CN108147926A - 一种利用木薯渣制备的缓释有机肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用木薯渣制备的缓释有机肥及其制备方法，涉及农业肥料制备领域。该缓释有机肥按照重量份包括以下组分:木薯渣、废蚕丝、木薯渣生物炭、高岭土、污泥、氮肥、磷肥、钾肥、复合微生物菌剂、丙烯酸、聚乙烯醇、交联剂和引发剂。该缓释有机肥的制备方法，包括以下步骤：预处理、吸水树脂制备、肥芯制备和包膜。该缓释有机肥以吸水树脂为膜材料，以有机肥为肥芯，制备的缓释有机肥同时具有高吸水性和对肥料的缓释性双重功能。利用木薯渣制备吸水树脂，不仅降低了成本，且降解后可以改良土壤理化性质，可以降低土壤密度，提高土壤通透性。具有保水、保肥、节肥、改良土壤、显著增产、低本高效的多重功效。

Description

一种利用木薯渣制备的缓释有机肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及农业肥料制备领域，具体涉及一种利用木薯渣制备的缓释有机肥及其制备方法。

背景技术

我国是农业大国，但人多地少，耕地面积仅为土地总面积10％左右，人均耕地平均只有0.08公顷。化肥作为一种重要的农资产品对提高作物产量起到显著的作用，是现代农业不可缺少的生产要素。人们长期大量使用无机化肥，加上使用方式不当，肥料利率用不高，导致肥料大量的流失，对土壤及水体造成污染，农作物抗逆性下降，严重的威胁了农业的可持续发展。有机肥不仅能为农作物提供全面营养，而且肥效长，可增加和更新土壤有机质，促进微生物繁殖，改善土壤的理化性质和生物活性，是绿色食品生产的主要养分。同时，通过在肥料中添加长效缓释剂，抑制土壤中某些酶的活性来减缓氮的分解转化也是提高肥料利用率的一项有效途径。

包膜缓释肥料作为新一代肥料产品的代表，通过在肥料中添加长效缓释剂，抑制土壤中某些酶的活性来减缓氮的分解转化是提高肥料利用率的一项有效途径。很多人在缓释肥料的基本理论(如缓/控释机理，影响因素和缓释材料的选择及研制等)、缓释肥料的生产制造等方面做了很多工作，并且取得了很大的进展。然而，包膜肥料的生产成本比较高，价格还不能被广泛接受，限制了其应用范围。目前主要用于草坪，高尔夫球场、果树、花卉苗圃、蔬菜等，仅有7％用于农作物市场，寻求一种新的缓释复合肥载体势在必行。

广西作为一个木薯生产的大省，每年的木薯使用量都在不断增加，但同时在生产过程中产生的废渣—木薯渣也在不断增加。木薯渣是木薯在经过淀粉厂榨取淀粉或是酒精厂制取酒精之后所留下的废弃物，但是依然含有丰富的纤维素、半纤维素、淀粉和无机盐等物质，是一种非常有用的生物质源。就目前而言，木薯渣的处理主要有三种方法，分别为厌氧发酵生产沼气、发酵生产酒精以及生产饲料。但这三种处理方法由于种种原因都未能普及应用，大量的木薯渣还处于废弃状态。开发利用木薯渣资源，不但可以提高经济效益，还可以缓解环境压力，这对广西的经济发展和资源再利用均具有重大意义。因此，开发一种低成本的高效的利用木薯渣制备的缓释有机肥，具有较高的市场价值。

发明内容

本发明的发明目的之一是，针对上述问题，提供一种利用木薯渣制备的缓释有机肥，不仅可显著降低土壤水分流失，贮水、保水性能优异，还可改善土壤结构并为植物生长提供必要的养分和微量元素。具有保水、保肥、节肥、改良土壤、显著增产、低本高效的多重功效。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种利用木薯渣制备的缓释有机肥，按照重量份包括以下组分：

木薯渣20～40份，废蚕丝5～10份，木薯渣生物炭5～10份，高岭土10～20份，污泥5～10份，氮肥3～7份，磷肥2～3份，钾肥1～4份，复合微生物菌剂0.3～1份，丙烯酸100～200份，聚乙烯醇20～50份，交联剂0.5～2份，引发剂2～5份。

优选的，所述木薯渣生物炭的制备方法为：将木薯渣烘干、粉碎，然后先以5℃/min的速率升温到400～450℃，保温30～60min，再以1℃/min的速率升温到500～600℃，保温1.5～3h，最后冷却至室温制得木薯渣生物质炭。

优选的，所述污泥为养殖场污泥或木薯工业污泥。

优选的，所述交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺；所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。

本发明的另一发明目的是，针对上述问题，提供一种利用木薯渣制备的缓释有机肥的制备方法，工艺简单，效果明显，污染小，易于工业化生产。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种利用木薯渣制备的缓释有机肥的制备方法，包括以下步骤：

S1.预处理

1)将木薯渣进行水洗，除去其中的杂质和可溶性物质，然后干燥、粉碎，备用；

2)向粉碎后的木薯渣中加入水，煮沸，使木薯渣中的淀粉糊化，然后加入酶，在超声下进行酶解，酶解后灭酶，离心，弃去上清液，得滤渣；

3)向步骤2)的滤渣中加入氢氧化钠溶液进行碱解，碱解后洗涤、过滤、干燥，即得木薯渣纤维；

4)将废弃蚕丝清洗、烘干并粉碎，然后与木薯渣纤维混合得到混合料；

5)将污泥烘干备用。

S2.吸水树脂制备

1)将NaOH溶液缓慢地加入丙烯酸中，搅拌使之中和，中和度控制在70％～80％，冷却备用；

2)向步骤S1制备的混合料中依次加入中和后的丙烯酸、高岭土、引发剂、交联剂和聚乙烯醇，在60～70℃恒温水浴中搅拌反应2～4h，然后依次用蒸馏水、乙醇洗涤，烘干，得到吸水树脂。

S3.肥芯制备

将木薯渣生物炭、污泥、氮肥、磷肥、钾肥和复合微生物菌剂混合均匀，然后过50～80目筛，得到肥芯。

S4.包膜

将所述肥芯加热至65～75℃，预热15～25min，然后加入聚乙烯醇和吸水树脂，将温度降低至55～60℃搅拌20～40min，形成均匀颗粒,降温即得缓释有机肥成品。

优选的，步骤S1中，所述酶为淀粉酶、异淀粉酶和β-葡聚糖酶的混合物。

优选的，步骤S1中，酶解温度为50～60℃，酶解pH为5.5～7.0；酶解时间为30～90min；超声功率为100～200W。

优选的，步骤S1中，碱解过程中，NaOH溶液的质量分数为3％～8％，浴比为1:8～15；碱解温度为70～80℃，碱解时间为0.5～2h。

优选的，步骤S3中，所述复合微生物菌剂包括酵母菌、木霉菌、枯草芽孢杆菌、放线菌、固氮菌、磷细菌和钾细菌。

优选的，步骤S4中，所述交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1.本发明的利用木薯渣制备的缓释有机肥，以吸水树脂为膜材料，以有机肥为肥芯，制备的缓释有机肥同时具有高吸水性和对肥料的缓释性双重功能。利用木薯渣制备吸水树脂，不仅降低了成本，且降解后可以改良土壤理化性质，可以降低土壤密度，提高土壤通透性。具有保水、保肥、节肥、改良土壤、显著增产、低本高效的多重功效。

所述吸水树脂是将木薯渣预处理后制得的木薯渣纤维和废蚕丝混合，以高岭土、丙烯酸作为原料单体，以N,N亚甲基双丙基酰胺(MBA)为交联剂，过硫酸铵和亚硫酸氢钠水溶液为还原引发剂，采用溶液聚合方法制备而成，具有半互穿网络结构。其既保持了吸水树脂的吸水和保水性能，又可利用吸水树脂对肥料缓慢释放，提高了肥料的利用率，并且价格较低，经济效益与环保作用俱佳。废蚕丝降解后提供氮元素和微量元素，还可以废物利用，节约能源和减少环境污染。

氮肥、磷肥和钾肥为作物提供生长所需的养分和微量元素，肥效高,从而提高化肥利用率,提高产量,改善品质，降低生产成本。高岭土具有优异的微生物分解性能，不污染环境，并且价格低廉，产品易于推广。

2.本发明的利用木薯渣制备的缓释有机肥，采用来源广泛，价格低廉的可生物降解的木薯渣作为原料，有效降低了有机肥的成本，为木薯渣的应用寻求了一个新的途径。甘蔗渣先经过预处理，可以降低木质素和半纤维素，有力增强了木薯渣纤维的活性，从而更好地与高岭土、丙烯酸聚合，反应效率高，形成网状结构，制备的吸水树脂，吸水和缓释效果好。

3.本发明的蔗渣基缓释有机肥制备方法，肥芯中含有木薯渣生物炭、氮肥、磷肥、钾肥和复合微生物菌剂，能够满足植物不同的营养需求，并可改善土壤结构和增强土壤保水、保肥的能力。

蔗渣生物质炭具有较强的吸附能力，从而与蔗渣吸水树脂协同作用，提高肥料的缓释能力，减少肥料流失，提高利用率；另一方面，也为甘蔗渣的应用寻求了一个新的途径，提高了甘蔗渣的利用率。

添加枯草芽孢杆菌和木霉菌，能够抑制和杀灭造成植物死棵烂苗茎腐病、根腐病病原菌。添加放线菌，通过分泌抑虫物质及寄生作用抑制线虫卵孵化和杀灭线虫。添加固氮、解磷和解钾的各种菌类，有效施肥土壤中固定的氮、磷、钾等营养元素，提高化肥利用率10％以上，减少化肥使用量。添加酵母菌能够改善土壤结构，活化土壤、提高土壤透气性、培肥地力。

4.本发明利用木薯渣制备的缓释有机肥的制备方法，工艺简单，效果明显，易于工业化生产，具有良好的市场前景。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种利用木薯渣制备的缓释有机肥，按照重量份包括以下组分：

木薯渣30份，废蚕丝8份，木薯渣生物炭8份，高岭土15份，污泥8份，氮肥5份，磷肥3份，钾肥3份，复合微生物菌剂0.5份，丙烯酸150份，聚乙烯醇30份，交联剂1份，引发剂3份。

所述木薯渣生物炭的制备方法为：将木薯渣烘干、粉碎，然后先以5℃/min的速率升温到430℃，保温50min，再以1℃/min的速率升温到550℃，保温2h，最后冷却至室温制得木薯渣生物质炭。

所述污泥为木薯工业污泥。

所述交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺；所述引发剂为质量比1:2的过硫酸铵和过硫酸钾。

一种利用木薯渣制备的缓释有机肥的制备方法，包括以下步骤：

S1.预处理

1)将木薯渣进行水洗，除去其中的杂质和可溶性物质，然后干燥、粉碎，备用；

2)向粉碎后的木薯渣中加入水，煮沸，使木薯渣中的淀粉糊化，然后加入酶，在超声下进行酶解，酶解后灭酶，离心，弃去上清液，得滤渣；所述酶为淀粉酶、异淀粉酶和β-葡聚糖酶的混合物；酶解温度为55℃，酶解pH为6.0；酶解时间为60min；超声功率为150W。

3)向步骤2)的滤渣中加入氢氧化钠溶液进行碱解，碱解后洗涤、过滤、干燥，即得木薯渣纤维；碱解过程中，NaOH溶液的质量分数为5％，浴比为1:10；碱解温度为75℃，碱解时间为1h。

4)将废弃蚕丝清洗、烘干并粉碎，然后与木薯渣纤维混合得到混合料；

5)将污泥烘干备用。

S2.吸水树脂制备

1)将NaOH溶液缓慢地加入丙烯酸中，搅拌使之中和，中和度控制在75％，冷却备用；

2)向步骤S1制备的混合料中依次加入中和后的丙烯酸、高岭土、引发剂、交联剂和聚乙烯醇，在65℃恒温水浴中搅拌反应3h，然后依次用蒸馏水、乙醇洗涤，烘干，得到吸水树脂。所述交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，所述引发剂为质量比1:2的过硫酸铵和过硫酸钾。

S3.肥芯制备

将木薯渣生物炭、污泥、氮肥、磷肥、钾肥和复合微生物菌剂混合均匀，然后过60目筛，得到肥芯。所述复合微生物菌剂包括酵母菌、木霉菌、枯草芽孢杆菌、放线菌、固氮菌、磷细菌和钾细菌。

S4.包膜

将所述肥芯加热至70℃，预热20min，然后加入聚乙烯醇和吸水树脂，将温度降低至60℃搅拌30min，形成均匀颗粒,降温即得缓释有机肥成品。

实施例2

一种利用木薯渣制备的缓释有机肥，按照重量份包括以下组分：

木薯渣20份，废蚕丝10份，木薯渣生物炭10份，高岭土20份，污泥10份，氮肥7份，磷肥3份，钾肥2份，复合微生物菌剂1份，丙烯酸100份，聚乙烯醇20份，交联剂0.5份，引发剂2份。

所述木薯渣生物炭的制备方法为：将木薯渣烘干、粉碎，然后先以5℃/min的速率升温到400℃，保温60min，再以1℃/min的速率升温到600℃，保温1.5h，最后冷却至室温制得木薯渣生物质炭。

所述污泥为养殖场污泥。

所述交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺；所述引发剂为过硫酸铵。

制备方法同实施例1。

实施例3

一种利用木薯渣制备的缓释有机肥，按照重量份包括以下组分：

木薯渣40份，废蚕丝5份，木薯渣生物炭5份，高岭土10份，污泥5份，氮肥3份，磷肥2份，钾肥1份，复合微生物菌剂1份，丙烯酸200份，聚乙烯醇50份，交联剂2份，引发剂5份。

所述木薯渣生物炭的制备方法为：将木薯渣烘干、粉碎，然后先以5℃/min的速率升温到400℃，保温60min，再以1℃/min的速率升温到500℃，保温3h，最后冷却至室温制得木薯渣生物质炭。

所述污泥为木薯工业污泥。

所述交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺；所述引发剂为过硫酸钾。

制备方法同实施例1。

以辣椒种植为例，选取4块试验田，试验田1-3分别施加实施例1-3的缓释有机肥，试验田4施加普通有机肥，其他种植方式均相同。从观察生长期到收获期，分别检测同一时间的土壤贮水量(土壤容重)、土壤孔隙度、土壤有机物含量、土壤氮含量、土壤钾含量、植株高度。如下表1所示。

表1测试结果对比

从实施例1-3数据结合表1的数据可以看出，跟使用普通有机肥的的试验田4相比，使用缓释有机肥，实验田1-3的土壤孔隙率、土壤有机物含量提高；同时，辣椒的植株高度有所增长，产量提高。说明本发明制备的缓释有机肥不仅可以提高肥料利用率，提高作物产量，而且降解后可以改良土壤理化性质，降低土壤密度，提高土壤通透性，具有保水、保肥、节肥、改良土壤、显著增产、低本高效的多重功效。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围。凡本发明所提示的技术构思下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (10)

1.一种利用木薯渣制备的缓释有机肥，其特征在于，按照重量份包括以下组分：

木薯渣20～40份，废蚕丝5～10份，木薯渣生物炭5～10份，高岭土10～20份，污泥5～10份，氮肥3～7份，磷肥2～3份，钾肥1～4份，复合微生物菌剂0.3～1份，丙烯酸100～200份，聚乙烯醇20～50份，交联剂0.5～2份，引发剂2～5份。

2.根据权利要求1所述的利用木薯渣制备的缓释有机肥,其特征在于，所述木薯渣生物炭的制备方法为：将木薯渣烘干、粉碎，然后先以5℃/min的速率升温到400～450℃，保温30～60min，再以1℃/min的速率升温到500～600℃，保温1.5～3h，最后冷却至室温制得木薯渣生物质炭。

3.根据权利要求1所述的利用木薯渣制备的缓释有机肥,其特征在于，所述污泥为养殖场污泥或木薯工业污泥。

4.根据权利要求1所述的利用木薯渣制备的缓释有机肥,其特征在于，所述交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺；所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。

5.根据任一权利要求1-4所述的利用木薯渣制备的缓释有机肥的制备方法,其特征在于，包括以下步骤：

S1.预处理

1)将木薯渣进行水洗，除去其中的杂质和可溶性物质，然后干燥、粉碎，备用；

2)向粉碎后的木薯渣中加入水，煮沸，使木薯渣中的淀粉糊化，然后加入酶，在超声下进行酶解，酶解后灭酶，离心，弃去上清液，得滤渣；

3)向步骤2)的滤渣中加入氢氧化钠溶液进行碱解，碱解后洗涤、过滤、干燥，即得木薯渣纤维；

4)将废弃蚕丝清洗、烘干并粉碎，然后与木薯渣纤维混合得到混合料；

5)将污泥烘干备用；

S2.吸水树脂制备

1)将NaOH溶液缓慢地加入丙烯酸中，搅拌使之中和，中和度控制在70％～80％，冷却备用；

2)向步骤S1制备的混合料中依次加入中和后的丙烯酸、高岭土、引发剂、交联剂和聚乙烯醇，在60～70℃恒温水浴中搅拌反应2～4h，然后依次用蒸馏水、乙醇洗涤，烘干，得到吸水树脂；

S3.肥芯制备

将木薯渣生物炭、污泥、氮肥、磷肥、钾肥和复合微生物菌剂混合均匀，然后过50～80目筛，得到肥芯；

S4.包膜

将所述肥芯加热至65～75℃，预热15～25min，然后加入聚乙烯醇和吸水树脂，将温度降低至55～60℃搅拌20～40min，形成均匀颗粒,降温即得缓释有机肥成品。

6.根据权利要求5所述的利用木薯渣制备的缓释有机肥的制备方法,其特征在于，步骤S1中，所述酶为淀粉酶、异淀粉酶和β-葡聚糖酶的混合物。

7.根据权利要求5所述的利用木薯渣制备的缓释有机肥的制备方法,其特征在于，步骤S1中，酶解温度为50～60℃，酶解pH为5.5～7.0；酶解时间为30～90min；超声功率为100～200W。

8.根据权利要求5所述的利用木薯渣制备的缓释有机肥的制备方法,其特征在于，步骤S1中，碱解过程中，NaOH溶液的质量分数为3％～8％，浴比为1:8～15；碱解温度为70～80℃，碱解时间为0.5～2h。

9.根据权利要求5所述的利用木薯渣制备的缓释有机肥的制备方法,其特征在于，步骤S3中，所述复合微生物菌剂包括酵母菌、木霉菌、枯草芽孢杆菌、放线菌、固氮菌、磷细菌和钾细菌。

10.根据权利要求5所述的利用木薯渣制备的缓释有机肥的制备方法,其特征在于，步骤S4中，所述交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。