CN103951531A - 一种环保的生物炭基保水控缓释肥及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保的生物基保水控缓释肥，以营养成分为核，以生物炭基为内层包膜材料、可降解的保水材料为外层包膜材料；所述的营养成分为硫酸钾、磷酸二氢钾、尿素中的至少一种；以质量百分比计，所述生物基保水控缓释肥的原料包括：可降解的保水材料5～30%；生物炭基10～40%；硫酸钾0～20%；磷酸二氢钾0～20%；尿素0～40%；其中，硫酸钾、磷酸二氢钾和尿素不同时为0。本发明还公开了所述生物基保水控缓释肥的制备方法和应用，所述的生物基保水控缓释肥具有极佳的保水及控缓释效果，还具有绿色环保、改良土壤的优点，且原材料价格低廉、来源广泛，利于工业化推广。
Description
技术领域
本发明涉及肥料的制备领域，具体涉及一种环保的生物炭基保水控缓释肥及其制备方法和应用。
背景技术
一直以来，农业上的水肥因素是影响农作物产量和效率的最重要因素。缓/控释肥料是一种根据作物不同生长阶段对营养需求而释放养分的新型肥料，具有控制肥料养分释放、肥效周期长等特征，可使传统化肥利用率提高50%至一倍以上。因此，由于具有提高肥料利用率、减少化肥施用量、降低肥料对环境污染、减少农业生产成本、降低劳动力投入、增产增效等等多方面的特点，缓/控释肥料被称为“21世纪新型环保肥料”，成为人类化肥工业发展的方向。长期以来，世界各国都在积极探索提高缓释肥料利用率、功能复用性，寻找遏制环境污染的方法和途径。
自1961年美国田纳西流域管理局TVA(Tennessee Valley Authority，Alabama)国家化肥中心首次开发硫包衣尿素(Sulfur-Coated Urea，SCU)，开始尝试工业化生产，并于1967年正式商业生产以来，全球缓/控释肥的新品种研发和生产稳步增长。主要产品类型包括树脂包衣缓释肥料、硫包衣缓释肥料、合成型微溶态脲醛类缓释肥料和添加生化抑制剂的稳定性肥料等。
中国缓/控释肥料技术的研究始于20世纪70年代末，虽然中国缓/控释肥料技术的研究起步较晚，但发展速度较快，目前中国的缓/控释肥料行业的技术研究领域已取得30多项专利，其技术途径分为以下几个方面：
一、无机类矿物材料包膜技术；
二、有机高分子控释材料包膜技术；
三、转化抑制剂的稳定氮肥；
四、添加各种稳定剂型的长效碳铵；
五、尿素涂层技术等。
目前，商业化的保水剂以丙烯酸或丙烯酰胺类聚合物为主，二元或三元聚合物尽管可以进一步改善其性能，但仍然不能降低生产成本。常用的有机合成类高吸水树脂难以被土壤中的生物分解，长期使用容易造成土壤结构的破坏和环境的污染。
发明内容
本发明提供了一种环保的生物炭基保水控缓释肥及其制备方法和应用，以生物炭基为内层包膜材料、可降解的保水材料为外层包膜材料，具有极佳的保水及控缓释效果，还具有绿色环保、改良土壤的优点，且原材料价格低廉、来源广泛，利于工业化推广。
本发明公开了一种环保的生物炭基保水控缓释肥，以营养成分为核，以生物炭基为内层包膜材料、可降解的保水材料为外层包膜材料；
所述的营养成分为硫酸钾、磷酸二氢钾、尿素中的至少一种；
以质量百分比计，所述生物炭基保水控缓释肥的原料包括：
其中，硫酸钾、磷酸二氢钾和尿素不同时为0。
所述的生物炭基由废弃生物质经200～700摄氏度条件下炭化得到。
作为优选，所述的废弃生物质为动物粪便、动物骨头、植物根茎、木屑、竹炭、秸秆、椰壳或花生壳。
所述的可降解的保水材料以农作物秸秆废弃物为原料，经接枝共聚反应制备得到。
所述的农作物秸秆废弃物可以为水稻、玉米或小麦的秸秆废弃物，农作物秸秆中含有更丰富的纤维素，可以利用纤维素发生接枝共聚反应。
进一步优选，以玉米秸秆为原料，与丙烯酰胺单体经接枝共聚的化学反应制备得到玉米秸秆基保水材料。
本发明还公开了所述的生物炭基保水控缓释肥的制备方法，包括如下步骤：
首先将营养成分与粘结剂混合，经造粒、烘干后，再与生物炭基、粘结剂混合，包膜、烘干后，最后与可降解的保水材料混合，再次经包膜、烘干处理得到所述的生物炭基保水控缓释肥；
其中，硫酸钾、磷酸二氢钾和尿素不同时为0。
本发明还公开了所述的生物炭基保水控缓释肥在花卉中的应用。
作为优选，所述的花卉为兰花；
所述的生物炭基保水控缓释肥以玉米秸秆生物炭为内层包膜材料、玉米秸秆基保水材料为外层包膜材料；
以质量百分比计，所述的生物炭基保水控缓释肥的原料组成为：
所述的花卉为君子兰，以质量百分比计，所述的生物炭基保水控缓释肥的原料组成为：
所述的花卉为大花蕙兰，以质量百分比计，所述的生物炭基保水控缓释肥的原料组成为：
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
（1）控缓释材料的环保节能特点突出：本发明采用生物炭基作为缓释材料，具有节能环保、改善土壤的功能。
（2）保水剂的环保经济性：本发明中的保水剂以农业秸秆作为原料，为绿色原料，且可降解性好。
（3）在产品性能上：本发明采用基于使用对象的多功能化的设计，制备的生物炭基保水控缓释肥既保留了化肥原有的速效、养分含量高、增产显著的优点，同时又消除了化肥污染农产品、污染环境和破坏地力的弊端。
（4）在产品成本上：本发明制备的生物炭基保水控缓释肥主要取材于农业废弃物，其成本远远低于目前商用的控缓释肥的成本。
附图说明
图1为实施例1制备的生物炭基保水控缓释肥的红外光谱图；
图2为实施例1制备的生物炭基保水控缓释肥的持水率曲线。
具体实施方式
为了理解本发明，下面以实施例进一步说明本发明，但不限制本发明。
实施例中采用的玉米秸秆生物炭以废弃的玉米秸秆为原料，经500℃煅烧制备得到。
实施例中采用的玉米秸秆基保水材料可以采用如下的制备方法获得：
称取100质量份的玉米秸秆于反应器中，加入50毫升5%的NaOH溶液，搅拌至糊状，加入丙烯酰胺10质量份，过硫酸钾0.01质量份，以及去离子水100毫升，放置48摄氏度的恒温水浴锅中反应30分钟，取出，过滤，水洗，干燥，得到玉米秸秆基保水材料。
实施例1君子兰专用肥
内核肥料颗粒硫酸钾（15重量份）、磷酸二氢钾（15重量份）、尿素（10重量份），加入玉米淀粉粘结剂，混合造粒，烘干。包膜机中加入玉米秸秆生物炭35重量份，加入肥料内核，喷入玉米淀粉粘结剂，包膜，烘干。加入25重量份玉米秸秆基保水材料，包膜，烘干，制得君子兰专用肥料。
图1为本实施例制备的生物炭基保水控缓释肥的红外光谱图，图谱中的峰信息具体为：3400cm-1附近为肥料中O-H和N-H键的伸缩振动峰；2930cm-1为肥料中材料中甲基和亚甲基的C-H的伸缩振动峰，1670处为肥料材料中酮、醛、羧酸中C=O的伸缩振动峰，1560处为酰胺键峰，1060和892cm-1处为肥料中保水材料部分的糖苷键伸缩振动吸收峰。
图2为本实施例制备的生物炭基保水控缓释肥的持水率曲线。
持水率测定方法：土壤取自中国浙江杭州市某小麦地，将以上土壤样品200克置于玻璃烧杯中，并向该土壤样品中加入本实施例制备的生物炭基保水控缓释肥，施用量为2克，称重并记为W0。然后将适量的自来水缓慢地加入到烧杯中，使土壤饱和（具有最大持水率，通过上一步骤得到），并再次对烧杯称重（记为W1)。将烧杯置于室温下，每3天将烧杯称重（记为Wi)，持续30天。土壤的保水率(WR)按下式计算:
实施例2大花蕙兰专用肥
内核肥料颗粒硫酸钾（15重量份）、磷酸二氢钾（15重量份）、尿素（15重量份），加入玉米淀粉粘结剂，混合造粒，烘干。包膜机中加入玉米秸秆生物炭30重量份，加入肥料内核，喷入玉米淀粉粘结剂，包膜，烘干。加入25重量份玉米秸秆基保水材料，包膜，烘干，制得大花蕙兰专用肥料。
本发明的一种环保水控缓释肥已经通过具体的实例进行了描述，本领域技术人员可借鉴本发明内容，适当改变原料、工艺条件等环节来实现相应的其它目的，其相关改变都没有脱离本发明的内容，所有类似的替换和改动对于本领域技术人员来说是显而易见的，都被视为包括在本发明的范围之内。
Claims (10)
1.一种环保的生物炭基保水控缓释肥，其特征在于，以营养成分为核，以生物炭基为内层包膜材料、可降解的保水材料为外层包膜材料；
所述的营养成分为硫酸钾、磷酸二氢钾、尿素中的至少一种；
以质量百分比计，所述生物基保水控缓释肥的原料包括：
其中，硫酸钾、磷酸二氢钾和尿素不同时为0。
2.根据权利要求1所述的生物炭基保水控缓释肥，其特征在于，所述的生物炭基由废弃生物质经高温煅烧得到。
3.根据权利要求2所述的生物炭基保水控缓释肥，其特征在于，所述的废弃生物质为动物粪便、动物骨头、植物根茎、木屑、竹炭、秸秆、椰壳或花生壳。
4.根据权利要求1所述的生物炭基保水控缓释肥，其特征在于，所述的可降解的保水材料以农作物秸秆废弃物为原料，经接枝共聚反应制备得到。
5.根据权利要求4所述的生物炭基保水控缓释肥，其特征在于，所述的可降解的保水材料以农作物秸秆废弃物为原料，与丙烯酰胺单体经接枝共聚反应制备得到。
6.一种根据权利要求1所述的生物炭基保水控缓释肥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
首先将营养成分与粘结剂混合，经造粒、烘干后，再与生物炭基、粘结剂混合，包膜、烘干后，最后与可降解的保水材料混合，再次经包膜、烘干处理得到所述的生物炭基保水控缓释肥；
以质量百分比计：
其中，硫酸钾、磷酸二氢钾和尿素不同时为0。
7.一种根据权利要求1所述的生物炭基保水控缓释肥在花卉中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的花卉为兰花；
所述的生物炭基保水控缓释肥以玉米秸秆生物炭为内层包膜材料、玉米秸秆基保水材料为外层包膜材料；
以质量百分比计，所述的生物基保水控缓释肥的原料组成为：
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的花卉为君子兰，以质量百分比计，所述的生物炭基保水控缓释肥的原料组成为：
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的花卉为大花蕙兰，以质量百分比计，所述的生物炭基保水控缓释肥的原料组成为：
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