CN102639468B - 从谷壳获得的植物营养剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包含谷壳提取物的植物营养剂以及获得其的方法，所述谷壳提取物具有5至20％的溶解的氧化硅，其中通过向反应混合物添加过氧化氢对谷壳进行碱处理，从而产生具有低氧化硅的稻农业聚合物。
Description
技术领域
本发明一般涉及农业生物技术领域。具体而言，本发明涉及高效植物营养剂以及从植物体的部分(如包括农作物在内的植物的种皮、外壳(hull)、壳(husk)或种子覆皮(seed cover))来制造营养剂的方法。更具体而言，本发明涉及从稻获得生物氧化硅(bio silica)的方法，这是因为所述生物氧化硅具有用作植物营养剂以及生产用于太阳能电池的高纯度硅的潜力。本文公开的农业聚合物具有广泛的工业应用，并且可用于净化被金属或离子污染或弄脏的水溶液的水。
本发明的背景和现有技术
美国专利6958232中公开的农业聚合物提供了具有金属结合活性位点的生物聚合物，其中由于制备方法的目的不是改变氧化硅含量，所以氧化硅的含量较高。已知氧化硅主要是由通过焚烧谷壳所获得的白灰所生产。而本发明的目的是在不焚烧谷壳的情况下由其生产生物氧化硅。因此，本发明的目的是生产农业聚合物，所述农业聚合物来源于廉价的、广泛可得的植物材料，优选农业原料，例如农作物的种皮、壳、糠或种子覆皮。
因此，本发明中公开的方法与美国专利6958232的不同之处在于本发明方法提供具有非常低的氧化硅含量的农业聚合物。
发明目的
本发明的主要目的是在不焚烧谷壳的情况下提供来自谷壳的植物营养剂。
本发明的另一目的是提供具有5至20％溶解氧化硅(生物氧化硅)含量的富含溶解氧化硅的来自谷壳的植物营养剂。
本发明的又一目的是提供用于叶施用、土壤处理的植物营养剂。
本发明的又一目的是提供其中包含(embedded)有10至45％氧化硅含量的富含氧化硅的谷壳农业聚合物。
本发明的又一目的是提供农业聚合物，其具有与树脂一起作为粘合材料的应用以及用于填充土地以防止地下水和土壤免受工业或有毒金属污染的用途。
附图说明
图1和1A涉及得自谷壳的植物营养剂的对比FTIR分析。
发明内容
为了满足上述目的和其他目的，本发明涉及由稻农业聚合物生产生物氧化硅的新方法。本发明涉及植物营养剂的生产方法，其中使微粉化的植物材料接受碱处理、过氧化氢处理或者过氧化氢碱处理的组合。用于处理微粉化植物材料的碱性溶液还提取谷壳中存在的氧化硅。本发明可用于由稻农业聚合物生产方法的改进出发来开发生物氧化硅的生产。
具体实施方式
虽然本发明可具有多种修改方案和变化形式，但是其特定形式已经在示例性实施例中以举例的方式示出并且将在下文详细描述。然而，应当理解，不是意图将本发明限制于所公开的具体形式，相反地，本发明也涵盖所有的修改方案、等同方案和变化方案而不脱离由所附权利要求限定的本发明精神和范围。
在详细描述实施方案之前，可以理解本发明的新颖性和创造性在于在不焚烧糠的情况下由谷壳获得高效植物营养剂，由此获得具有5至20％溶解氧化硅含量的富含溶解氧化硅的提取物。注意，本领域的普通技术人员可以受本发明启发，并且针对不同的作物修改所述提取物的应用。然而，这类修改应被视为落在本发明的范围和精神内。相应地，实施例仅显示与理解本发明方面有关的具体细节以使得细节公开内容清楚明白，本领域的普通技术人员将容易理解这些细节具有本说明书的益处。
术语“包括”、“包含”或其变化形式涵盖非排他性的包含，使得包括所列出的部件的装备、装置不仅包括所列出的部件，而且还可以包括未明确列出的或这些装备或装置所固有的其他部件。换言之，在以“包括……”为开头描述的方法或植物营养剂中的一种或更多种要素并不(没有更多的约束)排除在组合物或方法中存在其他要素或额外的要素。下文解释关于包含谷壳提取物的高效植物营养剂，所述谷壳提取物包含10至24％的氧化硅，其中利用用于种子或幼苗处理的金属硅酸盐对含有或不含有碱性溶液的所述提取物进行处理。所述金属硅酸盐的金属选自诸如铜、锌、铁、锰、钼及其混合物。
相应地，本发明涉及包含谷壳提取物的植物营养剂，所述谷壳提取物包含5至20％的氧化硅。
本发明的另一方面，其中用于制备得自谷壳的植物营养剂的方法包括以下步骤：
a.将1:3至1:20w/v比例的谷壳和碱性溶液与水一起混合，加热混合物以获得其溶液，以及具有低于5％的低氧化硅含量的谷壳的残渣或余留物(left over)
b.通过以下方式获得沉淀：将步骤(a)的所述混合物酸化、将其过滤和获得生物氧化硅沉淀，和
c.将步骤(b)的所述生物氧化硅溶解在10至20％的碱金属硅酸盐如硅酸钾中，以及与其他植物营养剂一起或不一起使用。
本发明的又一方面，其中将步骤(b)中获得的提取物另外溶解在碱性溶液中以用作叶营养剂。
本发明的又一方面，其中所述碱性溶液为5％至25％。
本发明的又一方面，其中通过添加诸如HCl或H2SO4的酸将所述步骤(a)的混合物酸化至最高pH2。
本发明的又一方面，其中在步骤(b)中用5至25％H2O2处理由此获得的余留物以获得具有低于5％的低氧化硅含量的谷壳农业聚合物。
本发明的又一方面，其中用金属硅酸盐进一步处理谷壳的农业聚合物以获得包含有5至45％氧化硅含量的富含氧化硅的农业聚合物。
本发明的提取物可包括单宁酸、腐殖酸、全细胞生物质、甲壳素和甲壳素衍生物、金属硫因(metallothionein)、微生物多糖、黑色素(melannin)、多酚类生物色素、细菌细胞壁聚合物、微生物产生的螯合剂(细菌嗜铁素(siderophore))等。然而，上述物质可能是昂贵的且经常不能以足量获得。
本发明的另一些方面提供了来自稻农业聚合物生产方法改进的生物氧化硅。在一个优选实施方案中，利用氢氧化钠或氢氧化钾或碳酸钠或者向反应混合物添加任何碱性溶液和/或添加过氧化氢来进行谷壳的碱处理。过氧化氢(5-30％浓度的处理，以及1-10％w/w)产生稻农业聚合物。
用较高浓度的碱(11-20％w/w，含有或不含过氧化氢)处理谷壳。碱性溶液(NaOH或KOH或碳酸钠或任意的碱性溶液)从谷壳中除去更多的氧化硅。用诸如HCl的酸将所得溶液酸化以沉淀氧化硅。
下面将详细描述本发明以举例说明和解释本发明的多种突出特征。
实施例1
在该实施例中，利用20％KOH溶液以及5-10升水处理1.0Kg谷壳，加热混合物以获得其溶液，将溶液保持6小时，其间伴随规律的搅拌/振摇，随后过滤。在过滤溶液之后，获得谷壳的提取物以及谷壳提取物的残渣或余留物。谷壳的提取物包含5-20％的主要量的氧化硅；用HCl或H2SO4将该提取物酸化至低于pH2以获得富含氧化硅(生物氧化硅)的沉淀，获得约10至20％的干物料重量。其中利用碱将得自所述谷壳提取物的生物氧化硅以多种浓度溶解，并以多种浓度用于叶营养剂，以及以2％叶喷雾使用时该产品将稻产量提高高达15％。
实施例2
其中利用碱将所述谷壳提取物以多种浓度进一步溶解，并且与其他营养剂如尿素一起以多种浓度用于叶营养剂，以及以2-3％叶喷雾使用时该产品将稻产量提高高达25％。
实施例3
用5-20％H2O2将谷壳的余留物依次处理两到三次或者处理单次以获得农业聚合物。在去除H2O2后，将所获得的农业聚合物再次浸泡在饱和硅酸钾中12小时，随后酸化以获得包含有高氧化硅含量[5-45％]的农业聚合物。
本发明的优点
本发明的植物营养剂的主要优点是增强了作物的生长且增加了产量。
本发明营养剂的另一优点是具有含5-25％的溶解氧化硅的性质。
本发明植物营养剂的又一优点是可以与其他常规植物营养剂一起使用。
本发明通过工作开发了本发明，使得可以以经济、可行和容易的方式实现优点。虽然已经显示并描述了优选的方面和示例性配置，但是应当理解，对于本领域的普通技术人员而言，多种其他修改方案和额外的配置将是明显的。本文公开的具体实施方案和配置的意图是对本发明的优选性质进行举例说明，而不应被视为对本发明范围的限制。
Claims (9)
1.在没有焚烧的情况下获得自谷壳提取物的植物营养剂，其包含5至20％的溶解的氧化硅，
其中所述植物营养剂通过用于在没有焚烧的情况下制备得自谷壳的植物营养剂的方法获得，所述方法包括以下步骤：
a.将1:3至1:20w/v比例的谷壳和碱性溶液与水一起混合，加热所述混合物以获得其溶液，以及具有低于5％的低氧化硅含量的所述谷壳的残渣或余留物
b.通过下述方式获得沉淀：将步骤(a)的所述混合物酸化、将其过滤和获得生物氧化硅沉淀，和
c.将步骤(b)的所述生物氧化硅溶解在10至20％的碱金属硅酸盐中，以及与其他植物营养剂一起或不一起使用。
2.用于在没有焚烧的情况下制备得自谷壳的植物营养剂的方法，所述方法包括以下步骤：
a.将1:3至1:20w/v比例的谷壳和碱性溶液与水一起混合，加热所述混合物以获得其溶液，以及具有低于5％的低氧化硅含量的所述谷壳的残渣或余留物
b.通过下述方式获得沉淀：将步骤(a)的所述混合物酸化、将其过滤和获得生物氧化硅沉淀，和
c.将步骤(b)的所述生物氧化硅溶解在10至20％的碱金属硅酸盐中，以及与其他植物营养剂一起或不一起使用。
3.根据权利要求2的方法，其中步骤(c)中的所述碱金属硅酸盐为硅酸钾。
4.根据权利要求2的方法，其中将在步骤(b)中获得的提取物另外溶解在碱性溶液中以用作叶营养剂。
5.根据权利要求4的方法，其中所述碱性溶液为5％至25％。
6.根据权利要求2的方法，其中通过添加酸将步骤(a)的所述混合物酸化至最高pH2。
7.根据权利要求6的方法，其中所述酸选自HCl或H2SO4。
8.根据权利要求2的方法，其中在步骤(b)中任选地用5至25％H2O2处理由此获得的余留物以获得具有低于5％的低氧化硅含量的谷壳农业聚合物。
9.根据权利要求8的方法，其中任选地用金属硅酸盐进一步处理所述谷壳农业聚合物以获得包含有5至45％氧化硅含量的富含氧化硅的农业聚合物。
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