CN104973931A - 一种高效生物质炭包膜肥料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效生物质炭包膜肥料及其制备方法，由以下重量份原料制成：核桃壳20~35、甘蔗渣8~15、毛竹12~20、尿素20~26、1mol/L稀盐酸溶液80~100、腐殖酸铵10~15、硫酸钾20~30、硫酸亚铁5~10、磷酸氢钙18~25、粘土6~10、氯化锌6~10、粘结剂4~5和适量水；将富含木质素的核桃壳及甘蔗渣等研磨成适当粒度大小的颗粒，然后高温密封炭化得到多孔的活性炭成分，与聚乙烯醇配合制成的肥料缓释包膜剂，具有优秀的缓释效果，同时得到的颗粒活性炭成分颗粒较大，孔隙较密集，结构严实，不易破损，经久耐用，性价比更高，通过盐酸及时的洗涤，使孔隙及时疏导，效果更明显。

Description

一种高效生物质炭包膜肥料及其制备方法

技术领域

本发明属于肥料的工艺技术领域，具体涉及到一种高效生物质炭包膜肥料及其制备方法。

背景技术

缓释肥料不仅能提高肥料利用率，还能减少施肥对环境的负面影响，近年来引起了学者的广泛关注。当前包膜缓释肥料的研究主要集中在包膜材料的选择和研发上，有机高分子聚合物包膜缓释肥料可以减缓养分释放，提高肥料利用效率，已得到普遍的认同。

但其在生产过程中大都使用脂溶性物质，施用后容易对环境造成污染，加之价格昂贵等原因，限制了这类肥料的推广应用。因此，寻求环境友好、价格低廉、缓释效果好的膜材料成为该领域的研究热点。生物质炭具有高度的孔隙结构，可以增加土壤孔隙度及增强土壤保水能力，降低土壤体积质量，有利植物根系生长；同时含有大量植物所需的营养元素，促进土壤养分循环和植物生长；还具有较高的生物学稳定性，较强的抵抗微生物分解的能力，可以增强土壤的固碳作用，减少碳向大气的释放。如果将生物质炭作为膜材料制备包裹型缓释肥料，不仅能减缓肥料养分释放速度，提高肥料利用率，而且能带来良好的生态环境效益。因此，本文利用碳化稻壳为主要膜材料制备3种不同厚度的包裹型缓释肥料，重点探讨了生物质炭的厚度对包裹型缓释肥料的养分释放特性的影响，以期为我国环境友好型缓释肥料的研发和应用提供依据。

发明内容

一种高效生物质炭包膜肥料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：核桃壳20～35、甘蔗渣8～15、毛竹12～20、尿素20～26、1mol/L稀盐酸溶液80～100、腐殖酸铵10～15、硫酸钾20～30、硫酸亚铁5～10、磷酸氢钙18～25、粘土6～10、氯化锌6～10、粘结剂4～5和适量的水；

所述粘结剂由以下重量份的原料制成：聚乙烯醇10～15、石灰石粉3～5、煤焦油4～7、碳酸氢钠1～2、甲壳素2～4、十二烷基苯磺酸钠1～2.5、磷酸三丁酯0.5～1、乙醇6～10和水50；制备方法是在反应釜中，将乙醇与水混合稀释，然后加入煤焦油、十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和磷酸三丁酯，加热至70～80℃，恒 温以350～600r/min转速搅拌30～40min，保温状态下静置20min后至泡沫消失，最后兑入聚乙烯醇、石灰石粉和甲壳素，在60～75℃条件下搅拌至均匀的乳剂即得。

一种高效生物质炭包膜肥料的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

(1)混合核桃壳、甘蔗渣及毛竹，先初步粉碎，然后加水至没过总物料10～20cm，浸泡振荡8～10h，球磨20～30min成匀浆，离心得下层沉淀，烘干得粉剂

(2)将(1)所述的粉剂在密封条件下放入炭化炉中，温度600～800℃进行加热炭化6～10h，冷却至室温后得炭化产物，用1mol/L稀盐酸溶液浸泡洗涤2～3遍后烘干水分；

(3)混合腐殖酸铵、硫酸钾、硫酸亚铁、磷酸氢钙、氯化锌及其它以下未涉及的剩余成分，粉碎至过40目筛，加入粘土，适量加水调整含水量至40％，制成3～4mm粒径的颗粒；

(4)将粘结剂加入至(2)的最终炭化产物中，加水调制成含水量70～80％均匀的糊，然后将(3)所述的颗粒放入包膜机中预热到80～90℃，向颗粒上间隔喷洒糊料，反复2～3次，最后通热风烘干即可。

本发明采用炭化稻壳的粗制活性炭成分配合粘结剂制成的外包膜成分包膜尿素，然后探究包膜尿素在土壤中的释放情况。

供试土壤为褐土，尿素采用大颗粒的直径为3.0～4.0mm氮含量为46.2％，粘结剂为浓度5.0％的聚乙烯醇水溶液。

包膜设备是转鼓式糖衣包膜剂，高压喷漆枪。步骤是称取1.0kg粒径均匀的颗粒尿素倒入转动的转股中，加热到40℃左右，按照每千克肥料50ml粘结剂的用量，向颗粒尿素上喷洒粘结剂，将一定量的炭化稻壳加入到转鼓中，同时喷洒粘结剂，使物料滚动成粒，反复几次，直到包裹完毕。最终得到包裹材料用量占被包裹肥料重量的10％、15％、20％的比例，共制备3种包裹型缓释肥料，分别表示为SRF10、SRF15、SRF20。

采用200目的塑料滤布对内径4.72cm、高15.24的PVC管封底做成淋洗柱，以土壤为淋洗介质，肥料用量按N 0.6g/kg风干土的比例添加自行研制的包裹型缓释肥料；同时设置对照(施用未经包裹的尿素，CK表示)和空白共5个处理， 每一处理重复3次。有肥料混入的土柱在填装时先装入50g未混入肥料的风干土，余下的风干土与试验肥料充分混匀后再装入PVC管内，其上铺少许石英砂。

土柱制成后用100ml蒸馏水缓慢而多次地滴加土柱使土壤充分润湿，但不至过量的水自土柱渗出，静置24h后开始第一次淋洗。淋洗加水时将装有100ml蒸馏水的容量瓶倒置于土壤表面，使土柱上形成厚约1.0cm的水层，保证淋洗水头恒定。用三角瓶接收淋洗液，每次淋洗结束后用刺有小孔的塑料薄膜封土柱口，并放在30℃培养箱中培养。每隔3天后取出土柱，进行下一次淋洗，共淋洗8次，淋洗液用定氮仪(FOSS Kjeltec TM 8100)测定全氮含量。

包裹型缓释肥料的养分释放过程可以用Logistic曲线来描述，该曲线的表达式如式(l)。y＝k/1+e^a-Rt，y为氮素累积释放率，k为氮素最大累积释放量(一般取k＝l00％)，a和R为常数，t为淋洗时间(天)。包裹型缓释肥料及对照处理的氮素累积释放率为各施肥处理的全氮累积释放量与未施肥处理的全氮累积释放量之差占各施肥处理氮素总量的百分比，结果见图1。

从图1可以看出，CK肥料在前3天就有50％的养分释放，在第10天时释放了约90％的养分。这一累积氮素释放量随时间变化过程可以用下式表达：y＝ke^b/t(k>0，b<0)

(2)式中，k为肥料最大氮素累积释放量；b为释放速度常数。用(2)式对未包裹尿素的累积氮素释放量进行数值拟合结果为：y＝0.91165e^-0.9633/t，该式的相关系数为0.95，达到了P<0.01显著相关水平。

3种包裹型缓释肥料与CK肥料相比，氮素累积释放过程比较平缓，且在培养第30天左右养分累积释放量约为80％，说明该包裹型缓释肥料可适用于生育期较短作物的营养需求。

用Logistic曲线能很好地描述包裹型缓释肥料氮素释放的规律，为2.2缓释肥料氮素释放速率特征对图1所示包裹型缓释肥料及CK的氮素累积释放量拟合方程求导即是氮素释放速率曲线，结果见图2。SRF20初期释放率明显小于其他两种肥料，即肥料包裹层越厚，肥料在第一天的氮素释放率越小，说明包裹层颗粒与颗粒之间可视为孔状物质，水分子通过这些孔洞散至肥料核心，包裹层厚度增加，水分进入肥心时间长，导致SRF20释放氮素时间滞后造成初期氮素释放率最低。SRF10、SRF15、SRF20氮素每天释放速率最大值分别为1.95％、 1.96％、1.95％，分别出现在淋洗开始后的第8、12和18天。3种肥料释放速率最大值差异不明显，但是出现最大值的时间随着包裹层厚度增加而明显延长。

恒温室内土柱淋洗模拟试验结果表明，利用生物质炭(碳化稻壳)为包裹材料，5.0％的聚乙烯醇水溶液制备的粘结剂配合生物质炭制成的包膜剂包裹缓释肥料是可行的，养分释放速度随着包裹层增厚而变小，同时可根据不同农作物的养分需求选择适当的包裹厚度。

本发明的有益效果：利用富含木质素的核桃壳及甘蔗渣等，通过研磨机调整磨制成适当粒度大小的颗粒，然后高温密封炭化得到多孔的活性炭成分，与聚乙烯醇配合制成的肥料缓释包膜剂，经试验证实具有优秀的缓释效果，同时得到的颗粒活性炭成分颗粒较大，孔隙较密集，结构严实，不易破损，较普通的活性炭成分更加经久耐用，性价比更高，通过盐酸及时的洗涤，使孔隙及时疏导，效果更明显。

附图说明

图1为包裹型缓释肥料氮素累积释放率(量)随时间的变化曲线；

图2为包裹型缓释肥料的氮素释放速率随时间的变化曲线；

具体实施方式

实施例1：

一种高效生物质炭包膜肥料，其特征在于，由以下重量份(kg)的原料制成：核桃壳25、甘蔗渣10、毛竹15、尿素22、1mol/L稀盐酸溶液100、腐殖酸铵10、硫酸钾20、硫酸亚铁6、磷酸氢钙25、粘土10、氯化锌8、粘结剂4和适量的水；

所述粘结剂由以下重量份的原料制成：聚乙烯醇14、石灰石粉3、煤焦油6、碳酸氢钠1、甲壳素2、十二烷基苯磺酸钠2、磷酸三丁酯0.5、乙醇8和水50；制备方法是在反应釜中，将乙醇与水混合稀释，然后加入煤焦油、十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和磷酸三丁酯，加热至70～80℃，恒温以350～600r/min转速搅拌30～40min，保温状态下静置20min后至泡沫消失，最后兑入聚乙烯醇、石灰石粉和甲壳素，在60～75℃条件下搅拌至均匀的乳剂即得。

一种高效生物质炭包膜肥料的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

(1)混合核桃壳、甘蔗渣及毛竹，先初步粉碎，然后加水至没过总物料 10～20cm，浸泡振荡8～10h，球磨20～30min成匀浆，离心得下层沉淀，烘干得粉剂

(2)将(1)所述的粉剂在密封条件下放入炭化炉中，温度600～800℃进行加热炭化6～10h，冷却至室温后得炭化产物，用1mol/L稀盐酸溶液浸泡洗涤2～3遍后烘干水分；

(3)混合腐殖酸铵、硫酸钾、硫酸亚铁、磷酸氢钙、氯化锌及其它以下未涉及的剩余成分，粉碎至过40目筛，加入粘土，适量加水调整含水量至40％，制成3～4mm粒径的颗粒；

(4)将粘结剂加入至(2)的最终炭化产物中，加水调制成含水量70～80％均匀的糊，然后将(3)所述的颗粒放入包膜机中预热到80～90℃，向颗粒上间隔喷洒糊料，反复2～3次，最后通热风烘干即可。

将本发明的高效生物质炭包膜肥料用于种植普通农作物实验，选择5亩种植基地，施用本发明的肥料，作为实验组，对照组的5亩基地按常规种植要求施常规肥料，其它条件相同，实验证明，在使用相同量肥料的情况下，实验组种植的农作物，其秸秆和枝叶更加粗壮，长势明显优于对照组，产量明显提升，同时节省劳力，保护环境，经济较往年提高19.3％。

Claims (2)

1.一种高效生物质炭包膜肥料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：核桃壳20~35、甘蔗渣8~15、毛竹12~20、尿素20~26、1mol/L稀盐酸溶液80~100、腐殖酸铵10~15、硫酸钾20~30、硫酸亚铁5~10、磷酸氢钙18~25、粘土6~10、氯化锌6~10、粘结剂4~5和适量的水；

所述粘结剂由以下重量份的原料制成：聚乙烯醇10~15、石灰石粉3~5、煤焦油4~7、碳酸氢钠1~2、甲壳素2~4、十二烷基苯磺酸钠1~2.5、磷酸三丁酯0.5~1、乙醇6~10和水50；制备方法是在反应釜中，将乙醇与水混合稀释，然后加入煤焦油、十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和磷酸三丁酯，加热至70~80℃，恒温以350~600r/min转速搅拌30~40min，保温状态下静置20min后至泡沫消失，最后兑入聚乙烯醇、石灰石粉和甲壳素，在60~75℃条件下搅拌至均匀的乳剂即得。

2.根据权利要求1所述一种高效生物质炭包膜肥料的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

（1）混合核桃壳、甘蔗渣及毛竹，先初步粉碎，然后加水至没过总物料10~20cm，浸泡振荡8~10h，球磨20~30min成匀浆，离心得下层沉淀，烘干得粉剂

（2）将（1）所述的粉剂在密封条件下放入炭化炉中，温度 600~800℃进行加热炭化6~10h，冷却至室温后得炭化产物，用1mol/L稀盐酸溶液浸泡洗涤2~3遍后烘干水分；

（3）混合腐殖酸铵、硫酸钾、硫酸亚铁、磷酸氢钙、氯化锌及其它以下未涉及的剩余成分，粉碎至过40目筛，加入粘土，适量加水调整含水量至40％，制成3~4mm粒径的颗粒；

（4）将粘结剂加入至（2）的最终炭化产物中，加水调制成含水量70~80％均匀的糊，然后将（3）所述的颗粒放入包膜机中预热到80~90℃，向颗粒上间隔喷洒糊料，反复2~3次，最后通热风烘干即可。