CN109836276A

CN109836276A - 一种石墨烯微生物肥料及其制备方法

Info

Publication number: CN109836276A
Application number: CN201910124446.8A
Authority: CN
Inventors: 张从武; 闫廷永; 张冬青
Original assignee: ANHUI RUIHU BIO-FERTILIZER Co Ltd
Current assignee: ANHUI RUIHU BIO-FERTILIZER Co Ltd
Priority date: 2019-04-09
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2019-06-04

Abstract

本发明公开了一种石墨烯微生物肥料及其制备方法，属于肥料加工技术领域，本发明以干土、生物质作为保持微生物稳定存或的基质，以胶冻芽孢杆菌和根瘤菌作为复合微生物菌种，胶冻芽孢杆菌生产成本低，且工艺简单吗，菌活性高，且便于存放运输，从而提高微生物颗粒肥料的稳定性，同时将根瘤菌与石墨烯溶胶相结合制备出根瘤菌‑石墨烯颗粒，将根瘤菌附着在石墨烯的表面，由于石墨烯具有二维结构和较高的比表面积，有利于根瘤菌的固定，减少微生物颗粒肥料在使用时营养成分的流失，进而提高微生物颗粒肥料利用效率和稳定性。

Description

一种石墨烯微生物肥料及其制备方法

技术领域

本发明涉及肥料加工技术领域，特别是指一种石墨烯微生物颗粒肥料及其制备方法。

背景技术

微生物肥料是一种将微生物同土壤中的菌体结合，共同构成为农作物提供生长养分的绿色肥料。近几年随着对微生物菌种筛选技术手段的发展，能用于微生物肥料的菌种类型也越来越多，同时由于微生物肥料的安全性、循环性和无污染性进一步的促进了微生物肥料的发展。

发明人在研究工厂肥料的生产过程中发现，目前微生物肥料的生产成本偏高，且生产工艺不成熟，在生产的过程中不同批次制备出的肥料产品品质参差不齐，且在后期的使用过程中活菌释放速率慢，肥料效率低，且效果不稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种石墨烯微生物颗粒肥料及其制备方法，以解决现有技术中全部或者部分不足。

基于上述目的本发明提供的一种石墨烯微生物颗粒肥料包括如下重量份成分：

干土45～85份，生物质15～45份，石墨烯溶胶8～20份，粘合剂0.8～3.5份，根瘤菌0.04～0.85份、胶冻芽孢杆菌1.5～4.5份。

可选的，所述颗粒肥料包括如下重量份成分：干土75份，生物质30份，石墨烯溶胶15份，粘合剂1.5份，根瘤菌0.1～0.6份、胶冻芽孢杆菌3份。

可选的，所述颗粒肥料包括如下重量份成分：干土75份，生物质30份，石墨烯溶胶15份，粘合剂1.5份，根瘤菌0.4份、胶冻芽孢杆菌3份。

可选的，所述生物质为质量比为1∶0.5～3的木屑和农作物秸秆。

可选的，所述粘合剂为微孔淀粉溶液、明胶溶液或麦芽糊精溶液，且浓度均为4～20％。

可选的，所述微孔淀粉的孔直径为0.8～1.2μm，孔面积占颗粒体积的55～65％。

可选的，所述胶冻芽孢杆菌的含菌量≥1.5亿/g。

可选的，所述石墨烯溶胶的固含量为0.8～1.5％。

从上面所述可以看出，本发明提供的一种石墨烯微生物颗粒肥料，以干土、生物质作为保持微生物稳定存或的基质，以胶冻芽孢杆菌和根瘤菌作为复合微生物菌种，胶冻芽孢杆菌生产成本低，且工艺简单吗，菌活性高，且便于存放运输，从而提高微生物颗粒肥料的稳定性，同时将根瘤菌与石墨烯溶胶相结合制备出根瘤菌-石墨烯颗粒，将根瘤菌附着在石墨烯的表面，由于石墨烯具有二维结构和较高的比表面积，有利于根瘤菌的固定，减少微生物颗粒肥料在使用时营养成分的流失，进而提高微生物颗粒肥料利用效率和稳定性。

一种石墨烯微生物颗粒肥料的制备方法，制备方法如下：将干土、生物质、石墨烯溶胶和粘合剂进行紫外杀菌后，将石墨烯溶胶稀释2～5倍后，加入根瘤菌搅拌混合均匀，进行喷雾造粒，将根瘤菌-石墨烯颗粒、胶冻芽孢杆菌和无菌的干土、生物质搅拌混合均匀，进行挤压造粒，并保持肥料颗粒的湿度不低于17％，然后将粘合剂均匀喷涂在肥料颗粒的表面，进行干燥至石墨烯微生物颗粒湿度为17～25％，得石墨烯微生物颗粒肥料。

可选的，所述的石墨烯微生物颗粒肥料为实心的核壳结构，包括粘合剂外壳、干土和生物质填充质、以及由根瘤菌-石墨烯颗粒和胶冻芽孢杆菌构成的内核。

从上面所述可以看出，本发明提供的一种石墨烯微生物颗粒肥料的制备方法，制备过程简单，将微生物先进行造粒，保持微生物的稳定性，最后再通过干土、生物质作为填充质，制备出具有核壳结构的微生物颗粒肥料，整个肥料颗粒稳定性好，保证了肥料产品品质的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例石墨烯微生物颗粒肥料核壳结构示意图。

1-粘合剂外壳，2-干土和生物质填充质，3-根瘤菌-石墨烯颗粒，4-胶冻芽孢杆菌颗粒。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明实施例的石墨烯溶胶，购置于中国科学院成都有机化学有限公司，纯度：>99wt％，厚度：0.55～1.2nm，直径：0.5～3μm层数：1-10层，水溶液颜色：琥珀色，出售状态：氧化石墨烯含量约为1％溶液。

为了解决现有技术中的部分或者全部不足，本发明实施例提供的一种石墨烯微生物颗粒肥料包括如下重量份成分：

同时本发明实施例也提供的一种石墨烯微生物颗粒肥料的制备方法，制备方法如下：将干土、生物质、石墨烯溶胶和粘合剂进行紫外杀菌后，将石墨烯溶胶稀释2～5倍后，加入根瘤菌搅拌混合均匀，进行喷雾造粒，将根瘤菌-石墨烯颗粒、胶冻芽孢杆菌和无菌的干土、生物质搅拌混合均匀，进行挤压造粒，并保持肥料颗粒的湿度不低于17％，然后将粘合剂均匀喷涂在肥料颗粒的表面，进行干燥至石墨烯微生物颗粒湿度为17～25％，得石墨烯微生物颗粒肥料。

在一些可选实施例中，本发明其一实施例：提供的一种石墨烯微生物颗粒肥料包括如下重量份成分：

干土75份，生物质30份，石墨烯溶胶15份，粘合剂1.5份，根瘤菌0.4份、胶冻芽孢杆菌3份，其中，生物质为质量比为1:2的木屑和农作物秸秆，农作物秸秆为小麦秸，粘合剂为浓度均为15％明胶溶液，胶冻芽孢杆菌的含菌量≥1.5亿/g，石墨烯溶胶的固含量为1.2％。

提供的一种石墨烯微生物颗粒肥料的制备方法，制备方法如下：按上述配方称取各组分，将干土、生物质、石墨烯溶胶和粘合剂置于紫外线进行杀菌30min，然后向石墨烯溶胶中加入无菌水稀释2～5倍后，加入根瘤菌搅拌混合均匀，进行喷雾造粒，喷雾造粒采用本领域现有技术进行操作，造粒的粒径保持在1μm，由于喷雾造粒过程中有水分的蒸发散失，因此此步骤不需要再进行干燥，制得根瘤菌-石墨烯颗粒；然后将根瘤菌-石墨烯颗粒、胶冻芽孢杆菌和无菌的干土、生物质搅拌混合均匀，利用平模饲料颗粒机造粒，并保持肥料颗粒的湿度不低于17％，然后将粘合剂均匀喷涂在肥料颗粒的表面，在温度30～45℃进行热风干燥至石墨烯微生物颗粒湿度为17～25％，然后转为自然风干，得石墨烯微生物颗粒肥料。采用上述制备方法制备的石墨烯微生物颗粒肥料为实心的核壳结构，包括粘合剂外壳1、干土和生物质填充质2、以及由根瘤菌-石墨烯颗粒3和胶冻芽孢杆菌4构成的内核，结构如图1所示。

本发明提供的一种石墨烯微生物颗粒肥料，以干土、生物质作为保持微生物稳定存或的基质，以胶冻芽孢杆菌和根瘤菌作为复合微生物菌种，胶冻芽孢杆菌生产成本低，且工艺简单吗，菌活性高，且便于存放运输，从而提高微生物颗粒肥料的稳定性，同时将根瘤菌与石墨烯溶胶相结合制备出根瘤菌-石墨烯颗粒，将根瘤菌附着在石墨烯的表面，由于石墨烯具有二维结构和较高的比表面积，有利于根瘤菌的固定，减少微生物颗粒肥料在使用时营养成分的流失，进而提高微生物颗粒肥料利用效率和稳定性。

本发明其二实施例同本发明其一实施例，不同的是本发明其二实施例提供的一种石墨烯微生物颗粒肥料包括如下重量份成分：

干土45份，生物质45份，石墨烯溶胶8份，粘合剂0.8份，根瘤菌0.85份、胶冻芽孢杆菌1.5份，其中，生物质为质量比为1:0.5的木屑和农作物秸秆，农作物秸秆为小麦秸秆，粘合剂为浓度均为4％明胶溶液，胶冻芽孢杆菌的含菌量≥1.5亿/g，石墨烯溶胶的固含量为0.8％。

本发明其三实施例同本发明其一实施例，不同的是本发明其三实施例提供的一种石墨烯微生物颗粒肥料包括如下重量份成分：

干土85份，生物质15份，石墨烯溶胶20份，粘合剂3.5份，根瘤菌0.1份、胶冻芽孢杆菌4.5份，其中，生物质为质量比为1:3的木屑和农作物秸秆，农作物秸秆为小麦秸秆，粘合剂为浓度均为20％明胶溶液，胶冻芽孢杆菌的含菌量≥1.5亿/g，石墨烯溶胶的固含量为1.5％。

本发明其四实施例同本发明其一实施例，不同的是本发明其四实施例提供的一种石墨烯微生物颗粒肥料，其中，生物质为质量比为1:0.5的木屑和农作物秸秆，农作物秸秆为玉米秸秆，粘合剂为浓度均为4％麦芽糊精溶液。

本发明其五实施例同本发明其一实施例，不同的是本发明其五实施例提供的一种石墨烯微生物颗粒肥料，其中，生物质为质量比为1:3的木屑和农作物秸秆，农作物秸秆为玉米秸秆，粘合剂为浓度均为20％麦芽糊精溶液。

本发明其六实施例同本发明其一实施例，不同的是本发明其六实施例提供的一种石墨烯微生物颗粒肥料，根瘤菌根瘤菌0.6份，粘合剂微孔淀粉溶液，微孔淀粉的孔直径为0.8～1.2μm，孔面积占颗粒体积的55～65％。

本发明其七实施例同本发明其一实施例，不同的是本发明其七实施例提供的一种石墨烯微生物颗粒肥料，根瘤菌根瘤菌0.04份，粘合剂微孔淀粉溶液，微孔淀粉的孔直径为0.8～1.2μm，孔面积占颗粒体积的55～65％。

本发明其八实施例同本发明其一实施例，不同的是本发明其八实施例提供的一种石墨烯微生物颗粒肥料，粘合剂微孔淀粉溶液，微孔淀粉的孔直径为0.8～1.2μm，孔面积占颗粒体积的55～65％。

性能测试

1、肥料颗粒松散度测试

将实施例1-8制备的肥料颗粒和未进行粘合剂外壳处理的肥料颗粒分别置于盛有无菌水的三角瓶中，在振荡器上震荡至颗粒全部崩散，记录时间；再取新的肥料颗粒，将肥料颗粒置于盛有无菌水的三角瓶中，静置至颗粒完全崩散，记录时间；并再次将肥料置于自然条件下的室外花盆中，称取10g颗粒载体埋于3cm深处，每10天记录一次，并记录剩余量。重复3次。

经检测分析发现，实施例1-8制备的肥料颗粒在震荡状态下的松散时间长于未进行粘合剂外壳处理的肥料颗粒1～2.5min，在静止状态下松散时间长于未进行粘合剂外壳处理的肥料颗粒4～7min，在土壤中松散时间少于未进行粘合剂外壳处理的肥料颗粒15～20天，且其一实施例制备的肥料颗粒在松散度测试测试上性能最优，测试数据显示，本发明实施例制备的肥料颗粒结构更加稳定，且在实施过程中肥料效率更易被释放利用。

2、微生物颗粒肥料活菌释放检测

称取一定量实施例1-8制备的微生物颗粒肥料放入花盆中，埋于3cm深处，在温度25～28℃，湿度15～30％条件下培养，间隔10天取样1次，共取样5次。称取附着颗粒表面的土1g，置于10mL无菌生理盐水的试管中28℃，160r/min震荡30min，静置10min，梯度稀释后，涂布于LB平板上，35～37℃下进行过夜培养后，进行菌落计数、并计算单位重量土样中菌落细胞数量。重复处理3次。测试结果如表1所示。微生物颗粒肥料释放的活菌数直接影响肥料的试剂效果，制备的微生物颗粒肥料中的活菌数量为2.9×10⁵cfu/g，表1中的数据显示，微生物颗粒肥料培养10天时，活菌数量下降至最低为0.8×10⁵cfu/g，随着时间的延长，活菌适应于生长环境后，开始逐渐繁殖增长，从第50天起活菌数目开始趋于平稳，并在70天的时候达到最大，而目前制备的微生物颗粒肥料的活菌数最大天数一般在80-90天，活菌数达到最大的天数降低，有利于提高微生物颗粒肥料的肥力释放率。

表1微生物颗粒肥料活菌释放

造成上述活菌释放速率增快的原因，可能是由于其一：制备的微生物颗粒肥料的具有核壳结构导致的，外壳的粘合剂选用水溶性的或有空腔的物质，有利于外界水分和空气的进入与填充质进行结合，从而为微生物的繁殖生长提供适宜的环境，其二，选用复合微生物，两者在繁殖增长过程中释放的物质具有彼此促进生长的作用，同时石墨烯的二维结构和大的比表面积更有利于与填充质之间形成适宜微生物生产的环境。从而微生物的繁殖增长速度增加。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种石墨烯微生物颗粒肥料，其特征在于，包括如下重量份成分：

2.根据权利要求1所述的石墨烯微生物颗粒肥料，其特征在于，所述颗粒肥料包括如下重量份成分：干土75份，生物质30份，石墨烯溶胶15份，粘合剂1.5份，根瘤菌0.1～0.6份、胶冻芽孢杆菌3份。

3.根据权利要求1所述的石墨烯微生物颗粒肥料，其特征在于，所述颗粒肥料包括如下重量份成分：干土75份，生物质30份，石墨烯溶胶15份，粘合剂1.5份，根瘤菌0.4份、胶冻芽孢杆菌3份。

4.根据权利要求1所述的石墨烯微生物颗粒肥料，其特征在于，所述生物质为质量比为1:0.5～3的木屑和农作物秸秆。

5.根据权利要求1所述的石墨烯微生物颗粒肥料，其特征在于，所述粘合剂为微孔淀粉溶液、明胶溶液或麦芽糊精溶液，且浓度均为4～20％。

6.根据权利要求5所述的石墨烯微生物颗粒肥料，其特征在于，所述微孔淀粉的孔直径为0.8～1.2μm，孔面积占颗粒体积的55～65％。

7.根据权利要求1所述的石墨烯微生物颗粒肥料，其特征在于，所述胶冻芽孢杆菌的含菌量≥1.5亿/g。

8.根据权利要求1所述的石墨烯微生物颗粒肥料，其特征在于，所述石墨烯溶胶的固含量为0.8～1.5％。

9.一种权利要求1～8任一所述的石墨烯微生物颗粒肥料的制备方法，其特征在于，制备方法如下：将干土、生物质、石墨烯溶胶和粘合剂进行紫外杀菌后，将石墨烯溶胶稀释2～5倍后，加入根瘤菌搅拌混合均匀，进行喷雾造粒，将根瘤菌-石墨烯颗粒、胶冻芽孢杆菌和无菌的干土、生物质搅拌混合均匀，进行挤压造粒，并保持肥料颗粒的湿度不低于17％，然后将粘合剂均匀喷涂在肥料颗粒的表面，进行干燥至石墨烯微生物颗粒湿度为17～25％，得石墨烯微生物颗粒肥料。

10.根据权利要求9所述的石墨烯微生物颗粒肥料的制备方法，其特征在于，所述的石墨烯微生物颗粒肥料为实心的核壳结构，包括粘合剂外壳、干土和生物质填充质、以及由根瘤菌-石墨烯颗粒和胶冻芽孢杆菌构成的内核。