CN105367141A - 一种以农业废弃物为原料制备有机碳肥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以农业废弃物为原料制备有机碳肥的方法，包括以下步骤：(1)原料预处理：将农业废弃物粉碎，加入水调拌；(2)加入酸进行消解反应；(3)离心分离或者沉降分离，取上清液，所述农业废弃物为秸秆，所述秸秆为玉米杆、小麦杆、水稻杆、甘蔗杆、棉花杆或者农作物收获籽实后剩余的部分，所述酸为硫酸、销酸、高氯酸、次高氯酸或者双氧水中的一种或两种以上混合，所述消解反应的温度为80～180℃,时间为1～30min，农业废弃物与酸的质量比为100:(1～9)。本发明方法简单快捷，能耗小且获得的有机碳肥是小分子有机碳，容易被作物吸收利用。

Description

一种以农业废弃物为原料制备有机碳肥的方法

技术领域

本发明涉及肥料技术领域，具体涉及一种以农业废弃物为原料制备有机碳肥的方法。

背景技术

农业是国民经济发展的支柱之一，化肥是农业可持续发展的物质基础、粮食增产的保障。随着建设用地逐渐扩展，在可耕地相对短缺的情况下，通过施肥提高土壤肥力是持续利用土地和发展农业的重要保证。有文献报道，目前我国氮肥利用率仅为20～50％、磷肥为15～25％、钾肥为30～35％。肥料利用率低不权造成巨大的资源浪费，同时也使得土壤质量下降，而且污染地表水、地下水和大气环境，使人类的生活质量和生存环境受到严重的威胁。

平衡施肥是作物高产优质的重要技术，碳是名列前位的营养元素，是最基本的大量元素。随着化肥施用量不断增大，“碳短板”愈发突出，引起作物低产、劣质、抗逆性降低等问题。如果作物依靠自然状态的二氧化碳做为营养供给，这种补碳方式公能满足其需求的五分之一，作物长期处于“碳饥饿”状态中。通过有机碳肥来补碳，可以有效地消除“碳饥饿”而实现碳平衡。

有机碳肥按化学类型大致可分为三类：有机酸类，如乙酸、丙酸、氨基酸；糖类，如单糖、双糖、多糖；醇类，如乙醇、丙醇等。而目前肥料行业并未能充分开发有机碳肥，尤其是无氮类有机碳(酸、醇等)肥，主要表现了目前的有机碳肥都是大分子的有机化合物，难以被作物吸收利用。

我国是世界上最大的农业生产国，每年大约生产各类稻秆6亿吨，其中以玉米稻秆、小麦稻杆及稻草稻杆为主，约占总量的70％以上。秸秆中储存了一半以上的作物光合作用产物，富含有机物和氮磷钾等。在这些材料中，有部分被畜牧业转化利用，有部分被用做工业原料，还有很大一部分为了省时省力被农民焚烧。秸秆燃烧会使得空气中烟尘、颗粒物和其他污染物的浓度急剧增加，空气质量迅速下降，不利于人体的健康，还会降低大气能见度，妨碍交通。因此，将秸秆焚烧不仅造成资源浪费，而且造成严重的环境污染。

秸秆作为植物残体是农业废弃物的一部分，可以做为各个行业的能源物质。目前，上还田方面，有出现过使用高温高压爆碎的工艺制备秸秆肥，也有利用生物发酵技术来制备秸秆肥。以上方面虽然能够回收利用秸秆，但是获得的肥料为大分子有机物，难以被作物吸收利用，而且高温高压对设备要求高，能耗大，生物发酵则耗时长。

综上，利用秸秆制备小分子有机碳肥，以提高作物的吸收利用率是当务之急。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种以农业废弃物为原料制备有机碳肥的方法，该方法简单快捷，能耗小且获得的有机碳肥是小分子有机碳，容易被作物吸收利用。

本发明为了实现上述目的，本发明提供了一种以农业废弃物为原料制备有机碳肥的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)原料预处理：将农业废弃物粉碎，加入水调拌；

(2)加入含酸液体进行消解反应；

(3)离心分离或者沉降分离，取上清液。

优选地，所述农业废弃物为秸秆，所述秸秆为玉米杆、小麦杆、水稻杆、甘蔗杆、棉花杆或者农作物收获籽实后剩余的部分。

优选地，所述含酸液体为硫酸、销酸、高氯酸、次高氯酸中的一种或两种以上混合或者是硫酸、销酸、高氯酸、次高氯酸中的一种或两种以上与双氧水的混合。

优选的，所述含酸液体为硝酸与高氯酸组合、硝酸与硫酸组合、硫酸与双氧水组合、或者硝酸与双氧水组合。

优选地，所述消解反应的温度为80～180℃，时间为1～30min，农业废弃物与含酸液体的质量比为100:(10～50)。消解反应的温度应控制在合适的范围内，温度过低反应后的固含量高，不能有效利用作物废弃物中的有机物，即纤维素得不到彻底的分解；如果温度过高导致反应产生葡萄糖等小分子有机化合物的分解。

优选地，含酸液体的溶质质量浓度为1～9％的酸溶液。

优选地，所述上清液浓缩至小分子有机化合物的含量为5～25％。

优选地，所述浓缩方式为蒸发浓缩。

进一步，本发明为克服背景技术中所述的技术缺陷，提供了一种有机碳肥，其特征在于，是以本发明所述的以农业废弃物为原料制备有机碳肥的方法制备得到的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明利用农业废弃物——秸秆为原料来制备有机碳肥，变废为宝，节约了资源。

2、本发明的制备方法对设备的要求低，能耗低。

3、本发明的制备方法获得的有机碳肥是小分子的有机碳肥，如乙酸、糠醛、葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等，这些小分子的有机碳容易被作物吸收利用，能够为作物提供构建植物体内各有机成分的必需成分——碳架，包括链状、环状的各类碳架，是植物合成糖类、蛋白质、氨基本以、酶、激素、信号传递物质等的基础物质，确保农作物健康生长，提高作物品质。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步详细说明，以便清楚理解本发明所要保护的技术方案。

实施例1

选用河南省商丘地区的玉米秸秆，其含有纤维素38.5％、半纤维素26.8％、木质素13.6％、灰分5.3％，其它15.8％。

选用深圳市鼎庆化工有限公司的硝酸。将90％硝酸配置成浓度为20％的硝酸溶液。

先将玉米秸秆用粉碎机粉碎成长度为2～5cm的小秸秆，放置在容量为500L的反应釜中加入水350L，在搅拌的条件下加入175kg粉碎后的秸秆。搅拌分散后加入35kg质量分数为4％的硝酸进行消解反应。加热反应温度达到150℃后，反应10min。将反应液放入储槽罐中降温，沉降，分离后取上清液，蒸发浓缩至有机碳小分子有机化合物含量为15％后，即得到含小分子有机碳的有机碳肥。

实施例2

选用河南省商丘地区的玉米秸秆，其含有纤维素38.5％、半纤维素26.8％、木质素13.6％、灰分5.3％，其它15.8％。

选用深圳市鼎庆化工有限公司的硝酸及双氧水。

先将玉米秸秆用粉碎机粉碎成长度为2～5cm的小秸秆，放置在容量为500L的反应釜中加入水350L，在搅拌的条件下加入175kg粉碎后的秸秆。搅拌分散后加入30kg质量分数为3％的硝酸和5kg质量分数为1％的双氧水进行消解反应。加热反应温度达到180℃后，反应5min。将反应液放入储槽罐中降温，沉降，分离后取上清液，蒸发浓缩至有机碳小分子有机化合物含量为5％后，即得到含小分子有机碳的有机碳肥。

实施例3

选用河南省商丘地区的玉米秸秆，其含有纤维素38.5％、半纤维素26.8％、木质素13.6％、灰分5.3％，其它15.8％。

选用深圳市鼎庆化工有限公司的硝酸及高氯酸。

先将玉米秸秆用粉碎机粉碎成长度为2～5cm的小秸秆，放置在容量为500L的反应釜中加入水350L，在搅拌的条件下加入175kg粉碎后的秸秆。搅拌分散后加入20kg质量分数为6％的硝酸和15kg质量分数为3％的高氯酸进行消解反应。加热反应温度达到80℃后，反应30min。将反应液放入储槽罐中降温，沉降，分离后取上清液，蒸发浓缩至有机碳小分子有机化合物含量为25％后，即得到含小分子有机碳的有机碳肥。

对比实施例1

调整实施例1中硝酸用量为5kg，其他条件相同，得到含小分子有机碳的有机碳肥。

对比实施例2

调整实施例1中硝酸用量为60kg，其他条件相同，得到含小分子有机碳的有机碳肥。

对比实施例3

调整实施例1中反应温度为70℃，其他条件相同，得到含小分子有机碳的有机碳肥。

对比实施例4

调整实施例1中反应温度为190℃，其他条件相同，得到含小分子有机碳的有机碳肥。

应用效果实施例

将实施例1-3的有机碳肥和对比实施例1-4的有机碳肥于玉米苗期施用50kg/亩，常规玉米秸秆发酵生产的有机肥施用量取决于其有机质含量。应用中要求具有与实施例1-3的有机碳肥相同的有机质质量的施用量，施用于玉米田的土壤，所有应用试验仅肥的种类不用，常规玉米秸秆发酵生产的有机肥施用量稍有不同，其余条件均相同。

实施效果结果见表1。

表1：实施效果结果

肥料品种	试验处理	产量/kg/亩
			实施例1	根施有机碳肥	741.38
实施例2	根施有机碳肥	728.50
			实施例3	根施有机碳肥	732.76
对比实施例1	根施有机碳肥	711.38
			对比实施例2	根施有机碳肥	713.50

对比实施例3	根施有机碳肥	702.76
			对比实施例4	根施有机碳肥	692.76
对照组1	常规有机肥(玉米秸秆)	686.49
			对照组2	常规有机肥(玉米秸秆)	678.32

采用本发明的方法生产的有机碳肥能够获得的农作物生长促进和营养吸收等方面具有良好的效果，其直接体现在增长上说明工艺条件中含酸溶液用量和反应温度都是至关重要的。同时也说明本发明针对秸秆用含酸溶液消解的工艺是可行的，从对比实施例1-4也能够看得出来。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种以农业废弃物为原料制备有机碳肥的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)原料预处理：将农业废弃物粉碎，加入水调拌；

(2)加入含酸液体进行消解反应；

(3)离心分离或者沉降分离，取上清液。

2.如权利要求1所述的以农业废弃物为原料制备有机碳肥的方法，其特征在于：所述农业废弃物为秸秆，所述秸秆为玉米杆、小麦杆、水稻杆、甘蔗杆、棉花杆或者农作物收获籽实后剩余的部分。

3.如权利要求1所述的以农业废弃物为原料制备有机碳肥的方法，其特征在于：所述含酸液体为硫酸、销酸、高氯酸、次高氯酸中的一种或两种以上混合或者是硫酸、销酸、高氯酸、次高氯酸中的一种或两种以上与双氧水的混合。

4.如权利要求3所述的以农业废弃物为原料制备有机碳肥的方法，其特征在于：所述含酸液体为硝酸与高氯酸组合、硝酸与硫酸组合、硫酸与双氧水组合、或者硝酸与双氧水组合。

5.如权利要求1-4任一项所述的以农业废弃物为原料制备有机碳肥的方法，其特征在于：所述消解反应的温度为80～180℃，时间为1～30min，农业废弃物与含酸液体的质量比为100:(10～50)。

6.如权利要求5所述的以农业废弃物为原料制备有机碳肥的方法，其特征在于含酸液体的溶质质量浓度为1～9％的酸溶液。

7.如权利要求1所述的以农业废弃物为原料制备有机碳肥的方法，其特征在于：所述上清液浓缩至小分子有机化合物的含量为5～25％。

8.如权利要求5所述的以农业废弃物为原料制备有机碳肥的方法，其特征在于：所述浓缩方式为蒸发浓缩。

9.一种有机碳肥，其特征在于，是以权利要求1-8任一项所述的以农业废弃物为原料制备有机碳肥的方法制备得到的。