CN105152741A - 一种土壤防护型生物质炭吸附肥料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤防护型生物质炭吸附肥料及其制备方法，由以下重量份的原料制成：凹凸棒粉、玉米秸秆、浓磷酸、乙醇、高锰酸钾、尿素、防臭剂、土壤有益微生物菌种剂、石英砂、粘结剂和适量的水；其效果作用更持久，特别加入石英砂和凹凸棒粉，有效改善土壤结构，同时制备的生物质颗粒是未经完全炭化的半成品，保留内部含有结构特点的木质素成分，使颗粒秸秆稳定。

Description

一种土壤防护型生物质炭吸附肥料及其制备方法

技术领域

本发明属于肥料的工艺技术领域，具体涉及到一种土壤防护型生物质炭吸附肥料及其制备方法。

背景技术

秸秆组成主要是纤维素、半纤维素、木质素、总糖、蛋白质、脂肪和矿物质组成，现阶段对于秸秆的利用主要有沼气利用，燃料成型、生物乙醇、生物质热裂解、生物柴油等；

常见的木质素预处理方法有求魔法、稀硫酸法、氨水预处理、石灰预处理、热水预处理、蒸汽爆破法和生物预处理方法等，其中，机械球磨法对化学组成基本没有影响，但可以有效减小颗粒尺寸以及降低木质纤维素结晶度和聚合度，从而促进木质素纤维素的酶降解。稀硫酸处理主要通过水解半纤维素，破坏半纤维素木质素之间的化学键，达到增大酶可及表面积的效果，同时还可以减小纤维素的平均聚合度，酸预处理方法对木质素脱除及结晶度破坏效果不明显并且容易产生微生物发酵抑制物，增加了后续处理的难度，此外，烯酸对预处理装置的复制性也是制约其工业化的重要因素之一。碱处理的方法，如氨水浸泡处理，处理条件温和，不易产生抑制物，在一定条件下可有效脱除木质素，并伴有少量半纤维素发生水解，内表面积增加。蒸汽爆破法与氨气爆破法是纤维素发生机械断裂的同时破坏纤维素内部的氢键，亦可有效去除半纤维素和部分木质素并破坏木质素结构。蒸汽爆破法对设备要求较高设备投入大，制约了规模化应用。生物法则主要采用白腐真菌或木质素降解酶等降解原料中的木质素，提高纤维素的酶解效率，生物法处理条件最为温和，且过程绿色，但预处理时间过长，目前还难以与化学处理方法相媲美。

发明内容

为了提高肥料的利用率，降低肥料的流失，保护环境，本发明在普通特色肥料加工的基础上添加一种炭化秸秆的添加成分，对肥料养分的释放和土壤保护都起到关键性的作用，具体操作方法如下：

一种土壤防护型生物质炭吸附肥料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：凹凸棒粉20~30、玉米秸秆70~80、浓磷酸50~60、乙醇60~70、高锰酸钾45~60、尿素50~60、防臭剂3~5、土壤有益微生物菌种剂6~8、石英砂10~15、粘结剂10~12和适量的水；

所述粘结剂由以下重量份的原料制成：六亚甲基四胺2~4、蓖麻油3~6、氧化铝微粉4~5、聚氧乙烯醚12~16、木粉0.5~1、松香粉末5~8、酒精12~15和水60；制备方法是将松香粉末加入至盛有酒精的反应釜中，加入总量1/3的水，加热至80~100℃，然后保温搅拌20~30min至松香粉末完全溶解，然后保持反应釜条件不变，依次加入聚氧乙烯醚、蓖麻油和剩余的水，待前述原料完全溶解过后加入六亚甲基四胺、氧化铝微粉和木粉，保温搅拌30~40min至均匀的乳剂，保温备用。

一种土壤防护型生物质炭吸附肥料的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

（1）将玉米秸秆先初步粉碎，然后与4~5倍其重量份的水混合，浸泡吸水6~8h，放入球磨机球磨40~50min至匀浆，过滤掉多余水分，加入浓磷酸，在常温常压下浸泡水解4~4.5h，完成后过滤掉浓磷酸，加入乙醇溶剂后搅拌发散，最后离心得下层沉淀，烘干得粉剂；

（2）将粘结剂加入至（1）所述的粉剂中，适量加水调制成糊状，静置2~3h固化，然后粉碎成粒径2~4mm的颗粒，放入炭化炉，在无氧，600~700℃条件下密闭炭化3~5h，完成后过清水漂洗2~3遍，烘干备用；

（3）混合防臭剂和土壤有益微生物菌种剂，加4~5倍其重量份的水稀释，然后加入（2）所述的炭化颗粒拌匀，静置2~3h后备用；

（4）混合高锰酸钾、尿素、石英砂、凹凸棒粉及其它剩余成分，加水至含水量20~25％，然后加入（3）所得炭化颗粒，搅拌均匀后喷浆造粒呈粒状即可。

本发明研究木质纤维素的顽抗特性，包括物理特性和化学特性对纤维素酶降解糖化的影响，实验结果表明纤维素溶剂—有机溶剂组合预处理方法，采用浓磷酸作为纤维素溶剂，乙醇作为有机溶剂，在温和50℃、常压条件下处理木质纤维素原料，高浓度磷酸﹥83％显著破坏了木质纤维素的结晶度，然后经过后续的乙醇溶剂浸泡处理，更是完全分离木质素、水溶性半纤维素和水解糖，得到无定型的木质素颗粒成分和软化泥状的纤维素成分，最后离心取下层沉淀部分可得到较纯净木质素，在4h之内可达到80％的水解率。纤维素溶剂—有机溶剂组合预处理方法最显著的优势在于破坏了木质纤维素的结晶温度，获得了无定型的底物，与常规方法相比，得到的木质素纯度更高，效果明显，操作方便，无公害。

了解到生物质炭化的主要成分来源为干枯植物的木质化部分，通过适宜的木质素与纤维素的脱分离技术可以有效提取较为纯净的木质素部分，再利用生物炭化技术将颗粒状木质素颗粒炭化为具有一定吸附作用的活性炭。

由于颗粒分离出的木质素颗粒较小，分散太过松散，随肥料进入土壤后，容易随水流的作用渗透到地表深层，无法长时间提供一个吸附缓释的功效，如何让生物质炭颗粒长时间停留在地表及作物的根系附近是本发明研究的重点，我们利用颗粒状的秸秆颗粒进行炭化的时间控制，使秸秆颗粒未完全炭化就使用，事实证明效果更加出色，控制时间使秸秆颗粒只炭化颗粒的表面部分，约40~50％，然后利用粘结剂粘结未完全炭化的秸秆颗粒，最后粉碎成目标大小，以密集的炭化秸秆颗粒整体作为肥料的添加剂一同制备肥料，不易渗透至地表深层，颗粒状的颗粒有利于提高土壤通气性，沙质化土层，促进作物根系的呼吸作用，同时炭化属于不完全炭化，未炭化部分随时间降解的过程可提供丰富的有机质，供作物吸收。

粘结剂是利用了聚氧乙烯醚的热塑性水溶性树脂为本体原料，先加入蓖麻油乳化发散在溶液中，聚氧乙烯醚本身具有表面活性剂的特性，所以不用加入任何的表面活性物质，然后依次加入氧化铝微粉提高树脂溶液成型的骨架和加强成型使树脂强度提高的木粉，六亚甲基四胺的加入可以加快树脂溶液冷却后凝固的速度，加入的松香和木粉属于天然有机成分，前期配合加强粘性之外，粘结完秸秆颗粒过后炭化的过程会存在部分炭化和溶解流失的状况，残留疏松崎岖的表面，更加有利于秸秆颗粒的吸附作用。

本发明的有益效果：本发明通过团粒型生物质炭的作用特点，将土壤中易于受环境改变因素的土壤微生物菌剂和防臭剂先进行炭化秸秆的吸附作用，很好的保护了其受环境影响的损失，使其效果作用更持久，特别加入石英砂和凹凸棒粉，有效改善土壤结构，同时制备的生物质颗粒是未经完全炭化的半成品，保留内部含有结构特点的木质素成分，使颗粒秸秆稳定，在土壤中保留时间更长久，分解时产生的生物质有机酸等都有利于土壤的富饶化。

具体实施方式

实施例1：

一种土壤防护型生物质炭吸附肥料，其特征在于，由以下重量份（Kg）的原料制成：凹凸棒粉25、玉米秸秆70、浓磷酸60、乙醇60、高锰酸钾45、尿素50、防臭剂4、土壤有益微生物菌种剂8、石英砂12、粘结剂12和适量的水；

所述粘结剂由以下重量份的原料制成：六亚甲基四胺3、蓖麻油6、氧化铝微粉4、聚氧乙烯醚12、木粉0.5、松香粉末6、酒精12和水60；制备方法是将松香粉末加入至盛有酒精的反应釜中，加入总量1/3的水，加热至80~100℃，然后保温搅拌20~30min至松香粉末完全溶解，然后保持反应釜条件不变，依次加入聚氧乙烯醚、蓖麻油和剩余的水，待前述原料完全溶解过后加入六亚甲基四胺、氧化铝微粉和木粉，保温搅拌30~40min至均匀的乳剂，保温备用。

一种土壤防护型生物质炭吸附肥料的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

（1）将玉米秸秆先初步粉碎，然后与4~5倍其重量份的水混合，浸泡吸水6~8h，放入球磨机球磨40~50min至匀浆，过滤掉多余水分，加入浓磷酸，在常温常压下浸泡水解4~4.5h，完成后过滤掉浓磷酸，加入乙醇溶剂后搅拌发散，最后离心得下层沉淀，烘干得粉剂；

（2）将粘结剂加入至（1）所述的粉剂中，适量加水调制成糊状，静置2~3h固化，然后粉碎成粒径2~4mm的颗粒，放入炭化炉，在无氧，600~700℃条件下密闭炭化3~5h，完成后过清水漂洗2~3遍，烘干备用；

（3）混合防臭剂和土壤有益微生物菌种剂，加4~5倍其重量份的水稀释，然后加入（2）所述的炭化颗粒拌匀，静置2~3h后备用；

（4）混合高锰酸钾、尿素、石英砂、凹凸棒粉及其它剩余成分，加水至含水量20~25％，然后加入（3）所得炭化颗粒，搅拌均匀后喷浆造粒呈粒状即可。

将本发明的一种土壤防护型生物质炭吸附肥料的制备方法用于种植桃树的肥料，选择5亩桃树田作为实验组，使用本发明的肥料为主要肥料，对照组的5亩桃树使用常规肥料，其他养护条件及病虫害的防治均相同，结果表明实验组的桃树，可以大大减少肥料使用量，有效保护土壤结构，土壤有机质含量丰富，受污染程度极低，平均经济提高22.5％。

Claims (2)

1.一种土壤防护型生物质炭吸附肥料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：凹凸棒粉20~30、玉米秸秆70~80、浓磷酸50~60、乙醇60~70、高锰酸钾45~60、尿素50~60、防臭剂3~5、土壤有益微生物菌种剂6~8、石英砂10~15、粘结剂10~12和适量的水；

所述粘结剂由以下重量份的原料制成：六亚甲基四胺2~4、蓖麻油3~6、氧化铝微粉4~5、聚氧乙烯醚12~16、木粉0.5~1、松香粉末5~8、酒精12~15和水60；制备方法是将松香粉末加入至盛有酒精的反应釜中，加入总量1/3的水，加热至80~100℃，然后保温搅拌20~30min至松香粉末完全溶解，然后保持反应釜条件不变，依次加入聚氧乙烯醚、蓖麻油和剩余的水，待前述原料完全溶解过后加入六亚甲基四胺、氧化铝微粉和木粉，保温搅拌30~40min至均匀的乳剂，保温备用。

2.根据权利要求1所述一种土壤防护型生物质炭吸附肥料的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

（1）将玉米秸秆先初步粉碎，然后与4~5倍其重量份的水混合，浸泡吸水6~8h，放入球磨机球磨40~50min至匀浆，过滤掉多余水分，加入浓磷酸，在常温常压下浸泡水解4~4.5h，完成后过滤掉浓磷酸，加入乙醇溶剂后搅拌发散，最后离心得下层沉淀，烘干得粉剂；

（2）将粘结剂加入至（1）所述的粉剂中，适量加水调制成糊状，静置2~3h固化，然后粉碎成粒径2~4mm的颗粒，放入炭化炉，在无氧，600~700℃条件下密闭炭化3~5h，完成后过清水漂洗2~3遍，烘干备用；

（3）混合防臭剂和土壤有益微生物菌种剂，加4~5倍其重量份的水稀释，然后加入（2）所述的炭化颗粒拌匀，静置2~3h后备用；

（4）混合高锰酸钾、尿素、石英砂、凹凸棒粉及其它剩余成分，加水至含水量20~25％，然后加入（3）所得炭化颗粒，搅拌均匀后喷浆造粒呈粒状即可。