CN104817381A - 一种稻草生物质炭基复合肥及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合肥技术领域，具体涉及一种稻草生物质炭基复合肥及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：将稻草高温裂解，得到稻草生物质炭和可燃性气体；将复合肥的原料和占复合肥总原料重量8-12%的稻草生物质炭混合后熔融、造粒，收集粒料；将收集的粒料负压冷却，进行筛选；将筛选后的粒料进行包膜，包装出货，制得稻草生物质炭基复合肥。本发明的稻草生物质炭基复合肥营养物质丰富，营养元素释放协调持久，肥料养分利用效率高，可有效地改良和培肥土壤，提高肥料利用率，增加土壤有机质含量，降低土壤容重，提高土壤保水保肥能力，促进作物生长，并可显著提高作物产量，改善作物品质，具有明显的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及复合肥技术领域，具体涉及一种稻草生物质炭基复合肥及其制备方法。
背景技术
施肥已经成为农业生产不可或缺的技术措施之一，对作物生产的贡献率超过一半。中国肥料利用率一直比较低，如氮肥当季作物的利用率平均只有30%左右，比发达国家低近 20 个百分点，这一方面是因为非科学的施肥方法，另一方面则是由于肥料本身的特性。提高肥料利用率刻不容缓，研发施用新型多功能肥料，是提高肥料利用效率重要的途径之一。
生物质炭是生物质高温裂解的固体产物，具有很多特异的性质，如多孔、高度稳定性、高度芳香化、表面有大量的多种官能团，同时带有正负2种电荷，能够吸附分子和阴阳离子、极性和非极性物质。原材料、裂解温度、裂解时间等是影响生物质炭物理、化学特性的主要因素，一般说来，在一定范围内，随着裂解温度的升高、反应时间的延长，生物质炭的比表面积增大、芳香化结构增强，灰分含量及pH升高，速效养分和钙、镁含量也随之升高。
农作物秸秆是一种有机物，其中碳、氧、氢三种化学成分总和占95％以上，其余为钾、氮、磷、硅、钙、镁、硫、铁、镁等矿质元素；有机成分以纤维素、半纤维素为主，其次是木质素、蛋白质、脂肪、灰分等。稻草主要成分为：全氮8.1克/千克，全碳426.1克/千克，碳/氮(C/N)52.6，水溶性氮2.7克/千克，水溶性碳45.7克/千克，水溶性碳/氮(C/N)16.9，半纤维素177.9克/千克，纤维素288.4克/千克，木质素61.3克/千克，二氧化硅152.3克/千克。我国每年有稻草约1.8亿吨，占全国秸秆总量的25.4％，是我国第一大秸秆资源，是开发新型有机物原料的宝贵资源。目前约10～20％的稻草秸秆作草食动物饲料；20％左右直接作为燃料或生物质能源；造纸或其它工业原料不到3％，其余的大部分稻草秸秆被闲置废弃形成新的农业垃圾或就地焚烧污染环境。
复合肥具有养分含量高、副成分少且物理性状好等优点，对于平衡施肥，提高肥料利用率，促进作物的高产稳产有着十分重要的作用。复合肥的有效成分总量一般比较高，营养元素种类较多，一次施用复合肥，至少同时可供应作物两种以上的主要营养元素；养分分布比较均一，结构紧密，养分释放均匀，肥效稳而长。由于副成分少，对土壤不利影响小；吸湿性小，不易结块，便于贮存和施用，特别便于机械化施肥；副成分少，有效成分含量一般比单元肥料高，所以能节省包装及贮存运输费用。
但是，目前未见利用稻草生物质炭和复合肥的研究报道。因此，研发一种稻草生物质炭基复合肥以显得尤为重要。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种稻草生物质炭基复合肥的制备方法，该制备方法将废弃资源稻草制得稻草生物质炭，再和复合肥复配制得稻草生物质炭基复合肥，大大降低了生产成本，减少了环境污染，可以带来良好的社会经济效益和推广应用的价值；且该制备方法工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，可大规模工业化生产。
本发明的另一目的在于提供一种稻草生物质炭基复合肥，该稻草生物质炭基复合肥利用稻草生物质炭的物理性能，实现了对复合肥的有效缓释，延长了复合肥的作用时间，提高了复合肥的利用率，为作物在生长期中长时间充足的营养供应，并且为作物营养强化提供了很好的技术支持。该稻草生物质炭基复合肥在玉米、大豆、水稻等多种粮食作物及蔬菜、果树中施用，可以实现一次施肥后期不用追肥，有效提高土壤有效成分的水平，作物籽粒营养成分的含量及产量明显提升，肥效持久，增产增收。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种稻草生物质炭基复合肥的制备方法，包括如下步骤：
（1） 将稻草高温裂解，得到稻草生物质炭和可燃性气体；
（2） 将复合肥的原料和占复合肥总原料重量8-12%的稻草生物质炭混合后熔融、造粒，收集粒料；其中，熔融所需的热量由所述可燃性气体燃烧提供；
所述复合肥包括如下重量份的原料：微生物菌种0.5-1.5份、增效剂2-5份、保水防渗剂1-2份、含氮量为40-50%的氮肥10-30份、含磷量为10-20%的磷肥10-20份、含钾量为50-60%的钾肥15-25份；
（3） 将收集的粒料负压冷却，进行筛选；
（4） 将筛选后的粒料进行包膜，包装出货，制得稻草生物质炭基复合肥。
本发明的制备方法将废弃资源稻草制得稻草生物质炭，再和复合肥复配制得稻草生物质炭基复合肥，大大降低了生产成本，减少了环境污染，可以带来良好的社会经济效益和推广应用的价值；且该制备方法工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，可大规模工业化生产。
优选的，所述步骤（1）具体为：将稻草粉碎至粒径1-2mm，将粉碎后的稻草干燥至含水率小于5%，得到生物质物料；将裂解催化剂和生物质物料按重量比0.5-1.5：100放入高温热解炉裂解内进行高温裂解，得到稻草生物质炭和可燃性气体；其中，高温裂解的温度为500-700℃，高温裂解的时间为60-120min。
生物质经高温裂解会产生生物质炭、焦油和可燃性气体，裂解催化剂的加入可以催化焦油裂解，裂解催化剂能够在较低反应温度下得到较高的焦油去除率，而且还能提高气体热值和产量。
优选的，所述裂解催化剂由以下重量百分比的物质组成：CeO2 10-20%、CuO 1-5%、NiO 2-4%、RuO2 1-2%，余量为催化剂载体；其中，所述催化剂载体由以下重量百分比的物质组成：HZSM-5分子筛70-85%、氧化铝粘合剂15-30%；所述HZSM-5分子筛的BET法比表面积≥310m2/g、硅铝比为15-50、孔径为0.53-0.58nm、相对结晶度≥95%、残钠含量≤0.1wt%；所述氧化铝粘合剂是经硝酸胶溶的、BET法比表面积为240-280m2/g、孔容为0.35-0.45ml/g的小孔氧化铝。
所述裂解催化剂的制备方法包括如下步骤：
（1）将HZSM-5分子筛加入氧化铝粘合剂中，并加入造孔剂CMC和助挤剂田菁粉，经混捏、碾压成团后，再挤条成型、干燥、焙烧得催化剂载体；所述造孔剂CMC和助挤剂田菁粉的加入量均为HZSM-5分子筛与氧化铝粘合剂质量和的0.5-2%；
（2）用饱和浸渍法分别负载金属元素，经干燥、焙烧得催化剂。
所述步骤（1）中，干燥的条件为：60-85℃干燥2-3h，再于100-120℃干燥12-24h。
所述步骤（2）中，干燥的条件为0.06-0.08Mpa、60-85℃下干燥1-3h，再于0.06-0.08Mpa、60-85℃下干燥1-3h。
所述步骤（1）和步骤（2）中，焙烧条件均为400-650℃下焙烧3-15h。
所述步骤（2）中，用饱和浸渍法分别负载金属元素包括以下步骤：
（a）采用饱和浸渍法用硝酸铈溶液浸渍步骤（1）得到的催化剂载体，浸渍时间为12-20h，在60-85℃真空干燥1-3h之后，于400-600℃温度下焙烧5-8h；
（b）采用饱和浸渍法用硝酸镍、硝酸铜以及三氯化钌混合溶液浸渍步骤（a）得到的催化剂载体，浸渍时间为18-24h。
本发明的裂解催化剂采用高表面积以及酸性适度的HZSM-5分子筛为酸性载体，保证裂解的活性；活性金属负载的过程中采用真空干燥法，使得活性组分径向分布更加均匀，保证了活性组分有更高的分散性，进而保证催化剂具有高的焦油裂解活性和稳定性。
本发明裂解催化剂采用CeO2为助催化剂，同时添加贵金属氧化物RuO2，提高了催化剂的抗积炭性能，催化剂中形成的Ni-Cu合金催化剂，发挥了金属催化剂的协同作用，同时贵金属的氢溢流保证了金属的还原性。
生物质炭在提高作物产量、增强土壤养分、增加土壤肥力、土壤结构改良修复、受污染环境修复以及温室气体减排等各方面都展现出了巨大的应用潜力，作为一类新型环境功能材料在当今社会引起广泛关注。
生物炭有着巨大的表面积和繁多的小孔结构，这种孔洞结构更容易聚集吸收营养养分物，促进有益微生物的生长，从而使土壤变得更肥沃，有利于植物的生长，实现可持续发展的绿色农业。所以，生物质炭不仅能减少温室气体，如甲烷、氧化亚氮和二氧化碳排放的效果，而且对改善土壤健康、减少养分流失、恢复土壤肥力、提高肥料的利用效率、提高土壤生产力具有积极作用。
生物质炭中含有丰富的空隙和有机大分子结构，在和肥料配施的情况下，在土壤中较易形成大团聚体，增进土壤的养分离子的吸附和保持，土壤中的NH4 +吸附与固持作用得以明显增强，提高了作物对氮的利用率，从而使氮素损失得到降低。另外，生物质炭在土壤中存在一定时间后表面部分会被轻度氧化形成羰基、酚基等，这有助于增加土壤的阳离子交换量。生物质炭对NH4 +和N03 -具有较强的吸附特性，从而能够持留土壤中的氮素，有效降低农田土壤氨的挥发和控制土壤氮养分的淋沥流失，这些特性使生物质炭能够有效降低农田土壤氮养分的流失，提高农作物产量，同时减少了化肥施用量和农田氮养分流失引起的面源污染。
生物质炭含有各种丰富的灰分元素，可在土壤中作为可溶性养分被作物吸收利用，从而提高了土壤有机质含量和土壤碳保持容量，并且生物质炭本身也可以作为肥料提高上壤肥力。生物质炭含有的丰富灰分元素如K、Ca、Mg等都呈可溶态，进入土壤后成为溶液中的可溶性盐基离子，提高土壤的盐基饱和度，降低其交换性酸和交换性铝含量，有利于提高其它阳离子交换量，并降低铝离子活化，降低酸性土壤中铝的饱和度，从而提高土壤的pH值。土壤中铝离子过多会对植物生长与土壤微生物活动产生不良影响。
生物质炭的表面具有大量的负电荷，具有大量的孔洞结构及巨大的比表面积，对土壤的化学性质和物理性状都有不同程度的影响，对土壤极性或非极性有机化合物、土壤有效水、土壤养分元素或沉积物中的无机离子都具有很强的吸附能力。将生物质炭施入土壤后，其多孔性结构有利于土壤水的保持，土壤的保水性得到增强，土壤中施入大量的生物质炭后，其田间持水量会比周围对照土壤高18%。生物质炭的添加到土壤后，土壤通气性和孔隙度得到提高，使土壤具有良好的耕作结构。为微生物提供更多的生存空间，有利于土壤中好氧微生物的生长，提高了上壤中有机质的矿化进程，增加土壤肥力和有效态养分含量，有利于促进植物对营养元素的吸收和土壤团聚体的形成。
生物质炭具有良好的化学性质、物理结构和养分调控作用，对土壤中可交换态的养分物质有强烈吸附作用。生物质炭和肥料的合理配施，可以增强土壤中铵态氮的吸附与固持，提高植物对养分元素的利用效率，特别是提高作物对氮的利用率，降低氮素在田间的挥发量。施入黑炭的土壤更容易形成较大的团聚体，而使养分离子更容易吸附在生物质炭表面和孔隙中，特别有利于铵态氮离子的吸附性。黑炭的吸附作用有利于植物对吸附养分的利用，可以显著促进种子萌发和生长，从而促进作物生长。
生物质炭含有丰富的有机质，土壤中施入生物质炭，可提高土壤中的有机质含量，最终使其植物能利用的阳离子和可交换态阳离子含量提高。生物质炭的添加对土壤有机质起了激发作用，有利于土壤中原有的有机质的分解，进一步提高土壤的肥力，协调了土壤的供肥与保肥能力，保证了植物有充足的养分供应。
综上所述，生物质炭的多孔性、巨大的比表面积、表面负电荷和电荷密度等特性使其能够吸附和固持肥料中的养分，实现其缓释效果，显著削减土壤N流失量，提高土壤肥力，促进作物增产和维持土壤生态系统平衡的作用。
目前，生物质炭的活化方法主要采用化学活化法，化学活化分为：酸活化（主要是磷酸、硫酸活化）、碱活化（主要是氢氧化钾、氢氧化钠活化）、盐活化（主要是氯化锌活化）。盐活化具有活化温度低和工艺简单的优点。
优选的，所述步骤（1）和步骤（2）之间还包括步骤（1’）：将稻草生物质炭与活化剂混合，在惰性气氛中升温至活化温度进行活化处理，然后冷却至室温，对产物进行酸洗，再水洗至中性后干燥；所述活化剂为碳酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、醋酸钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵和醋酸铵中的至少一种；所述生物质炭与所述活化剂的重量比为100:1-5；所用惰性气氛为氮气，流量为100-400mL/min；升温速率为2-10℃/min；活化温度为300-600℃；活化处理保温时间为1-3h；酸洗所用的酸为稀盐酸。
将生物质炭活化后得到活性炭，活性炭是具有高比表面积、高吸附特性的疏松多孔性物质，其孔隙结构比生物质炭发达，使得土壤通透气更好，有利于微生物有氧呼吸作用，促进有益微生物的生长，从而使土壤变得更肥沃，有利于植物的生长。将活性炭施于土壤中，可改善土壤的物理结构和化学组成，可调节肥料农药的施效，从而促进植物的发育。活性炭在土壤里能增加生物固定氮，并使有机氮较快转变为氨和硝酸盐，从而起肥料的作用。
优选的，所述步骤（2）中，熔融的温度为125-128℃；所述步骤（3）中，筛选后的粒料的粒径为1-4.75mm；所述步骤（4）中，包装净重≥25Kg，且≤50Kg。
优选的，所述复合肥还包括如下重量份的原料：十二烷基苯磺酸钠0.1-0.5份、二甲基亚砜0.5-1.5份、木质素6-10份、壳聚糖1-5份、硼砂3-7份、氯化锌0.4-0.8份、钼酸钠0.01-0.05份、硫酸锰0.04-0.08份、硫酸亚铁6-10份、腐植酸10-14份、草木灰2-6份、风化煤3-7份、膨润土1-5份。
本发明的复合肥通过采用上述原料并严格控制各原料的重量配比，制得的复合肥5-15。该复合肥兼具有机肥与无机肥的优点，富含有机质、腐殖酸，养分全，肥效久，可有效改良土壤，培肥地力，保水保墒，适合长期使用；且无毒、无害、无污染，既克服了其它有机肥如人畜禽粪等脏、臭、不卫生，肥效慢、使用不方便等缺点，也克服了无机肥养分单一的不足；该复合肥尤其适用于绿色农产品的生产，不仅可提高产品产量，还可改善产品品质。
优选的，所述氮肥是由氯化铵和硫酸铵以重量比1:0.5-1.5组成的混合物；所述磷肥是由磷酸一铵和磷酸二铵以重量比1.2-1.8:1组成的混合；所述钾肥是由硫酸钾、氯化钾以重量比1:2-3组成的混合物。
优选的，所述增效剂包括如下重量份的原料：双氰胺4-8份、脒基硫脲5-9份、氢醌1-5份、硼酸钠10-14份、硫酸锌12-16份、草酸6-10份、沸石3-7份、氧化镁1-5份、腐植酸铵2-6份。
本发明的增效剂通过采用上述原料并严格控制各原料的重量配比，能使氮素长效化，延长氮肥有效期一倍以上，播种时一次底施后，作物生育期不再用追肥，省工省时；提高了化肥利用率约12%左右。
优选的，所述微生物菌种包括如下重量份的原料：放线菌10-20份、固氮细菌20-30份、磷细菌6-10份、硅酸盐类解钾细菌5-15份和酵母20-40份；所述保水防渗剂是由800-1200万分子量的阴离子型聚丙烯酰胺和100-500万分子量的聚丙烯酸钾以重量比1：0.8-1.2组成的混合物。
本发明的微生物菌种通过采用上述原料并严格控制各原料的重量配比，不仅可以满足农作物的营养需求，而且能提高肥料利用率和土壤有机质含量，活化土壤，对土壤有固氮、解磷、解钾的作用，形成土壤有益微生物菌群落系统；还能减少农药、硝酸盐（亚硝酸盐）、重金属等毒害和提高作物抗逆能力。
本发明通过采用800-1200万分子量的阴离子型聚丙烯酰胺和100-500万分子量的聚丙烯酸钾作为保水防渗剂，并控制其重量比为1：0.8-1.2，具有保墒节水、提高水肥利用率和改良土壤结构的优点。
本发明的另一目的通过下述技术方案实现：一种稻草生物质炭基复合肥，所述稻草生物质炭基复合肥根据上述的制备方法制得。
本发明的稻草生物质炭基复合肥利用稻草生物质炭的物理性能，实现了对复合肥的有效缓释，延长了复合肥的作用时间，提高了复合肥的利用率，为作物在生长期中长时间充足的营养供应，并且为作物营养强化提供了很好的技术支持。
本发明的稻草生物质炭基复合肥在玉米、大豆、水稻等多种粮食作物及蔬菜、果树中施用，可以实现一次施肥后期不用追肥，有效提高土壤有效成分的水平，作物籽粒营养成分的含量及产量明显提升，肥效持久，增产增收。
本发明的有益效果在于：本发明的制备方法将废弃资源稻草制得稻草生物质炭，再和复合肥复配制得稻草生物质炭基复合肥，大大降低了生产成本，减少了环境污染，可以带来良好的社会经济效益和推广应用的价值。
本发明的制备方法工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，可大规模工业化生产。
本发明的稻草生物质炭基复合肥通过加入生物质炭，生物质炭呈微碱性、多孔、疏松和富含各种不同结构的有机质组分的炭质混合物，具有良好的物理性质和养分调控作用，增加土壤中养分特别是氮肥的有效性，有效降低土壤氧化亚氮的排放，同时可有效提高土壤中有机碳的储存量。
本发明的稻草生物质炭基复合肥利用稻草生物质炭的物理性能，实现了对复合肥的有效缓释，延长了复合肥的作用时间，提高了复合肥的利用率，为作物在生长期中长时间充足的营养供应，并且为作物营养强化提供了很好的技术支持。
本发明的稻草生物质炭基复合肥营养物质丰富，营养元素释放协调持久，肥料养分利用效率高，可有效地改良和培肥土壤，提高肥料利用率，增加土壤有机质含量，降低土壤容重，提高土壤保水保肥能力，促进作物生长，并可显著提高作物产量，改善作物品质，具有明显的经济效益。
本发明的稻草生物质炭基复合肥在玉米、大豆、水稻等多种粮食作物及蔬菜、果树中施用，可以实现一次施肥后期不用追肥，有效提高土壤有效成分的水平，作物籽粒营养成分的含量及产量明显提升，肥效持久，增产增收。
本发明将生物质炭与复合肥结合生产稻草生物质炭基复合肥，既能够实现废弃物资源化利用，又能够达到节能减排、增加土壤碳汇和提高作物产量和质量的双赢效果。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种稻草生物质炭基复合肥的制备方法，包括以下步骤：
（1） 将稻草高温裂解，得到稻草生物质炭和可燃性气体；
（2） 将复合肥的原料和占复合肥总原料重量8%的稻草生物质炭混合后熔融、造粒，收集粒料；其中，熔融所需的热量由所述可燃性气体燃烧提供；
所述复合肥包括如下重量份的原料：微生物菌种0.5份、增效剂2份、保水防渗剂1份、含氮量为40%的氮肥10份、含磷量为10%的磷肥10份、含钾量为50%的钾肥15份；
（3） 将收集的粒料负压冷却，进行筛选；
（4） 将筛选后的粒料进行包膜，包装出货，制得稻草生物质炭基复合肥。
所述步骤（1）具体为：将稻草粉碎至粒径1mm，将粉碎后的稻草干燥至含水率小于5%，得到生物质物料；将裂解催化剂和生物质物料按重量比0.5：100放入高温热解炉裂解内进行高温裂解，得到稻草生物质炭和可燃性气体；其中，高温裂解的温度为500℃，高温裂解的时间为60min。
所述裂解催化剂由以下重量百分比的物质组成：CeO2 10%、CuO 1%、NiO 2%、RuO2 1%，余量为催化剂载体；其中，所述催化剂载体由以下重量百分比的物质组成：HZSM-5分子筛70%、氧化铝粘合剂15%；所述HZSM-5分子筛的BET法比表面积≥310m2/g、硅铝比为15、孔径为0.53nm、相对结晶度≥95%、残钠含量≤0.1wt%；所述氧化铝粘合剂是经硝酸胶溶的、BET法比表面积为240m2/g、孔容为0.35ml/g的小孔氧化铝。
所述步骤（1）和步骤（2）之间还包括步骤（1’）：将稻草生物质炭与活化剂混合，在惰性气氛中升温至活化温度进行活化处理，然后冷却至室温，对产物进行酸洗，再水洗至中性后干燥；所述活化剂为碳酸钾；所述生物质炭与所述活化剂的重量比为100:1；所用惰性气氛为氮气，流量为100mL/min；升温速率为4℃/min；活化温度为300℃；活化处理保温时间为3h；酸洗所用的酸为稀盐酸。
所述步骤（2）中，熔融的温度为125℃；所述步骤（3）中，筛选后的粒料的粒径为1mm；所述步骤（4）中，包装净重≥25Kg，且≤50Kg。
所述复合肥还包括如下重量份的原料：十二烷基苯磺酸钠0.1份、二甲基亚砜0.5份、木质素6份、壳聚糖1份、硼砂3份、氯化锌0.4份、钼酸钠0.01份、硫酸锰0.04份、硫酸亚铁6份、腐植酸10份、草木灰2份、风化煤3份、膨润土1份。
所述氮肥是由氯化铵和硫酸铵以重量比1:0.5组成的混合物；所述磷肥是由磷酸一铵和磷酸二铵以重量比1.2:1组成的混合；所述钾肥是由硫酸钾、氯化钾以重量比1:2组成的混合物。
所述增效剂包括如下重量份的原料：双氰胺4份、脒基硫脲5份、氢醌1份、硼酸钠10份、硫酸锌12份、草酸6份、沸石3份、氧化镁1份、腐植酸铵2份。
所述微生物菌种包括如下重量份的原料：放线菌10份、固氮细菌20份、磷细菌6份、硅酸盐类解钾细菌5份和酵母20份；所述保水防渗剂是由800万分子量的阴离子型聚丙烯酰胺和100万分子量的聚丙烯酸钾以重量比1：0.8组成的混合物。
一种稻草生物质炭基复合肥，根据上述的制备方法制得。
将本实施例制得的稻草生物质炭基复合肥与常规复合肥分别施用在玉米田进行试验，在肥料用量相等条件下，稻草生物质炭基复合肥比常规复合肥每亩增产玉米176公斤，增产22％，经营养成分监测中心进行检测，玉米中的营养成分含量提高3％左右。
实施例2
一种稻草生物质炭基复合肥的制备方法，包括以下步骤：
（1） 将稻草高温裂解，得到稻草生物质炭和可燃性气体；
（2） 将复合肥的原料和占复合肥总原料重量9%的稻草生物质炭混合后熔融、造粒，收集粒料；其中，熔融所需的热量由所述可燃性气体燃烧提供；
所述复合肥包括如下重量份的原料：微生物菌种0.7份、增效剂3份、保水防渗剂1.2份、含氮量为42%的氮肥15份、含磷量为12%的磷肥12份、含钾量为52%的钾肥17份；
（3） 将收集的粒料负压冷却，进行筛选；
（4） 将筛选后的粒料进行包膜，包装出货，制得稻草生物质炭基复合肥。
所述步骤（1）具体为：将稻草粉碎至粒径1.2mm，将粉碎后的稻草干燥至含水率小于5%，得到生物质物料；将裂解催化剂和生物质物料按重量比0.7：100放入高温热解炉裂解内进行高温裂解，得到稻草生物质炭和可燃性气体；其中，高温裂解的温度为550℃，高温裂解的时间为75min。
所述裂解催化剂由以下重量百分比的物质组成：CeO2 12%、CuO 2%、NiO 2.5%、RuO2 1.2%，余量为催化剂载体；其中，所述催化剂载体由以下重量百分比的物质组成：HZSM-5分子筛73%、氧化铝粘合剂19%；所述HZSM-5分子筛的BET法比表面积≥310m2/g、硅铝比为25、孔径为0.54nm、相对结晶度≥95%、残钠含量≤0.1wt%；所述氧化铝粘合剂是经硝酸胶溶的、BET法比表面积为250m2/g、孔容为0.37ml/g的小孔氧化铝。
所述步骤（1）和步骤（2）之间还包括步骤（1’）：将稻草生物质炭与活化剂混合，在惰性气氛中升温至活化温度进行活化处理，然后冷却至室温，对产物进行酸洗，再水洗至中性后干燥；所述活化剂为磷酸氢二钾；所述生物质炭与所述活化剂的重量比为100:2；所用惰性气氛为氮气，流量为200mL/min；升温速率为5℃/min；活化温度为350℃；活化处理保温时间为2.5h；酸洗所用的酸为稀盐酸。
所述步骤（2）中，熔融的温度为126℃；所述步骤（3）中，筛选后的粒料的粒径为2mm；所述步骤（4）中，包装净重≥25Kg，且≤50Kg。
所述复合肥还包括如下重量份的原料：十二烷基苯磺酸钠0.2份、二甲基亚砜0.7份、木质素7份、壳聚糖2份、硼砂4份、氯化锌0.5份、钼酸钠0.02份、硫酸锰0.05份、硫酸亚铁7份、腐植酸11份、草木灰3份、风化煤4份、膨润土2份。
所述氮肥是由氯化铵和硫酸铵以重量比1:0.7组成的混合物；所述磷肥是由磷酸一铵和磷酸二铵以重量比1.4:1组成的混合；所述钾肥是由硫酸钾、氯化钾以重量比1:2.2组成的混合物。
所述增效剂包括如下重量份的原料：双氰胺5份、脒基硫脲6份、氢醌2份、硼酸钠11份、硫酸锌13份、草酸7份、沸石4份、氧化镁2份、腐植酸铵3份。
所述微生物菌种包括如下重量份的原料：放线菌12份、固氮细菌22份、磷细菌7份、硅酸盐类解钾细菌7份和酵母25份；所述保水防渗剂是由900万分子量的阴离子型聚丙烯酰胺和200万分子量的聚丙烯酸钾以重量比1：0.9组成的混合物。
一种稻草生物质炭基复合肥，根据上述的制备方法制得。
将本实施例制得的稻草生物质炭基复合肥与常规复合肥分别施用在大豆田进行试验，在肥料用量相等条件下，稻草生物质炭基复合肥比常规复合肥每亩增产大豆60公斤，增产24％，经营养成分监测中心进行检测，大豆中的营养成分含量提高5％左右。
实施例3
一种稻草生物质炭基复合肥的制备方法，包括以下步骤：
（1） 将稻草高温裂解，得到稻草生物质炭和可燃性气体；
（2） 将复合肥的原料和占复合肥总原料重量10%的稻草生物质炭混合后熔融、造粒，收集粒料；其中，熔融所需的热量由所述可燃性气体燃烧提供；
所述复合肥包括如下重量份的原料：微生物菌种1份、增效剂3份、保水防渗剂1.5份、含氮量为45%的氮肥20份、含磷量为15%的磷肥15份、含钾量为55%的钾肥20份；
（3） 将收集的粒料负压冷却，进行筛选；
（4） 将筛选后的粒料进行包膜，包装出货，制得稻草生物质炭基复合肥。
所述步骤（1）具体为：将稻草粉碎至粒径1.5mm，将粉碎后的稻草干燥至含水率小于5%，得到生物质物料；将裂解催化剂和生物质物料按重量比1：100放入高温热解炉裂解内进行高温裂解，得到稻草生物质炭和可燃性气体；其中，高温裂解的温度为600℃，高温裂解的时间为90min。
所述裂解催化剂由以下重量百分比的物质组成：CeO2 15%、CuO 3%、NiO 3%、RuO2 1.5%，余量为催化剂载体；其中，所述催化剂载体由以下重量百分比的物质组成：HZSM-5分子筛77%、氧化铝粘合剂22%；所述HZSM-5分子筛的BET法比表面积≥310m2/g、硅铝比为35、孔径为0.55nm、相对结晶度≥95%、残钠含量≤0.1wt%；所述氧化铝粘合剂是经硝酸胶溶的、BET法比表面积为260m2/g、孔容为0.4ml/g的小孔氧化铝。
所述步骤（1）和步骤（2）之间还包括步骤（1’）：将稻草生物质炭与活化剂混合，在惰性气氛中升温至活化温度进行活化处理，然后冷却至室温，对产物进行酸洗，再水洗至中性后干燥；所述活化剂为磷酸二氢钾；所述生物质炭与所述活化剂的重量比为100:3；所用惰性气氛为氮气，流量为300mL/min；升温速率为6℃/min；活化温度为400℃；活化处理保温时间为2h；酸洗所用的酸为稀盐酸。
所述步骤（2）中，熔融的温度为127℃；所述步骤（3）中，筛选后的粒料的粒径为3mm；所述步骤（4）中，包装净重≥25Kg，且≤50Kg。
所述复合肥还包括如下重量份的原料：十二烷基苯磺酸钠0.3份、二甲基亚砜1份、木质素8份、壳聚糖3份、硼砂4份、氯化锌0.6份、钼酸钠0.03份、硫酸锰0.06份、硫酸亚铁8份、腐植酸12份、草木灰4份、风化煤5份、膨润土3份。
所述氮肥是由氯化铵和硫酸铵以重量比1:1组成的混合物；所述磷肥是由磷酸一铵和磷酸二铵以重量比1.5:1组成的混合；所述钾肥是由硫酸钾、氯化钾以重量比1:2.5组成的混合物。
所述增效剂包括如下重量份的原料：双氰胺6份、脒基硫脲7份、氢醌3份、硼酸钠12份、硫酸锌14份、草酸8份、沸石5份、氧化镁3份、腐植酸铵4份。
所述微生物菌种包括如下重量份的原料：放线菌15份、固氮细菌25份、磷细菌8份、硅酸盐类解钾细菌10份和酵母30份；所述保水防渗剂是由1000万分子量的阴离子型聚丙烯酰胺和300万分子量的聚丙烯酸钾以重量比1:1组成的混合物。
一种稻草生物质炭基复合肥，根据上述的制备方法制得。
将本实施例制得的稻草生物质炭基复合肥与常规复合肥分别施用在水稻田进行试验，在肥料用量相等条件下，稻草生物质炭基复合肥比常规复合肥每亩增产水稻150公斤，增产25％，经营养成分监测中心进行检测，水稻中的营养成分含量提高8％左右。
实施例4
一种稻草生物质炭基复合肥的制备方法，包括以下步骤：
（1） 将稻草高温裂解，得到稻草生物质炭和可燃性气体；
（2） 将复合肥的原料和占复合肥总原料重量11%的稻草生物质炭混合后熔融、造粒，收集粒料；其中，熔融所需的热量由所述可燃性气体燃烧提供；
所述步骤（1）具体为：将稻草粉碎至粒径1.8mm，将粉碎后的稻草干燥至含水率小于5%，得到生物质物料；将裂解催化剂和生物质物料按重量比1.3：100放入高温热解炉裂解内进行高温裂解，得到稻草生物质炭和可燃性气体；其中，高温裂解的温度为650℃，高温裂解的时间为105min。
所述裂解催化剂由以下重量百分比的物质组成：CeO2 18%、CuO 4%、NiO 3.5%、RuO2 1.8%，余量为催化剂载体；其中，所述催化剂载体由以下重量百分比的物质组成：HZSM-5分子筛82%、氧化铝粘合剂26%；所述HZSM-5分子筛的BET法比表面积≥310m2/g、硅铝比为45、孔径为0.56nm、相对结晶度≥95%、残钠含量≤0.1wt%；所述氧化铝粘合剂是经硝酸胶溶的、BET法比表面积为270m2/g、孔容为0.43ml/g的小孔氧化铝。
所述步骤（1）和步骤（2）之间还包括步骤（1’）：将稻草生物质炭与活化剂混合，在惰性气氛中升温至活化温度进行活化处理，然后冷却至室温，对产物进行酸洗，再水洗至中性后干燥；所述活化剂为醋酸钾；所述生物质炭与所述活化剂的重量比为100:4；所用惰性气氛为氮气，流量为400mL/min；升温速率为7℃/min；活化温度为450℃；活化处理保温时间为1.5h；酸洗所用的酸为稀盐酸。
所述步骤（2）中，熔融的温度为127℃；所述步骤（3）中，筛选后的粒料的粒径为4mm；所述步骤（4）中，包装净重≥25Kg，且≤50Kg。
所述复合肥包括如下重量份的原料：微生物菌种1.3份、增效剂4份、保水防渗剂1.8份、含氮量为48%的氮肥25份、含磷量为18%的磷肥18份、含钾量为58%的钾肥23份；
（3） 将收集的粒料负压冷却，进行筛选；
（4） 将筛选后的粒料进行包膜，包装出货，制得稻草生物质炭基复合肥。
所述复合肥还包括如下重量份的原料：十二烷基苯磺酸钠0.4份、二甲基亚砜1.3份、木质素9份、壳聚糖4份、硼砂6份、氯化锌0.7份、钼酸钠0.04份、硫酸锰0.07份、硫酸亚铁9份、腐植酸13份、草木灰5份、风化煤6份、膨润土4份。
所述氮肥是由氯化铵和硫酸铵以重量比1:1.3组成的混合物；所述磷肥是由磷酸一铵和磷酸二铵以重量比1.7:1组成的混合；所述钾肥是由硫酸钾、氯化钾以重量比1:2.8组成的混合物。
所述增效剂包括如下重量份的原料：双氰胺7份、脒基硫脲8份、氢醌4份、硼酸钠13份、硫酸锌15份、草酸9份、沸石6份、氧化镁4份、腐植酸铵5份。
所述微生物菌种包括如下重量份的原料：放线菌18份、固氮细菌28份、磷细菌9份、硅酸盐类解钾细菌13份和酵母25份；所述保水防渗剂是由1100万分子量的阴离子型聚丙烯酰胺和400万分子量的聚丙烯酸钾以重量比1：1.1组成的混合物。
一种稻草生物质炭基复合肥，根据上述的制备方法制得。
将本实施例制得的稻草生物质炭基复合肥与常规复合肥分别施用在油菜田进行试验，在肥料用量相等条件下，稻草生物质炭基复合肥比常规复合肥每亩增产油菜34.5公斤，增产23％，经营养成分监测中心进行检测，油菜中的营养成分含量提高6％左右。
实施例5
一种稻草生物质炭基复合肥的制备方法，包括以下步骤：
（1） 将稻草高温裂解，得到稻草生物质炭和可燃性气体；
（2） 将复合肥的原料和占复合肥总原料重量12%的稻草生物质炭混合后熔融、造粒，收集粒料；其中，熔融所需的热量由所述可燃性气体燃烧提供；
所述复合肥包括如下重量份的原料：微生物菌种1.5份、增效剂5份、保水防渗剂2份、含氮量为50%的氮肥30份、含磷量为20%的磷肥20份、含钾量为60%的钾肥25份；
（3） 将收集的粒料负压冷却，进行筛选；
（4） 将筛选后的粒料进行包膜，包装出货，制得稻草生物质炭基复合肥。
所述步骤（1）具体为：将稻草粉碎至粒径2mm，将粉碎后的稻草干燥至含水率小于5%，得到生物质物料；将裂解催化剂和生物质物料按重量比1.5：100放入高温热解炉裂解内进行高温裂解，得到稻草生物质炭和可燃性气体；其中，高温裂解的温度为700℃，高温裂解的时间为120min。
所述裂解催化剂由以下重量百分比的物质组成：CeO2 20%、CuO 5%、NiO 4%、RuO2 2%，余量为催化剂载体；其中，所述催化剂载体由以下重量百分比的物质组成：HZSM-5分子筛85%、氧化铝粘合剂30%；所述HZSM-5分子筛的BET法比表面积≥310m2/g、硅铝比为50、孔径为0.58nm、相对结晶度≥95%、残钠含量≤0.1wt%；所述氧化铝粘合剂是经硝酸胶溶的、BET法比表面积为280m2/g、孔容为0.45ml/g的小孔氧化铝。
所述步骤（1）和步骤（2）之间还包括步骤（1’）：将稻草生物质炭与活化剂混合，在惰性气氛中升温至活化温度进行活化处理，然后冷却至室温，对产物进行酸洗，再水洗至中性后干燥；所述活化剂为磷酸氢二铵；所述生物质炭与所述活化剂的重量比为100:5；所用惰性气氛为氮气，流量为500mL/min；升温速率为8℃/min；活化温度为500℃；活化处理保温时间为1h；酸洗所用的酸为稀盐酸。
所述步骤（2）中，熔融的温度为128℃；所述步骤（3）中，筛选后的粒料的粒径为4.75mm；所述步骤（4）中，包装净重≥25Kg，且≤50Kg。
所述复合肥还包括如下重量份的原料：十二烷基苯磺酸钠0.5份、二甲基亚砜1.5份、木质素10份、壳聚糖5份、硼砂7份、氯化锌0.8份、钼酸钠0.05份、硫酸锰0.08份、硫酸亚铁10份、腐植酸14份、草木灰6份、风化煤7份、膨润土5份。
所述氮肥是由氯化铵和硫酸铵以重量比1:1.5组成的混合物；所述磷肥是由磷酸一铵和磷酸二铵以重量比1.8:1组成的混合；所述钾肥是由硫酸钾、氯化钾以重量比1:3组成的混合物。
所述增效剂包括如下重量份的原料：双氰胺8份、脒基硫脲9份、氢醌5份、硼酸钠14份、硫酸锌16份、草酸10份、沸石7份、氧化镁5份、腐植酸铵6份。
所述微生物菌种包括如下重量份的原料：放线菌20份、固氮细菌30份、磷细菌10份、硅酸盐类解钾细菌15份和酵母40份；所述保水防渗剂是由1200万分子量的阴离子型聚丙烯酰胺和500万分子量的聚丙烯酸钾以重量比1:1.2组成的混合物。
一种稻草生物质炭基复合肥，根据上述的制备方法制得。
将本实施例制得的稻草生物质炭基复合肥与常规复合肥分别施用在苹果园进行试验，在肥料用量相等条件下，稻草生物质炭基复合肥比常规复合肥每亩增产苹果420公斤，增产21％，经营养成分监测中心进行检测，苹果中的营养成分含量提高1％左右。
本发明的稻草生物质炭基复合肥可以实现一次施肥后期不用追肥，有效提高土壤有效成分的水平，作物籽粒营养成分的含量及产量明显提升，肥效持久，增产增收。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种稻草生物质炭基复合肥的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1） 将稻草高温裂解，得到稻草生物质炭和可燃性气体；
（2） 将复合肥的原料和占复合肥总原料重量8-12%的稻草生物质炭混合后熔融、造粒，收集粒料；其中，熔融所需的热量由所述可燃性气体燃烧提供；
所述复合肥包括如下重量份的原料：微生物菌种0.5-1.5份、增效剂2-5份、保水防渗剂1-2份、含氮量为40-50%的氮肥10-30份、含磷量为10-20%的磷肥10-20份、含钾量为50-60%的钾肥15-25份；
（3） 将收集的粒料负压冷却，进行筛选；
（4） 将筛选后的粒料进行包膜，包装出货，制得稻草生物质炭基复合肥。
2.根据权利要求1所述的一种稻草生物质炭基复合肥的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）具体为：将稻草粉碎至粒径1-2mm，将粉碎后的稻草干燥至含水率小于5%，得到生物质物料；将裂解催化剂和生物质物料按重量比0.5-1.5：100放入高温热解炉裂解内进行高温裂解，得到稻草生物质炭和可燃性气体；其中，高温裂解的温度为500-700℃，高温裂解的时间为60-120min。
3.根据权利要求2所述的一种稻草生物质炭基复合肥的制备方法，其特征在于：所述裂解催化剂由以下重量百分比的物质组成：CeO2 10-20%、CuO 1-5%、NiO 2-4%、RuO2 1-2%，余量为催化剂载体；其中，所述催化剂载体由以下重量百分比的物质组成：HZSM-5分子筛70-85%、氧化铝粘合剂15-30%；所述HZSM-5分子筛的BET法比表面积≥310m2/g、硅铝比为15-50、孔径为0.53-0.58nm、相对结晶度≥95%、残钠含量≤0.1wt%；所述氧化铝粘合剂是经硝酸胶溶的、BET法比表面积为240-280m2/g、孔容为0.35-0.45ml/g的小孔氧化铝。
4.根据权利要求1所述的一种稻草生物质炭基复合肥的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）和步骤（2）之间还包括步骤（1’）：将稻草生物质炭与活化剂混合，在惰性气氛中升温至活化温度进行活化处理，然后冷却至室温，对产物进行酸洗，再水洗至中性后干燥；所述活化剂为碳酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、醋酸钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵和醋酸铵中的至少一种；所述生物质炭与所述活化剂的重量比为100:1-5；所用惰性气氛为氮气，流量为100-500mL/min；升温速率为4-8℃/min；活化温度为300-500℃；活化处理保温时间为1-3h；酸洗所用的酸为稀盐酸。
5.根据权利要求1所述的一种稻草生物质炭基复合肥的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，熔融的温度为125-128℃；所述步骤（3）中，筛选后的粒料的粒径为1-4.75mm；所述步骤（4）中，包装净重≥25Kg，且≤50Kg。
6.根据权利要求1所述的一种稻草生物质炭基复合肥的制备方法，其特征在于：所述复合肥还包括如下重量份的原料：十二烷基苯磺酸钠0.1-0.5份、二甲基亚砜0.5-1.5份、木质素6-10份、壳聚糖1-5份、硼砂3-7份、氯化锌0.4-0.8份、钼酸钠0.01-0.05份、硫酸锰0.04-0.08份、硫酸亚铁6-10份、腐植酸10-14份、草木灰2-6份、风化煤3-7份、膨润土1-5份。
7.根据权利要求1所述的一种稻草生物质炭基复合肥的制备方法，其特征在于：所述氮肥是由氯化铵和硫酸铵以重量比1:0.5-1.5组成的混合物；所述磷肥是由磷酸一铵和磷酸二铵以重量比1.2-1.8:1组成的混合；所述钾肥是由硫酸钾、氯化钾以重量比1:2-3组成的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种稻草生物质炭基复合肥的制备方法，其特征在于：所述增效剂包括如下重量份的原料：双氰胺4-8份、脒基硫脲5-9份、氢醌1-5份、硼酸钠10-14份、硫酸锌12-16份、草酸6-10份、沸石3-7份、氧化镁1-5份、腐植酸铵2-6份。
9.根据权利要求1所述的一种稻草生物质炭基复合肥的制备方法，其特征在于：所述微生物菌种包括如下重量份的原料：放线菌10-20份、固氮细菌20-30份、磷细菌6-10份、硅酸盐类解钾细菌5-15份和酵母20-40份；所述保水防渗剂是由800-1200万分子量的阴离子型聚丙烯酰胺和100-500万分子量的聚丙烯酸钾以重量比1：0.8-1.2组成的混合物。
10.一种稻草生物质炭基复合肥，其特征在于：所述稻草生物质炭基复合肥根据权利要求1-9任一项所述的制备方法制得。
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2015
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