CN103755479B - 一种纳米碳有机氮肥 - Google Patents
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Abstract
一种纳米碳有机氮肥，其由适当重量份的尿素、硫酸铵、头发、坡缕石、巯基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷混合溶液、重量比为1∶0.5的硼肥和锌肥混合物、硫酸亚铁、根瘤菌、圆褐固氮菌、纳米碳、仙茅、土荆皮、苦参、木质素酶、草木灰、过氧化氢酶、禽畜粪便和粉末状EDTA螯合锰组成，上述巯基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷混合溶液中二者的Si摩尔比为1∶1，且该混合溶液的浓度为1.5％-1.8％。该纳米碳有机氮肥采用酸水解头发生成氨基酸，然后对中、微量元素进行螯合，有利于中、微量元素的有效利用；适用于小麦、水稻、玉米、大豆、油菜等作物，能增强抗寒、抗旱和抗病虫害的能力；在棉麻类作物上使用能增强纤维的拉力和强度，显著提高产量及品质。
Description
技术领域
本发明涉及农业中的有机肥料，具体涉及一种纳米碳有机氮肥。
背景技术
改革开放以来，我国农业生产得到了长足的发展，然而，长期施用化肥带来了土壤结构破坏、水体污染、肥料利用率下降和农产品品质降低等严重的负面问题。当前，我国食品安全形势依然严峻，而农产品源头污染位居榜首。土壤是养分的供应者，土壤又是养分的保蓄剂，是其它物质无法替代的，调节土壤、改良土壤、养育土壤，恢复土壤活力，显示出土壤的天然本色，是食品安全，人类文明和科学发展的必由之路。而农业生产过程中，肥料的使用又是必不可少的，所以一直以来，人们都在进行肥料的研究改良，期望能得到对土壤和作物危害很小甚至无害，但又能在农业生产中发挥重要作用的肥料。一种肥料的施用如果能在保证为作物提供营养源并保证作物生长的同时，还能改良土壤，它将具有广泛的应用前景。
能为广大农民所广泛接受的工业化生产的有机肥，使农民乐意接受使用，对当代农业生态改善，推动无公害农业生产，是未来肥料工业发展的方向。
国内肥料的种类繁多，但其利用率普遍较低，仅为30％-40％，这造成了肥料的巨大损失，因此，如何提高肥料利用率是我国农业生产过程中亟待解决的问题。
发明内容
为克服以上问题，延长肥料的肥效，提高利用率，本发明的目的是提供一种纳米碳有机氮肥。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种纳米碳有机氮肥，其组成原料的重量份为：
上述巯基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷混合溶液中二者的Si摩尔比为1∶1，且该混合溶液的浓度为1.5％-1.8％；
该纳米碳有机氮肥是通过下述步骤制备方法的：
(1)按上述规定的组成原料重量份称取各原料；培养圆褐固氮菌，在培养基中加入质量百分比为95-98％的蔗糖和2-5％的浓度为0.5-2.5g／L的NaCl溶液，发酵30-40小时生产出菌种，发酵的温度为20-28℃，pH值为5.0-5.5；同时培养根瘤菌，在另一培养基中加入质量百分比为95-97％的蔗糖和2-4％的浓度为0.5-2.5g／L的NaCl溶液，并加入1％的蔗糖酶，发酵30-40小时生产出菌种，发酵的温度为30-40℃，pH值为5.5-6.0；
(2)将头发加入3-5倍量的25-35％硫酸调整pH值至5.5-7.0，并在40-50℃下水解12-18小时，生成氨基酸，然后加石灰中和，按比例每10重量份水解液加入2-3重量份羧甲基纤维素，再加入尿素、硫酸铵、硼肥和锌肥混合物溶解，生成肥料液；
(3)将称取好的土荆皮和苦参加入醋液中浸泡10-15天，醋液的量为完全浸没仙茅、土荆皮和苦参，过滤得到过滤液；将称取好的仙茅进行水提或醇提，得到提取物，将提取物采用低温冷冻法干燥，将干燥后的中药提取物粉碎过130-140目筛，得到中草药提取物粉末；然后将上述过滤液和提取物粉末混合均匀；
(4)在一半量的纳米碳中加入氨基硅烷、环氧基硅烷和巯基硅烷混合溶液，以900-1100r／m的转速高速搅拌1-2小时；然后加入一半量的所述硫酸亚铁混合，在0℃下搅拌活化2h，加入分散剂，以3×104r／min高剪切2h，反应溶液冷却至室温后减压抽滤，所得沉淀在110-120℃下干燥至恒重，得到产物；
(5)将草木灰、禽畜粪便混合、拌匀，在发酵池中发酵45-50小时，待发酵温度升至40-45℃，倒池一次，并每隔12小时倒池一次，经过5-6次倒池后，发酵结束；在100-110℃下烘干，粉碎，过85-95目筛；
(6)将上述步骤(1)-(5)中获得的产物以及剩余量的硫酸亚铁和纳米碳混合，以300-600r／m的转速搅拌1.5-2.5小时，在此期间每间隔10分钟依次加入研磨成粉末的坡缕石、木质素酶、过氧化氢酶和粉末状EDTA螯合锰，充分搅拌均匀后造粒得到成品，并在55-60℃下干燥1.5-2.5小时。
优选的是，在上述步骤(1)中用、(NH4)2SO4溶液代替NaCl溶液，其浓度为0.05-0.50g／L。
在上述任一方案中优选的是，培养圆褐固氮菌时的发酵温度为25℃，培养根瘤菌时的发酵温度为35℃。
在上述任一方案中优选的是，所述纳米碳的直径为1-80nm，最后所得的纳米碳有机氮肥颗粒直径为3-5mm。
头发的主要成份是角质蛋白，约占97％。而角质蛋白是由氨基酸所组成。
蔗糖酶能将蔗糖水解成D-果糖和D-葡萄糖，又称转化酶。一般情况下，土壤中蔗糖酶活力越高，肥力越高，而且其活性可以间接表征土壤中有机碳的转化情况。
过氧化氢酶能够降低过氧化氢对土壤和生物的毒害作用，其活性与好氧微生物数量、土壤肥力有密切关系，它可以表示土壤氧化过程的强度。
草木灰能够中和土壤的酸性、增加土壤的地温、防治蔬菜苗期病害及增强作物抗病及抗倒伏的能力。草木灰因含有5％～15％钾元素，能够提供钾元素。
仙茅、土荆皮和苦参这些中草药可有效增强杀虫效果。
加入坡缕石可提高肥料的利用率，进一步促进农作物增产的效果。
禽畜粪便富含粗蛋白、粗纤维、维生素、矿物质等营养成分，是养分极高的有机物肥料，对改良土壤、改善农产品品质很具有推广价值。
该纳米碳有机氮肥将硫酸亚铁、纳米碳、木质素酶和粉末状EDTA螯合锰等融合成有机养分整体，通过相互之间恶协同作用，形成均衡的稳定养分单元，保证营养成分的均衡与稳定。
本发明的有益效果：
1.本发明采用酸水解头发生成氨基酸，然后对中、微量元素进行螯合，有利于中、微量元素的有效利用；适用于小麦、水稻、玉米、大豆、油菜等作物，能促使小麦、水稻返青快、分蘖多、抗倒伏，增强抗寒、抗旱和抗病虫害的能力；在棉麻类作物上使用能增强纤维的拉力和强度，显著提高产量及品质。
2.小尺度、高表面能活性的纳米碳能增强植物对肥料的吸附，提高肥料利用率，减少有机肥料损失；同时，利用生物酶结合纳米材料，既可以保证酶分子与纳米材料的吸附，又增加了生物酶在土壤中的作用时间，也提高了有机肥料的利用率。
3.所得的肥料既含有丰富活性的有机成分，可活化土壤，使有益微生物的数量成倍增加，活力增强，施入土壤后，既可立即提供植物生长所需速效养分，又可使土壤得到改善、地力增强。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例1
一种纳米碳有机氮肥，其组成原料的重量份为：
上述巯基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷混合溶液中二者的Si摩尔比为1∶1，且该混合溶液的浓度为1.8％；纳米碳的直径为1nm；
该纳米碳有机氮肥是通过下述步骤制备方法的：
(1)按上述规定的组成原料重量份称取各原料；培养圆褐固氮菌，在培养基中加入质量百分比为98％的蔗糖和2％的浓度为2.5g／L的NaCl溶液，发酵30小时生产出菌种，发酵的温度为28℃，pH值为5.0；同时培养根瘤菌，在另一培养基中加入质量百分比为97％的蔗糖和2％的浓度为2.5g／L的NaCl溶液，并加入1％的蔗糖酶，发酵30小时生产出菌种，发酵的温度为40℃，pH值为5.5；
(2)将头发加入5倍量的25％硫酸调整pH值至7.0，并在40℃下水解12小时，生成氨基酸，然后加石灰中和，按比例每10重量份水解液加入3重量份羧甲基纤维素，再加入尿素、硫酸铵、硼肥和锌肥混合物溶解，生成肥料液；
(3)将称取好的土荆皮和苦参加入醋液中浸泡10天，醋液的量为完全浸没仙茅、土荆皮和苦参，过滤得到过滤液；将称取好的仙茅进行水提或醇提，得到提取物，将提取物采用低温冷冻法干燥，将干燥后的中药提取物粉碎过140目筛，得到中草药提取物粉末；然后将上述过滤液和提取物粉末混合均匀；
(4)在一半量的纳米碳中加入氨基硅烷、环氧基硅烷和巯基硅烷混合溶液，以900r／m的转速高速搅拌2小时；然后加入一半量的所述硫酸亚铁混合，在0℃下搅拌活化2h，加入分散剂，以3×104r／min高剪切2h，反应溶液冷却至室温后减压抽滤，所得沉淀在110℃下干燥至恒重，得到产物；
(5)将草木灰、禽畜粪便混合、拌匀，在发酵池中发酵50小时，待发酵温度升至40℃，倒池一次，并每隔12小时倒池一次，经过6次倒池后，发酵结束；在100℃下烘干，粉碎，过95目筛；
(6)将上述步骤(1)-(5)中获得的产物以及剩余量的硫酸亚铁和纳米碳混合，以300r／m的转速搅拌2.5小时，在此期间每间隔10分钟依次加入研磨成粉末的坡缕石、木质素酶、过氧化氢酶和粉末状EDTA螯合锰，充分搅拌均匀后造粒得到成品，并在60℃下干燥1.5小时，最后所得的纳米碳有机氮肥颗粒直径为3mm。
实施例2
一种纳米碳有机氮肥，其组成原料的重量份为：
上述巯基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷混合溶液中二者的Si摩尔比为1∶1，且该混合溶液的浓度为1.5％；纳米碳的直径为80nm；
该纳米碳有机氮肥是通过下述步骤制备方法的：
(1)按上述规定的组成原料重量份称取各原料；培养圆褐固氮菌，在培养基中加入质量百分比为95％的蔗糖和5％的浓度为0.05-0.50g／L的(NH4)2SO4溶液，发酵40小时生产出菌种，发酵的温度为20℃，pH值为5.5；同时培养根瘤菌，在另一培养基中加入质量百分比为95％的蔗糖和4％的浓度为0.05-0.50g／L的(NH4)2SO4溶液，并加入1％的蔗糖酶，发酵40小时生产出菌种，发酵的温度为30℃，pH值为6.0；
(2)将头发加入3倍量的35％硫酸调整pH值至5.5，并在50℃下水解18小时，生成氨基酸，然后加石灰中和，按比例每10重量份水解液加入2重量份羧甲基纤维素，再加入尿素、硫酸铵、硼肥和锌肥混合物溶解，生成肥料液；
(3)将称取好的土荆皮和苦参加入醋液中浸泡15天，醋液的量为完全浸没仙茅、土荆皮和苦参，过滤得到过滤液；将称取好的仙茅进行水提或醇提，得到提取物，将提取物采用低温冷冻法干燥，将干燥后的中药提取物粉碎过130目筛，得到中草药提取物粉末；然后将上述过滤液和提取物粉末混合均匀；
(4)在一半量的纳米碳中加入氨基硅烷、环氧基硅烷和巯基硅烷混合溶液，以1100r／m的转速高速搅拌1小时；然后加入一半量的所述硫酸亚铁混合，在0℃下搅拌活化2h，加入分散剂，以3×104r／min高剪切2h，反应溶液冷却至室温后减压抽滤，所得沉淀在120℃下干燥至恒重，得到产物；
(5)将草木灰、禽畜粪便混合、拌匀，在发酵池中发酵45小时，待发酵温度升至45℃，倒池一次，并每隔12小时倒池一次，经过5次倒池后，发酵结束；在110℃下烘干，粉碎，过85目筛；
(6)将上述步骤(1)-(5)中获得的产物以及剩余量的硫酸亚铁和纳米碳混合，以600r／m的转速搅拌1.5小时，在此期间每间隔10分钟依次加入研磨成粉末的坡缕石、木质素酶、过氧化氢酶和粉末状EDTA螯合锰，充分搅拌均匀后造粒得到成品，并在55℃下干燥2.5小时，最后所得的纳米碳有机氮肥颗粒直径为5mm。
实施例3
一种纳米碳有机氮肥，其组成原料的重量份为：
上述巯基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷混合溶液中二者的Si摩尔比为1∶1，且该混合溶液的浓度为1.6％；纳米碳的直径为40nm；
该纳米碳有机氮肥是通过下述步骤制备方法的：
(1)按上述规定的组成原料重量份称取各原料；培养圆褐固氮菌，在培养基中加入质量百分比为96％的蔗糖和4％的浓度为1.0g／L的NaCl溶液，发酵35小时生产出菌种，发酵的温度为205℃，pH值为5.3；同时培养根瘤菌，在另一培养基中加入质量百分比为96％的蔗糖和3％的浓度为1.5g／L的NaCl溶液，并加入1％的蔗糖酶，发酵35小时生产出菌种，发酵的温度为35℃，pH值为5.8；
(2)将头发加入4倍量的30％硫酸调整pH值至6.0，并在45℃下水解15小时，生成氨基酸，然后加石灰中和，按比例每10重量份水解液加入3重量份羧甲基纤维素，再加入尿素、硫酸铵、硼肥和锌肥混合物溶解，生成肥料液；
(3)将称取好的土荆皮和苦参加入醋液中浸泡12天，醋液的量为完全浸没仙茅、土荆皮和苦参，过滤得到过滤液；将称取好的仙茅进行水提或醇提，得到提取物，将提取物采用低温冷冻法干燥，将干燥后的中药提取物粉碎过135目筛，得到中草药提取物粉末；然后将上述过滤液和提取物粉末混合均匀；
(4)在一半量的纳米碳中加入氨基硅烷、环氧基硅烷和巯基硅烷混合溶液，以1000r／m的转速高速搅拌1.5小时；然后加入一半量的所述硫酸亚铁混合，在0℃下搅拌活化2h，加入分散剂，以3×104r／min高剪切2h，反应溶液冷却至室温后减压抽滤，所得沉淀在115℃下干燥至恒重，得到产物；
(5)将草木灰、禽畜粪便混合、拌匀，在发酵池中发酵48小时，待发酵温度升至42℃，倒池一次，并每隔12小时倒池一次，经过6次倒池后，发酵结束；在105℃下烘干，粉碎，过90目筛；
(6)将上述步骤(1)-(5)中获得的产物以及剩余量的硫酸亚铁和纳米碳混合，以500r／m的转速搅拌2.0小时，在此期间每间隔10分钟依次加入研磨成粉末的坡缕石、木质素酶、过氧化氢酶和粉末状EDTA螯合锰，充分搅拌均匀后造粒得到成品，并在58℃下干燥2.0小时，最后所得的纳米碳有机氮肥颗粒直径为4mm。
以玉米作物为例，本发明的纳米碳有机氮肥使用效果和现有肥料的使用效果对比如下表所示。
表1
上述结果表示，本发明中的各种用量和浓度以及直径范围均是最佳实施例，能取得最好的效果。
上述实施方式中的坡缕石可由下列方法制得：将坡缕石放入高速混料机中以600-800r／m的转速搅拌8-10min，用坡缕石质量的1-2％的浓度为40-45％的乙醇溶液溶解稀释NDZ-311钛酸酯偶联剂，NDZ-311钛酸酯偶联剂的用量为凹凸棒土重量的5-6％，以喷雾形式加入高速混料机中，以800-1000r／m的转速搅拌15-20min后出料，在120℃下烘干15-20min，粉碎成粉末即可。
本发明采用酸水解头发生成氨基酸，然后对中、微量元素进行螯合，有利于中、微量元素的有效利用；适用于小麦、水稻、玉米、大豆、油菜等作物，能促使小麦、水稻返青快、分蘖多、抗倒伏，增强抗寒、抗旱和抗病虫害的能力；在棉麻类作物上使用能增强纤维的拉力和强度，显著提高产量及品质。
小尺度、高表面能活性的纳米碳能增强植物对肥料的吸附，提高肥料利用率，减少有机肥料损失；同时，利用生物酶结合纳米材料，既可以保证酶分子与纳米材料的吸附，又增加了生物酶在土壤中的作用时间，也提高了有机肥料的利用率。
所得的肥料既含有丰富活性的有机成分，可活化土壤，使有益微生物的数量成倍增加，活力增强，施入土壤后，既可立即提供植物生长所需速效养分，又可使土壤得到改善、地力增强。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (4)
1.一种纳米碳有机氮肥，其特征在于其组成原料的重量份为：
上述巯基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷混合溶液中二者的Si摩尔比为1∶1，且该混合溶液的浓度为1.5％-1.8％；
该纳米碳有机氮肥是通过下述步骤制备方法的：
(1)按上述规定的组成原料重量份称取各原料；培养圆褐固氮菌，在培养基中加入质量百分比为95-98％的蔗糖和2-5％的浓度为0.5-2.5g/L的NaCl溶液，发酵30-40小时生产出菌种，发酵的温度为20-28℃，pH值为5.0-5.5；同时培养根瘤菌，在另一培养基中加入质量百分比为95-97％的蔗糖和2-4％的浓度为0.5-2.5g/L的NaCl溶液，并加入1％的蔗糖酶，发酵30-40小时生产出菌种，发酵的温度为30-40℃，pH值为5.5-6.0；
(2)将头发加入3-5倍量的25-35％硫酸调整pH值至5.5-7.0，并在40-50℃下水解12-18小时，生成氨基酸，然后加石灰中和，按比例每10重量份水解液加入2-3重量份羧甲基纤维素，再加入尿素、硫酸铵、硼肥和锌肥混合物溶解，生成肥料液；
(3)将称取好的土荆皮和苦参加入醋液中浸泡10-15天，醋液的量为完全浸没土荆皮和苦参，过滤得到过滤液；将称取好的仙茅进行水提或醇提，得到提取物，将提取物采用低温冷冻法干燥，将干燥后的提取物粉碎过130-140目筛，得到提取物粉末；然后将上述过滤液和提取物粉末混合均匀；
(4)在一半量的纳米碳中加入巯基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷混合溶液，以900-1100r/m的转速高速搅拌1-2小时；然后加入一半量的所述硫酸亚铁混合，在0℃下搅拌活化2h，加入分散剂，以3×104r/min高剪切2h，反应溶液冷却至室温后减压抽滤，所得沉淀在110-120℃下干燥至恒重，得到产物；
(5)将草木灰、禽畜粪便混合、拌匀，在发酵池中发酵45-50小时，待发酵温度升至40-45℃，倒池一次，并每隔12小时倒池一次，经过5-6次倒池后，发酵结束；在100-110℃下烘干，粉碎，过85-95目筛；
(6)将上述步骤(1)-(5)中获得的产物以及剩余量的硫酸亚铁和纳米碳混合，以300-600r/m的转速搅拌1.5-2.5小时，在此期间每间隔10分钟依次加入研磨成粉末的坡缕石、木质素酶、过氧化氢酶和粉末状EDTA螯合锰，充分搅拌均匀后造粒得到成品，并在55-60℃下干燥1.5-2.5小时；
所述坡缕石由下列方法制得：将坡缕石放入高速混料机中以600-800r/m的转速搅拌8-10min，用坡缕石质量的1-2％的浓度为40-45％的乙醇溶液溶解稀释NDZ-311钛酸酯偶联剂，NDZ-311钛酸酯偶联剂的用量为坡缕石重量的5-6％，以喷雾形式加入高速混料机中，以800-1000r/m的转速搅拌15-20min后出料，在120℃下烘干15-20min，粉碎成粉末即可。
2.根据权利要求1所述的纳米碳有机氮肥，其特征在于在上述步骤(1)中用(NH4)2SO4溶液代替NaCl溶液，其浓度为0.05-0.50g/L。
3.根据权利要求2所述的纳米碳有机氮肥，其特征在于培养圆褐固氮菌时的发酵温度为25℃，培养根瘤菌时的发酵温度为35℃。
4.根据权利要求3所述的纳米碳有机氮肥，其特征在于所述纳米碳的直径为1-80nm，最后所得的纳米碳有机氮肥颗粒直径为3-5mm。
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