CN104447134A - 一种利用碧根果壳制备生物碳基缓释肥料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用碧根果壳制备生物碳基缓释肥料的方法，它是以碧根果壳为原料，经厌氧热解制备改性生物碳，再与牛粪沼渣、化肥、脲酶抑制剂和硝化抑制剂等混合制备高效缓释肥料。本发明制备的缓释肥料，生产工艺简单，原料易得，生产成本低，不但能够有效提高氮磷钾的利用率，减少养分流失，同时可以改善土壤质量，提高农产品品质，并利于农业生态系统的良性发展。

Description

一种利用碧根果壳制备生物碳基缓释肥料的方法
技术领域
 本发明涉及生物碳基肥料制备技术领域，特别涉及一种用碧根果壳制备生物炭基缓释肥料的方法。
背景技术
据统计，我国化肥年使用量已达到4214万吨，平均368 kg/hm2，并且化肥在施用过程中还存在结构不合理的现象，化肥利用率极低。据资料显示，目前我国氮肥平均利用率只有30%～40%、磷肥只有10%～20%、钾肥只有35%～50%。化肥的流失，不仅增加生产成本，还造成湖泊、水库、江河等水体富营养化，土壤性质改变，生产力下降，农产品品质下降等诸多问题。因此，减轻农业化肥面源污染，发展生态农业，改善生态环境是当前农业生产的重要任务。为此，国内外进行了大量研究工作，研发各型缓释肥料，极大降低了化肥面源污染。
缓释肥料又称长效肥料或控释肥料，指由于化学成分改变或表面包涂半透水性或不透水性物质，而使其中有效养分慢慢释放，保持肥效的长效性。缓释氮肥的最重要特性是可以控制其释放速度，在施入土壤以后逐渐分解，逐渐为作物吸收利用，使肥料中养分能满足作物整个生长期中各个生长阶段的不同需要，一次施用后，肥效可维持数月至一年以上。施用缓释/控释肥料，既可以降低生产成本，又可以减少农业化肥面源污染，利用农业的持续发展。
生物炭是生物质材料在缺氧或限氧条件下热解，去除生物质中的油和气后剩下的固体物质。生物碳具有优异的吸附性能，能直接吸附废水中的污染物质；施用土壤后还可以改善土壤理化性质、减少养分流失、促进作物生长、吸附固定土壤污染物质，并能起到土壤碳库增汇减排的作用。因此，生物炭已成为近年来环境和农业科学领域的研究热点之一。
发明内容
本发明的另一目的在于提供上述生物碳基缓释肥料的制备方法和施用方法。
为了实现本发明的目的，本发明提供一种生物碳基缓释肥料的制备方法，主要包括生物炭、有机质和化肥，所述的生物炭由碧根果壳低温碳化改性制得。
本发明提供的生物碳基缓释肥料，其原料包括如下质量比例的成分：
改性后的生物碳产物：25～40
牛粪沼渣：25～35
化肥：30～40
脲酶抑制剂和硝化抑制剂的混合溶液：2～5
粘合剂：5-10
所述生物炭与沼渣、化肥、脲酶抑制剂和硝化抑制剂的混合溶液、粘合剂的质量比为（25～40）：（25～35）：（30～40）：（2～5）：（5～10），优选为31：27：34：3：5。
所述的生物碳基缓释肥，其总养分（N+P2O5+K2O）≧20%，生物炭≧30%，有机质≧30%。
此外，本发明首先提供一种上述生物碳基缓释肥料的制备方法，包括以下具体步骤：
（1）将收集的碧根果壳粉碎过筛。
（2）在上述粉碎后的碧根果壳加入稀盐酸搅拌混匀，密封静置24h，再加入硝酸铯溶液混匀密封静置12h，自然风干。
（3）将上述处理过的生物质置于瓷坩埚中压实，盖上盖子进行厌氧热解；热解反应结束后，待坩埚冷却至室温后取出。
（4）将上述制备的生物碳与一定浓度的H2O2混匀，在振荡器中震荡24h取出，用蒸馏水洗净后烘干，即获得高吸附性能生物碳。
（5）将上述制备的生物炭置入密闭容器中，加入一定量的浓氨水、硝酸铂溶液后加热反应，待反应3-10小时后取出。反应期间调节反应容器压力，使其维持在5-15个标准大气压。
（6）以上述反应后的改性生物炭为主体，加入一定量的沼渣、化肥（氮肥、磷肥、钾肥）、脲酶抑制剂/硝化抑制剂混合液、粘合剂等，在有机无机肥料造粒机中造粒，造粒后的物料进入烘干机中烘干，经冷却即获得生物碳基缓释肥料。
为确保热解时的缺氧环境以及热解效果，所述步骤1中生物质原料粉碎粒径为20～100目。
所述步骤2中稀盐酸浓度为0.5-2.5mol/L，硝酸铯溶液浓度为0.05-1.5mol/L。
所述步骤3中生物质热解温度400～700℃，热解时间60-300min，升温速度为5-15℃/min。
所述步骤4中H2O2浓度为1～10%。
为提高生物炭与氨水间的反应效果，增加改性生物炭官能团中结合的氨含量，所述步骤5中浓氨水浓度为5%-28%，硝酸铂溶液浓度为 0.02-1.0mol/L，反应期间反应容器压力维持在5-15个标准大气压。
为提高步骤5中氨水利用率，在调节步骤5所述反应容器压力时，可将减压阀出口置于水中，并将吸收氨气后的水溶液用于制备肥料。
所述步骤6中脲酶抑制剂为氢醌、硫酸铜、邻-苯基磷酰二胺(PPD)、儿茶酚、硫代磷酰三胺(NBPT)、硫脲或其他常温下以固态存在的具有脲酶抑制作用的可溶于水的材料；硝化抑制剂为2-氯-6-(三氯甲苯)吡啶(又称西吡)、脒基硫脲(ASU)、双氰胺(DCD)、2-甲基-4,6-双(三氯甲苯)均三嗪(MDCT)、2-磺胺噻唑(ST)等或其他常温下以固态存在的具有硝化抑制剂作用的可溶于水的材料。所述步骤6中的脲酶抑制剂、硝化抑制剂混合液为脲酶抑制剂、硝化抑制剂按质量比1:1的混合液。
所述步骤6中沼渣为经过沼气发酵处理后残留的牛粪固体（使用前先自然风干粉碎至20-50目），氮肥为尿素、碳酸铵、硝酸铵、氯化铵中的一种或几种，磷肥为过磷酸钙、重过磷酸钙、磷酸二钙、钙镁磷肥、脱氟磷肥、磷矿粉肥、炉渣磷肥、钢渣磷肥中的一种或几种，钾肥为氯化钾、硫酸钾、磷酸二氢钾、钾石盐、钾镁盐中的一种或几种，粘合剂为膨润土。
本发明具有如下的有益效果：
本发明利用碧根果壳制备的改性生物碳和牛粪沼渣为原料制备缓释肥料，其生产工艺简单，原料易得，生产成本低。
生物碳具有极强的吸附能力，可延缓养分的释放速度；经过改性的生物碳吸附能力进一步得到加强，且在改性反应过程中增加了大量氨基，进一步增强了肥料的缓释特性；同时，肥料中的牛粪沼渣也具有较强的吸附能力，也可延缓养分的释放。
生物碳基缓释肥料不但能够有效提高氮磷钾的利用率，减少养分流失，同时可以改善土壤质量，提高农产品品质，并利于农业生态系统的良性发展。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
1、生物碳基缓释肥料制备
生物碳基缓释肥料的原料包括以下质量比例的成分：
改性后的生物碳30，牛粪沼渣（30目）30、化肥31、氢醌与西吡质量比1:1的混合溶液3、膨润土6。
其中化肥是将尿素、过磷酸钙、硫酸钾按质量比1:2：2混合。
制备方法：将各成分按上述比例混合，在模具中通过挤压造粒，造粒后的物料筛分后放入烘箱中烘干，经冷却即获得生物碳基缓释肥料。
2、改性生物碳制备方法：
（1）将收集的碧根果壳粉碎过80目筛。
（2）取100g上述粉碎后的碧根果壳加入1.0mol/L的稀盐酸25ml搅拌混匀，密封静置24h，再加入0.1mol/L硝酸铯溶液2ml混匀密封静置12h，自然风干。
（3）将上述处理过得生物质置于瓷坩埚中压实，盖上盖子在600℃环境下厌氧热解3小时，升温速度为10℃/min；热解反应结束后，待坩埚冷却至室温后取出。
（4）将上述制备生物碳与100ml浓度为8%的H2O2混匀，在振荡器中震荡24h取出，用蒸馏水洗净后烘干，即获得高吸附性能生物碳。
（5）将上述制备的生物炭置入密闭容器中，加入25ml浓度为25%的氨水、0.5mol/L硝酸铂溶液1ml后加热反应，反应2小时后取出。反应期间调节反应容器压力，使其维持在8个标准大气压。
实施例2
1、生物碳基缓释肥料制备
生物碳基缓释肥料的原料包括以下质量比例的成分：
改性后的生物碳32，牛粪沼渣（30目）30、化肥33、氢醌与西吡质量比1:1的混合溶液3、膨润土6。
其中化肥是将尿素、过磷酸钙、硫酸钾按质量比1:2：2混合。
制备方法：将各成分按上述比例混合，在模具中通过挤压造粒，造粒后的物料筛分后放入烘箱中烘干，经冷却即获得生物碳基缓释肥料。
2、改性生物碳制备方法：
（1）将收集的碧根果壳粉碎过80目筛。
（2）取100g上述粉碎后的碧根果壳加入1.0mol/L的稀盐酸25ml搅拌混匀，密封静置24h，再加入0.1mol/L硝酸铯溶液2ml混匀密封静置12h，自然风干。
（3）将上述处理过得生物质置于瓷坩埚中压实，盖上盖子在600℃环境下厌氧热解3小时，升温速度为10℃/min；热解反应结束后，待坩埚冷却至室温后取出。
（4）将上述制备生物碳与100ml浓度为8%的H2O2混匀，在振荡器中震荡24h取出，用蒸馏水洗净后烘干，即获得高吸附性能生物碳。
（5）将上述制备的生物炭置入密闭容器中，加入25ml浓度为25%的氨水、0.5mol/L硝酸铂溶液1ml后加热反应，反应2小时后取出。反应期间调节反应容器压力，使其维持在8个标准大气压。
实施例3
 1、生物碳基缓释肥料制备
生物碳基缓释肥料的原料包括以下质量比例的成分：
改性后的生物碳32，牛粪沼渣（30目）27、化肥33、氢醌与西吡质量比1:1的混合溶液3、膨润土5。
其中化肥是将尿素、过磷酸钙、硫酸钾按质量比1:2：2混合。
制备方法：将各成分按上述比例混合，在模具中通过挤压造粒，造粒后的物料筛分后放入烘箱中烘干，经冷却即获得生物碳基缓释肥料。
2、改性生物碳制备方法：
（1）将收集的碧根果壳粉碎过80目筛。
（2）取100g上述粉碎后的碧根果壳加入1.0mol/L的稀盐酸25ml搅拌混匀，密封静置24h，再加入0.1mol/L硝酸铯溶液2ml混匀密封静置12h，自然风干。
（3）将上述处理过得生物质置于瓷坩埚中压实，盖上盖子在600℃环境下厌氧热解3小时，升温速度为10℃/min；热解反应结束后，待坩埚冷却至室温后取出。
（4）将上述制备生物碳与100ml浓度为8%的H2O2混匀，在振荡器中震荡24h取出，用蒸馏水洗净后烘干，即获得高吸附性能生物碳。
（5）将上述制备的生物炭置入密闭容器中，加入25ml浓度为25%的氨水、0.5mol/L硝酸铂溶液1ml后加热反应，反应2小时后取出。反应期间调节反应容器压力，使其维持在8个标准大气压。
实施例4
 1、生物碳基缓释肥料制备
生物碳基缓释肥料的原料包括以下质量比例的成分：
改性后的生物碳30，牛粪沼渣（30目）27、化肥30、氢醌与西吡质量比1:1的混合溶液3、膨润土5。
其中化肥是将尿素、过磷酸钙、硫酸钾按质量比1:2：2混合。
制备方法：将各成分按上述比例混合，在模具中通过挤压造粒，造粒后的物料筛分后放入烘箱中烘干，经冷却即获得生物碳基缓释肥料。
2、改性生物碳制备方法：
（1）将收集的碧根果壳粉碎过80目筛。
（2）取100g上述粉碎后的碧根果壳加入1.0mol/L的稀盐酸25ml搅拌混匀，密封静置24h，再加入0.1mol/L硝酸铯溶液2ml混匀密封静置12h，自然风干。
（3）将上述处理过得生物质置于瓷坩埚中压实，盖上盖子在600℃环境下厌氧热解3小时，升温速度为10℃/min；热解反应结束后，待坩埚冷却至室温后取出。
（4）将上述制备生物碳与100ml浓度为8%的H2O2混匀，在振荡器中震荡24h取出，用蒸馏水洗净后烘干，即获得高吸附性能生物碳。
（5）将上述制备的生物炭置入密闭容器中，加入25ml浓度为25%的氨水、0.5mol/L硝酸铂溶液1ml后加热反应，反应2小时后取出。反应期间调节反应容器压力，使其维持在8个标准大气压。
实施例5
 1、生物碳基缓释肥料制备
生物碳基缓释肥料的原料包括以下质量比例的成分：
改性后的生物碳30，牛粪沼渣（30目）27、化肥32、氢醌与西吡质量比1:1的混合溶液3、膨润土5。
其中化肥是将尿素、过磷酸钙、硫酸钾按质量比1:2：2混合。
制备方法：将各成分按上述比例混合，在模具中通过挤压造粒，造粒后的物料筛分后放入烘箱中烘干，经冷却即获得生物碳基缓释肥料。
2、改性生物碳制备方法：
（1）将收集的碧根果壳粉碎过80目筛。
（2）取100g上述粉碎后的碧根果壳加入1.0mol/L的稀盐酸25ml搅拌混匀，密封静置24h，再加入0.1mol/L硝酸铯溶液2ml混匀密封静置12h，自然风干。
（3）将上述处理过得生物质置于瓷坩埚中压实，盖上盖子在600℃环境下厌氧热解3小时，升温速度为10℃/min；热解反应结束后，待坩埚冷却至室温后取出。
（4）将上述制备生物碳与100ml浓度为8%的H2O2混匀，在振荡器中震荡24h取出，用蒸馏水洗净后烘干，即获得高吸附性能生物碳。
（5）将上述制备的生物炭置入密闭容器中，加入25ml浓度为25%的氨水、0.5mol/L硝酸铂溶液1ml后加热反应，反应2小时后取出。反应期间调节反应容器压力，使其维持在8个标准大气压。
实施例6
生物碳基缓释肥料施用试验例：
盆栽试验：
1、本试验共设两个处理，即对照组和试验组。试验釆用盆栽种植，盆钵口径30cm、底径20cm、高30cm，每盆装土8kg。以普通施肥（施普通复混肥5g为基肥）为对照，施用5g自制缓释肥料为试验组，以水稻为供试作物，移栽后全生育期保持2-3cm水层。4月播种，5月移栽，每盆1穴，每穴1苗。每一处理均重复三次。
2、试验结果：试验结果显示，对照组植株于9月2日收割，植株生物量238g，谷粒102g；对照组植株根系发达，植株生长健壮，抽穗期较对照组推迟5-10天，成熟期较对照组推迟10-15天。收获后植株生物量较对照组高5%-15%，谷粒产量高2%-10%。将植株收获后的土壤风干，分析测试发现试验组土壤TN、TP、TK有机质较对照土壤高18%-22%、11%-16%、13%-18%、20%-25%。

Claims (8)

1.一种利用碧根果壳制备生物碳基缓释肥料，其特征在于，主要包括改性生物碳、牛粪沼渣、化肥、脲酶抑制剂/硝化抑制剂混合溶液，所述改性生物碳是将碧根果壳高吸附性能生物碳与氨水改性制得。
2.如权利要求1所述生物碳基缓释肥料，其特征在于，所述生物炭与沼渣、化肥、脲酶抑制剂和硝化抑制剂的混合溶液、粘合剂的质量比为（25～40）：（25～35）：（30～40）：（2～5）：（5～10）。
3.如权利要求1所述生物碳基缓释肥料，其特征在于，所述的生物碳基缓释肥总养分（N+P2O5+K2O）≧20%，生物炭≧30%，有机质≧30%。
4.如权利要求1所述改性生物碳由以下方法制得：
（1）将收集的碧根果壳粉碎过筛；
（2）向上述粉碎后且按一定质量比混合的碧根果壳壳中加入稀盐酸搅拌混匀，密封静置24h，再加入硝酸铯溶液混匀密封静置12h，自然风干；
（3）将上述处理过得生物质置于瓷坩埚中压实，盖上盖子进行厌氧热解；热解反应结束后，待坩埚冷却至室温后取出；
（4）将上述制备的生物碳与一定浓度的H2O2混匀，在振荡器中震荡24h取出，用蒸馏水洗净后烘干，即获得高吸附性能生物碳；
（5）将上述制备的生物炭置入密闭容器中，加入一定量的浓氨水、硝酸铂溶液后加热反应，待反应3-10小时后取出；反应期间调节反应容器压力，使其维持在5-15个标准大气压。
5.如权利要求4所述改性生物碳的制备，其特征在于，步骤2中稀盐酸浓度为0.5-2.5mol/L，硝酸铯溶液浓度为0.05-1.5mol/L。
6.如权利要求4所述改性生物碳的制备，其特征在于，所述步骤3中生物质热解温度400～700℃，热解时间60-300min，升温速度为5-15℃/min。
7.如权利要求4所述改性生物碳的制备，其特征在于，所述步骤4中H2O2浓度为1～10%。
8.如权利要求5所述改性生物碳的制备，其特征在于，所述步骤5中浓氨水浓度为5%-28%，硝酸铂溶液浓度为 0.02-1.0mol/L，反应期间反应容器压力维持在5-15个标准大气压。
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