物中加入硫酸銅、硫酸鋅，制得液體高硼微量元素水溶肥料，微量元素總量超過100 g/L，其中含硼質量濃度達到65 g/L。

硼砂；硼酸；微量元素；水溶肥料

硼是植物生長發育所必需的微量營養元素之一。硼能加強作物的某些重要生理機能，是植物正常受精的必要保證[1]。當缺乏足夠的硼時，植物就無法完成授粉，也無法形成種子并結出果實，如油菜的“花而不實”、棉花的“蕾而不花”、果樹的落花落果等病癥就是由于硼的缺乏所致。因此，硼直接關系到糧食作物和經濟作物的產量問題[2]。

根據全國第2次土壤普查數據統計，全國耕種土壤缺硼面積多達5億畝(1畝=666.67 m2)以上，大部分地區的耕地缺硼比例大于60%[3]。為了提高土壤中的硼含量，最直接的方法就是施用硼肥。傳統硼肥主要品種是硼砂和硼酸，但常溫下的溶解速度很慢且溶解度很小，飽和溶液中硼含量也難以超過10 g/L。為此，對液體高硼微量元素水溶肥料的制備開展了試驗研究。

1 主要儀器與試劑

主要儀器：可見分光光度計，VIS- 7220N，北京北分瑞利分析儀器(集團)公司；電熱恒溫鼓風干燥箱，DHG- 9023A，上海精宏實驗設備有限公司；數字控溫電熱套，HDM- 250，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；電子分析天平，AUY120，島津公司；電子天平，YP402N，上海精密科學儀器有限公司。

主要試劑：四硼酸鈉(Na2B4O7·10H2O)、硼酸(H3BO3)、氫氧化鈉(NaOH)、鹽酸(HCl)、乙酸銨(CH3COONH4)、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)、抗壞血酸(C6H8O6)、硫酸銅(CuSO4·10H2O)、硫酸鋅(ZnSO4·7H2O)，均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司；甲亞胺-H酸(C17H13NO8S2)，分析純，上海笛柏化學品技術有限公司；硼酸(H3BO3)，優級純，國藥集團化學試劑有限公司。

2 試驗內容

2.1 試驗方法

一鍋煮合成法：將一定量的硼砂和硼酸加入燒瓶中，加入一定量的蒸餾水，然后將燒瓶置于電熱套中控溫加熱，同時啟動攪拌器，反應一段時間后得到的產品可直接作為液體硼肥。硼酸與硼砂反應如下[4- 5]：

Na2B4O7·10H2O+4H3BO3→Na2B8O13·4H2O+12H2O

在原料中加入一定量的硫酸銅、硫酸鋅，可制備出符合農業行業標準《微量元素水溶肥料》(NY 1428—2010)[6]要求的含有硼、銅、鋅微量元素的水溶肥料。

1.2 分析測定

產物中的硼含量采用甲亞胺-H酸分光光度法測定[7]。

1.3 標準曲線的繪制

(1) 配制硼標準溶液(Ⅰ)：稱取預先干燥24 h的優級純硼酸5.720 g，加入10 mL水溫熱溶解，用1 000 mL容量瓶定容。

(2) 配制硼標準溶液(Ⅱ)：吸取5.0 mL硼標準溶液(Ⅰ)，采用250 mL容量瓶定容，使用時現配。

(3) 標準曲線的繪制：分別吸取硼標準溶液(Ⅱ) 0.0，0.5，1.0，2.0和4.0 mL于5個50 mL干燥燒杯中，各加入10 mL EDTA溶液，用氫氧化鈉溶液和鹽酸溶液調節pH至5.0，然后分別加入5 mL乙酸銨緩沖溶液和5 mL顯色劑溶液，轉移至50 mL容量瓶中，加水稀釋至刻度，搖勻，于室溫下避光放置3 h。在波長415 nm處，以含硼質量濃度0.0 μg/mL的標準溶液為參比溶液，用分光光度計測定5個樣品的吸光度，測得的硼標準曲線數據見表1；以硼質量濃度為橫坐標、測得的吸光度為縱坐標繪制的硼標準曲線如圖1所示[6]；根據測定數據擬合的硼標準曲線線性方程為Y=0.156X+0.000 4，線性相關系數為0.999 89。

表1 標準曲線數據

吸取硼標準溶液(Ⅱ)體積/mL硼質量濃度/(μg·mL-1)吸光度A0．00．00．0000．50．20．0301．00．40．0642．00．80．1274．01．60．249

圖1 硼標準曲線

2 試驗結果與分析

2.1 原料質量比對硼含量的影響

控制反應溫度110 ℃、攪拌轉速80 r/min、反應時間30 min，考察不同原料質量比(硼砂與硼酸質量比)對產物硼含量的影響，試驗結果如圖2所示。

圖2 原料質量比對硼含量的影響

由圖2可知：在一定范圍內，隨著原料質量比的增大，產物中的硼含量逐漸增加；當原料質量比為1.5時，產物中的硼含量不再增加，這是由于原料中的硼酸已經完全反應，多余的硼砂沒有反應也不能完全溶解在溶液中，會以晶體的形式析出，導致產物中的硼含量不再增加。

2.2 反應溫度對硼含量的影響

控制原料質量比1.5、攪拌轉速80 r/min、反應時間30 min，考察不同反應溫度對產物硼含量的影響，試驗結果如圖3所示。

圖3 反應溫度對硼含量的影響

由圖3可知：在一定范圍內，隨著反應溫度的升高，產物中的硼含量逐漸增加；當反應溫度達到110 ℃時，溶液出現沸騰現象。

2.3 攪拌轉速對硼含量的影響

控制原料質量比1.5、反應溫度110 ℃、反應時間30 min，考察不同攪拌轉速對產物硼含量的影響，試驗結果如圖4所示。

圖4 攪拌轉速對硼含量的影響

由圖4可以發現：攪拌轉速的加快有利于反應的進行，可使產物中的硼含量增加；當攪拌轉速達到80 r/min以后，攪拌轉速對反應產物中硼含量的影響較小。

2.4 反應時間對硼含量的影響

控制原料質量比1.5、反應溫度110 ℃、攪拌轉速80 r/min，考察不同反應時間對產物硼含量的影響，試驗結果如圖5所示。

圖5 反應時間對硼含量的影響

由圖5可知：在一定范圍內，隨著反應時間的延長，產物中的硼含量不斷增加；當反應時間超過30 min后，產物中的硼含量基本維持穩定。

3 液體高硼微量元素水溶肥料的制備

由圖5可知，在較適宜的反應條件下制備的產品硼含量最高不會超過70 g/L。為了使產物達到NY 1428—2010的要求，先在原料質量比1.5、反應溫度110 ℃、攪拌轉速80 r/min的條件下反應30 min，然后加入一定量的硫酸銅和硫酸鋅[8- 9]，調節產物的pH，得到穩定的不透明液體產物。采用甲亞胺-H酸分光光度法測定產物中的硼和原子吸收分光光度法測定產物中的銅和鋅的含量，測定結果分別為65.2，17.8和18.4 g/L，總含量為101.4 g/L。

4 結語

以硼砂和硼酸為原料合成四水八硼酸二鈉，傳統的方法是將該產物用高速離心干燥機離心干燥，得到的固體產品中硼含量較高且易溶于水，但干燥過程需要消耗能量，使用時需加水溶解并稀釋。采用本試驗得到的優化反應條件，取消干燥過程，再加入硫酸銅和硫酸鋅，制備出液體型含鋅、銅的高硼微量元素水溶肥料，微量元素總量為101.4 g/L，產品符合NY 1428—2010的要求；產品中硼含量較高，可以達到65 g/L。

[1] 吳云.新型硼系有機水溶肥料的研究[D].合肥：合肥工業大學，2012.

[2] 趙鵬.硼肥在農業上的作用及我國應用現狀[C]∥第十一屆全國化肥市場(紅日阿康)研討會論文集.2006：143- 154.

[3] 劉曉燕.我國農田土壤肥力和養分平衡狀況研究[D].北京：中國農業科學院，2008.

[4] 張洪衛.四水八硼酸二鈉的制備方法：201210244199.3[P].2014- 1- 29.

[5] 田杰.一種新型速溶硼肥的研制與應用[J].安徽農學通報，2007(23)：47- 47.

[6] 中華人民共和國農業部.微量元素水溶肥料：NY 1428—2010[S].北京：中國農業出版社，2010.

[7] 中華人民共和國農業部.水溶肥料 銅、鐵、錳、鋅、硼、鉬含量的測定：NY/T 1974—2010[S].北京：中國農業出版社，2010.

[8] 韓效釗，黃晗達，吳云，等.液體型有機硼鋅肥制備及應用效果[C]∥全國功能性肥料研究開發暨新產品、新工藝、新設備交流研討會論文集.2014：56- 63.

[9] 吳云，韓效釗，李幸濤，等.水溶性有機硼鋅肥的制備及其性能表征[J].磷肥與復肥，2012(4)：14- 17.

PreparationofLiquidTraceElementWater-SolubleFertilizerwithHighBoronContent

LIU Peng1, HAN Xiaozhao1, HUANG Jiaxiang1, ZHANG Xu1, LIU Kun1, HUANG Handa2

(1.School of Chemistry and Chemical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China；2.Hefei Green Farming Fertilizer Co., Ltd., Heifei 230088, China)

The boron is one of necessary micronutrient elements for plant growth and development, but the traditional boron fertilizer, borax and boric acid have slow dissolving speed and very small solubility at normal temperature. Using borax and boric acid as raw material, adopting one- pot synthesis method, liquid product of disodium octaborate tetrahydrate is made, and the effects of temperature, mass ratio of raw materials, reaction time, agitation speed on reaction are studied. By adding copper sulfate and zinc sulfate into synthetic product, the liquid trace element water-soluble fertilizer with high boron content is prepared, the total trace elements are above 100 g/L, among which the boron mass concentration reaches 65g/L.

borax; boric acid; trace element; water- soluble fertilizer

阜陽市2013年科技計劃項目(fykj201306)

劉鵬(1990—)，男，合肥工業大學化學工程專業13級研究生；liupenghfut@sina.com

韓效釗(1964—)，男，教授，從事新型肥料研究；hxzhgd@sina.com

S143.7

A

1006- 7779(2017)05- 0015- 03

2016- 03- 17)