CN105418273A - 水稻秸秆生物质炭基缓释肥的制备与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了水稻秸秆生物质炭基缓释肥的制备与应用，属于生物质炭基缓释肥制备技术领域。本发明将水稻秸秆切碎后通入氮气，通过热解生成秸秆生物炭，随后将得到的生物炭进行发酵、浓缩得浓缩液，之后将得到的浓缩液和各种微量元素混合，得混合物，最后通过制备粘稠薄膜液并和混合物混合后干燥，即可得到水稻秸秆生物质炭基缓释肥。使用时，只需均匀撒入田中，3～5天后，耕耘土壤，种植农作物即可。实例证明，本发明不仅利用水稻秸秆为原料，降低了成本，节约了资源，而且生产制得的水稻秸秆生物质炭基缓释肥环保、卫生，使用后不会使得肥料流失，最终使得农作物产量增长至90％以上，适合大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明公开了水稻秸秆生物质炭基缓释肥的制备与应用，属于生物质炭基缓释肥制备技术领域。
背景技术
水稻是中国主要粮食作物，而施肥是水稻栽培体系中重要的组成部分，对水稻产量的提高和稻米品质的改善起着重要的作用。传统施肥采用多次追施方式，不仅浪费劳动力，而且会因肥料流失造成环境污染和资源浪费等问题。
水稻是中国主要粮食作物，而施肥是水稻栽培体系中重要的组成部分，对水稻产量的提高和稻米品质的改善起着重要的作用。传统施肥采用多次追施方式，不仅浪费劳动力，而且会因肥料流失造成环境污染和资源浪费等问题。
生物炭是一种生物质低温限氧热解制备的高度芳香化含碳有机固体物。研究表明，生物炭施入上壤，可以延缓肥料在土壤中的养分释放，降低养分损失，提高肥料养分利用率，是一种新型肥料增效载体。
我国稻田秸秆生物质资源丰富，但主要采用露天简易焚烧方式进行处理处置，资源浪费和环境污染极其严重。如能将价廉易得的水稻秸秆生物质原料经适当加工制备成适用于作缓释肥料的炭基包膜材料，制备环境友好型缓释肥料，不仅可以有效解决水稻秸秆处置难题，使水稻秸秆废弃物资源得到高效利用，而且可以在实现作物稳产高产的情况下，显著减少化肥施用量，降低农田土壤N、P养分流失，有效遏制农田面源污染对水环境的影响。
因此，如果将水稻秸秆生物质炭与缓释肥生产技术相结合，探索一种新型炭基缓释肥，在农业生产、废弃物资源利用和环境保护等方向将大有前景。但国内，缓释肥研究尚处于起步阶段，应用水稻秸秆生物质低温热解制备的生物质炭研制炭基缓释肥产品及其在水稻生产中的应用未见相关报道。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对目前传统施肥过程中，会因肥料流失造成环境污染和资源浪费，另外水稻秸秆往往采用露天简易焚烧方式进行处理，不仅破坏环境，而且使得资源得不得有效利用的现状，提供了一种将水稻秸杆切碎后通入氮气，通过热解生成秸秆生物炭，随后将得到的生物炭进行发酵、浓缩得浓缩液，之后将得到的浓缩液和各种微量元素混合，得混合物，最后通过制备粘稠薄膜液并和混合物混合后干燥，即可得到水稻秸秆生物质炭基缓释肥的制备方法，使用时，只需均匀撒入田中，3～5天后，耕耘土壤，种植农作物即可。本发明不仅利用水稻秸秆为原料，降低了成本，节约了资源，而且生产制得的水稻秸秆生物质炭基缓释肥环保、卫生，使用后不会使得肥料流失，最终使得农作物产量得到增长，适合大规模推广应用。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
(1)取2～3kg农田水稻秸秆，人工剥去外壳后，放入清水中冲洗1～3次，去除表面残留的污物，随后将洗后的水稻秸秆反正在阳光下翻晒，其中每个2小时翻晒一次，使得秸秆含水量为10～15％；
(2)将上述翻晒后的农田水稻秸秆用铡草机均匀切碎，得到长度为6～8cm的碎秸秆，随后将得到的碎秸秆放入生物炭炭化炉中，待放置完毕，在生物炭炭化炉底部以4～5mL/min的速率通入氮气，5～6min后停止通入，热解1～3h，得秸秆生物炭；
(3)将上述得到的秸秆生物炭放入发酵罐中，向其中加入碎秸秆质量1～3倍的清水，20～25％的风味蛋白酶，以200～300r/min的转速搅拌均匀，密封发酵罐，控制温度为35～55℃，发酵5～8天，待发酵完毕，再提升发酵温度为38～58℃，发酵2～4天，得秸秆生物炭发酵液；
(4)将得到的秸秆生物炭发酵液放入高速离心机中，以1200～1300r/min的转速离心处理15～20min，去渣，得离心上清液，之后将得到的离心上清液中加入离心上清液质量2～3倍的乙醇，充分搅拌均匀，控制温度为55～65℃，回流提取6～8h，得提取液；
(5)将上述得到的提取液放入浓缩罐中，降低浓缩罐内压力为1000～1100Pa，减压浓缩至罐内液体体积为原有体积1/3时，停止浓缩，得生物炭秸秆浓缩液；
(6)按质量分数计，取7～12份钼酸铵、35～55份尿素、8～13份腐殖酸以及30～40份矿磷粉，充分混合均匀，再向其中加入45～65份上述制得的生物炭秸秆浓缩液，再次以200～300r/min的转速搅拌10～15min，得混合物，之后将得到的混合物放入干燥机中，在温度为100～120℃下，干燥处理30～45min，备用
(7)取15～20g壳聚糖，30～50g小麦淀粉与2L烧杯中，之后向烧杯中加入壳聚糖和小麦淀粉总质量1～2倍的聚乙烯醇，混合均匀，放入浓缩罐中，降低浓缩罐压力为1100～1150Pa，浓缩制成粘稠薄膜液；
(8)将上述步骤(6)制得的备用物质放入上述制成的粘稠薄膜液中，用玻璃杯充分搅拌均匀，过滤，留滤渣，放入干燥机中，在温度为105～110℃下干燥处理20～35min，即可得到水稻秸秆生物质炭基缓释肥。
本发明的应用方法是：将本发明制得的水稻秸秆生物质炭基缓释肥均匀撒入待施肥的土壤中，其中撒入量为每公顷400～500kg，施撒3～5天后，对土壤全部进行翻耕，种植上农作物，即可。不仅利用水稻秸秆为原料，降低了成本，节约了资源，而且生产制得的水稻秸秆生物质炭基缓释肥环保、卫生，使用后不会使得肥料流失，最终使得农作物产量增长至90％以上，适合大规模推广应用。
本发明的有益效果是：
(1)本发明利用农村水稻秸秆为原料制备缓释肥，降低了成本，节约了资源；
(2)本发明操作简单易行，制成的水稻秸秆生物质炭基缓释肥环保、卫生，适合大规模推广应用；
(3)本发明制得的水稻秸秆生物质炭基缓释肥在使用后不易流失，最终可以使得农作物产量增长至90％以上。
具体实施方式
首先取2～3kg农田水稻秸秆，人工剥去外壳后，放入清水中冲洗1～3次，去除表面残留的污物，随后将洗后的水稻秸秆反正在阳光下翻晒，其中每个2小时翻晒一次，使得秸秆含水量为10～15％；然后将上述翻晒后的农田水稻秸秆用铡草机均匀切碎，得到长度为6～8cm的碎秸秆，随后将得到的碎秸秆放入生物炭炭化炉中，待放置完毕，在生物炭炭化炉底部以4～5mL/min的速率通入氮气，5～6min后停止通入，热解1～3h，得秸秆生物炭；之后将上述得到的秸秆生物炭放入发酵罐中，向其中加入碎秸秆质量1～3倍的清水，20～25％的风味蛋白酶，以200～300r/min的转速搅拌均匀，密封发酵罐，控制温度为35～55℃，发酵5～8天，待发酵完毕，再提升发酵温度为38～58℃，发酵2～4天，得秸秆生物炭发酵液；再将得到的秸秆生物炭发酵液放入高速离心机中，以1200～1300r/min的转速离心处理15～20min，去渣，得离心上清液，之后将得到的离心上清液中加入离心上清液质量2～3倍的乙醇，充分搅拌均匀，控制温度为55～65℃，回流提取6～8h，得提取液；接下来将上述得到的提取液放入浓缩罐中，降低浓缩罐内压力为1000～1100Pa，减压浓缩至罐内液体体积为原有体积1/3时，停止浓缩，得生物炭秸秆浓缩液；按质量分数计，取7～12份钼酸铵、35～55份尿素、8～13份腐殖酸以及30～40份矿磷粉，充分混合均匀，再向其中加入45～65份上述制得的生物炭秸秆浓缩液，再次以200～300r/min的转速搅拌10～15min，得混合物，之后将得到的混合物放入干燥机中，在温度为100～120℃下，干燥处理30～45min，备用取15～20g壳聚糖，30～50g小麦淀粉与2L烧杯中，之后向烧杯中加入壳聚糖和小麦淀粉总质量1～2倍的聚乙烯醇，混合均匀，放入浓缩罐中，降低浓缩罐压力为1100～1150Pa，浓缩制成粘稠薄膜液；最后将上述制得的备用物质放入上述制成的粘稠薄膜液中，用玻璃杯充分搅拌均匀，过滤，留滤渣，放入干燥机中，在温度为105～110℃下干燥处理20～35min，即可得到水稻秸秆生物质炭基缓释肥。其中应用方法为：将上述制得的水稻秸秆生物质炭基缓释肥均匀撒入待施肥的土壤中，其中撒入量为每公顷施撒400～500kg，施撒3～5天后，对土壤全部进行翻耕，种植上农作物，即可。
实例1
首先取2kg农田水稻秸秆，人工剥去外壳后，放入清水中冲洗1次，去除表面残留的污物，随后将洗后的水稻秸秆反正在阳光下翻晒，其中每个2小时翻晒一次，使得秸秆含水量为10％；然后将上述翻晒后的农田水稻秸秆用铡草机均匀切碎，得到长度为6cm的碎秸秆，随后将得到的碎秸秆放入生物炭炭化炉中，待放置完毕，在生物炭炭化炉底部以4mL/min的速率通入氮气，5min后停止通入，热解1h，得秸秆生物炭；之后将上述得到的秸秆生物炭放入发酵罐中，向其中加入碎秸秆质量1倍的清水，20％的风味蛋白酶，以200r/min的转速搅拌均匀，密封发酵罐，控制温度为35℃，发酵5天，待发酵完毕，再提升发酵温度为38℃，发酵2天，得秸秆生物炭发酵液；再将得到的秸秆生物炭发酵液放入高速离心机中，以1200r/min的转速离心处理15min，去渣，得离心上清液，之后将得到的离心上清液中加入离心上清液质量2倍的乙醇，充分搅拌均匀，控制温度为55℃，回流提取6h，得提取液；接下来将上述得到的提取液放入浓缩罐中，降低浓缩罐内压力为1000Pa，减压浓缩至罐内液体体积为原有体积1/3时，停止浓缩，得生物炭秸秆浓缩液；按质量分数计，取7份钼酸铵、35份尿素、8份腐殖酸以及30份矿磷粉，充分混合均匀，再向其中加入45份上述制得的生物炭秸秆浓缩液，再次以200r/min的转速搅拌10min，得混合物，之后将得到的混合物放入干燥机中，在温度为100℃下，干燥处理30min，备用取15g壳聚糖，30g小麦淀粉与2L烧杯中，之后向烧杯中加入壳聚糖和小麦淀粉总质量1倍的聚乙烯醇，混合均匀，放入浓缩罐中，降低浓缩罐压力为1100Pa，浓缩制成粘稠薄膜液；最后将上述制得的备用物质放入上述制成的粘稠薄膜液中，用玻璃杯充分搅拌均匀，过滤，留滤渣，放入干燥机中，在温度为105℃下干燥处理20min，即可得到水稻秸秆生物质炭基缓释肥。其中应用方法为：将上述制得的水稻秸秆生物质炭基缓释肥均匀撒入待施肥的土壤中，其中撒入量为每公顷施撒400kg，施撒3天后，对土壤全部进行翻耕，种植上农作物，即可。
本实例操作工艺简单，不仅利用农田水稻秸秆制备生物炭基缓释肥，使得水稻秸秆得到充分利用，降低了35％成本，而且制成的生物炭基缓释肥环保、卫生，有效改善土壤，使用后使得农作物产量增长至90％，适合大规模推广应用。
实例2
首先取2.5kg农田水稻秸秆，人工剥去外壳后，放入清水中冲洗2次，去除表面残留的污物，随后将洗后的水稻秸秆反正在阳光下翻晒，其中每个2小时翻晒一次，使得秸秆含水量为13％；然后将上述翻晒后的农田水稻秸秆用铡草机均匀切碎，得到长度为7cm的碎秸秆，随后将得到的碎秸秆放入生物炭炭化炉中，待放置完毕，在生物炭炭化炉底部以4.5mL/min的速率通入氮气，5.5min后停止通入，热解2h，得秸秆生物炭；之后将上述得到的秸秆生物炭放入发酵罐中，向其中加入碎秸秆质量2倍的清水，23％的风味蛋白酶，以250r/min的转速搅拌均匀，密封发酵罐，控制温度为45℃，发酵7天，待发酵完毕，再提升发酵温度为45℃，发酵3天，得秸秆生物炭发酵液；再将得到的秸秆生物炭发酵液放入高速离心机中，以1250r/min的转速离心处理18min，去渣，得离心上清液，之后将得到的离心上清液中加入离心上清液质量2.5倍的乙醇，充分搅拌均匀，控制温度为58℃，回流提取7h，得提取液；接下来将上述得到的提取液放入浓缩罐中，降低浓缩罐内压力为1050Pa，减压浓缩至罐内液体体积为原有体积1/3时，停止浓缩，得生物炭秸秆浓缩液；按质量分数计，取10份钼酸铵、45份尿素、10份腐殖酸以及35份矿磷粉，充分混合均匀，再向其中加入55份上述制得的生物炭秸秆浓缩液，再次以250r/min的转速搅拌13min，得混合物，之后将得到的混合物放入干燥机中，在温度为110℃下，干燥处理40min，备用取18g壳聚糖，40g小麦淀粉与2L烧杯中，之后向烧杯中加入壳聚糖和小麦淀粉总质量1.5倍的聚乙烯醇，混合均匀，放入浓缩罐中，降低浓缩罐压力为1130Pa，浓缩制成粘稠薄膜液；最后将上述制得的备用物质放入上述制成的粘稠薄膜液中，用玻璃杯充分搅拌均匀，过滤，留滤渣，放入干燥机中，在温度为108℃下干燥处理30min，即可得到水稻秸秆生物质炭基缓释肥。其中应用方法为：将上述制得的水稻秸秆生物质炭基缓释肥均匀撒入待施肥的土壤中，其中撒入量为每公顷施撒450kg，施撒4天后，对土壤全部进行翻耕，种植上农作物，即可。
本实例操作工艺简单，不仅利用农田水稻秸秆制备生物炭基缓释肥，使得水稻秸秆得到充分利用，降低了37％成本，而且制成的生物炭基缓释肥环保、卫生，有效改善土壤，使用后使得农作物产量增长至92％，适合大规模推广应用。
实例3
首先取3kg农田水稻秸秆，人工剥去外壳后，放入清水中冲洗3次，去除表面残留的污物，随后将洗后的水稻秸秆反正在阳光下翻晒，其中每个2小时翻晒一次，使得秸秆含水量为15％；然后将上述翻晒后的农田水稻秸秆用铡草机均匀切碎，得到长度为8cm的碎秸秆，随后将得到的碎秸秆放入生物炭炭化炉中，待放置完毕，在生物炭炭化炉底部以5mL/min的速率通入氮气，6min后停止通入，热解3h，得秸秆生物炭；之后将上述得到的秸秆生物炭放入发酵罐中，向其中加入碎秸秆质量3倍的清水，25％的风味蛋白酶，以300r/min的转速搅拌均匀，密封发酵罐，控制温度为55℃，发酵8天，待发酵完毕，再提升发酵温度为58℃，发酵4天，得秸秆生物炭发酵液；再将得到的秸秆生物炭发酵液放入高速离心机中，以1300r/min的转速离心处理20min，去渣，得离心上清液，之后将得到的离心上清液中加入离心上清液质量3倍的乙醇，充分搅拌均匀，控制温度为65℃，回流提取8h，得提取液；接下来将上述得到的提取液放入浓缩罐中，降低浓缩罐内压力为1100Pa，减压浓缩至罐内液体体积为原有体积1/3时，停止浓缩，得生物炭秸秆浓缩液；按质量分数计，取12份钼酸铵、55份尿素、13份腐殖酸以及40份矿磷粉，充分混合均匀，再向其中加入65份上述制得的生物炭秸秆浓缩液，再次以300r/min的转速搅拌15min，得混合物，之后将得到的混合物放入干燥机中，在温度为120℃下，干燥处理45min，备用取20g壳聚糖，50g小麦淀粉与2L烧杯中，之后向烧杯中加入壳聚糖和小麦淀粉总质量2倍的聚乙烯醇，混合均匀，放入浓缩罐中，降低浓缩罐压力为1150Pa，浓缩制成粘稠薄膜液；最后将上述制得的备用物质放入上述制成的粘稠薄膜液中，用玻璃杯充分搅拌均匀，过滤，留滤渣，放入干燥机中，在温度为110℃下干燥处理35min，即可得到水稻秸秆生物质炭基缓释肥。其中应用方法为：将上述制得的水稻秸秆生物质炭基缓释肥均匀撒入待施肥的土壤中，其中撒入量为每公顷施撒500kg，施撒5天后，对土壤全部进行翻耕，种植上农作物，即可。
本实例操作工艺简单，不仅利用农田水稻秸秆制备生物炭基缓释肥，使得水稻秸秆得到充分利用，降低了40％成本，而且制成的生物炭基缓释肥环保、卫生，有效改善土壤，使用后使得农作物产量增长至94％，适合大规模推广应用。
Claims (2)
1.水稻秸秆生物质炭基缓释肥的制备与应用，其特征在于具体制备步骤为：
(1)取2～3kg农田水稻秸秆，人工剥去外壳后，放入清水中冲洗1～3次，去除表面残留的污物，随后将洗后的水稻秸秆反正在阳光下翻晒，其中每个2小时翻晒一次，使得秸秆含水量为10～15％；
(2)将上述翻晒后的农田水稻秸秆用铡草机均匀切碎，得到长度为6～8cm的碎秸秆，随后将得到的碎秸秆放入生物炭炭化炉中，待放置完毕，在生物炭炭化炉底部以4～5mL/min的速率通入氮气，5～6min后停止通入，热解1～3h，得秸秆生物炭；
(3)将上述得到的秸秆生物炭放入发酵罐中，向其中加入碎秸秆质量1～3倍的清水，20～25％的风味蛋白酶，以200～300r/min的转速搅拌均匀，密封发酵罐，控制温度为35～55℃，发酵5～8天，待发酵完毕，再提升发酵温度为38～58℃，发酵2～4天，得秸秆生物炭发酵液；
(4)将得到的秸秆生物炭发酵液放入高速离心机中，以1200～1300r/min的转速离心处理15～20min，去渣，得离心上清液，之后将得到的离心上清液中加入离心上清液质量2～3倍的乙醇，充分搅拌均匀，控制温度为55～65℃，回流提取6～8h，得提取液；
(5)将上述得到的提取液放入浓缩罐中，降低浓缩罐内压力为1000～1100Pa，减压浓缩至罐内液体体积为原有体积1/3时，停止浓缩，得生物炭秸秆浓缩液；
(6)按质量分数计，取7～12份钼酸铵、35～55份尿素、8～13份腐殖酸以及30～40份矿磷粉，充分混合均匀，再向其中加入45～65份上述制得的生物炭秸秆浓缩液，再次以200～300r/min的转速搅拌10～15min，得混合物，之后将得到的混合物放入干燥机中，在温度为100～120℃下，干燥处理30～45min，备用
(7)取15～20g壳聚糖，30～50g小麦淀粉与2L烧杯中，之后向烧杯中加入壳聚糖和小麦淀粉总质量1～2倍的聚乙烯醇，混合均匀，放入浓缩罐中，降低浓缩罐压力为1100～1150Pa，浓缩制成粘稠薄膜液；
(8)将上述步骤(6)制得的备用物质放入上述制成的粘稠薄膜液中，用玻璃杯充分搅拌均匀，过滤，留滤渣，放入干燥机中，在温度为105～110℃下干燥处理20～35min，即可得到水稻秸秆生物质炭基缓释肥。
2.根据权利要求1所述的水稻秸秆生物质炭基缓释肥的制备与应用，其特征在于：所述的应用方法为：将上述步骤(8)制得的水稻秸秆生物质炭基缓释肥均匀撒入待施肥的土壤中，其中撒入量为每公顷施撒400～500kg，施撒3～5天后，对土壤全部进行翻耕，种植上农作物，即可。
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