CN110105141A - 一种生物油包膜处理的炭基缓释肥 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物油包膜处理的炭基缓释肥、该生物油包膜炭基缓释肥肥体组成成分及结合方式、制备流程，其缓释能力相对于普通炭基肥料有进一步的提升，更大程度减小养分损失率，增加作物产量。其制备过程充分合理的利用了小麦秸秆资源，符合绿色可持续发展理念。所述新型炭基缓释肥包括80~120质量份的生物炭，15~22质量份的硝酸钾，4~9质量份的磷酸二氢钾，1~3质量份的氯化钾，60~90质量份的生物油；其结构呈现圆柱形颗粒状。

Description

一种生物油包膜处理的炭基缓释肥

技术领域

本发明涉及缓释肥技术领域，具体涉及一种生物油包膜处理的炭基缓释肥、该生物油包膜炭基缓释肥肥体组成成分及结合方式、制备流程。

背景技术

肥料中的N，P，K是作物生长发育所必须的三种主要养分元素，但由于当今商业肥料的易溶特性，使得N，P，K养分单位时间的释放速率远大于作物的吸收速率，造成了作物养分利用率低下，作物品质及产量下降，资源浪费，以及环境污染等问题。例如，N养分的合适供给能促进植株增长并增加产量，但过度不适当的N供给却会造成作物中硝酸盐累积，从而对人体健康造成危害。一般谷类和蔬菜作物只能吸收肥料中N总量的33%左右，即使是使用较普遍的尿素N肥在土壤-植物系统中的N保留率也不超过50%,这主要是因为是在灌溉作用或雨水作用下，土壤中的铵态氮或硝态氮通过淋失作用损失，进入到地下水中，同时也对饮用水源造成一定污染，直接与土壤接触的铵氮也可能发生反硝化或挥发作用，以N₂O和NH₃的形式损失，进入到大气中同时加剧了温室效应 。

生物炭是一种在限氧条件下通过生物质的热化学转化而形成的固体材料,具有高度的芳香性和强稳定性，其中，生物炭由于其丰富的孔隙结构，以及巨大的比表面积使得其具有作为肥料载体的巨大潜力，能够较好的解决上述N，P，K肥料流失量较大的问题，并增加作物的吸收，但目前市场上的炭基缓释肥常采用的做法是将生物炭和肥料进行简单的混合，这种简单制造的炭基缓释肥缓释能力非常有限，没有充分发挥出生物炭作为炭基底的缓释能力。

生物油是生物炭生产过程中的一种液态产物，通常被进行一系列改性过程，以减少其中的聚合反应来作为燃料使用，但利用其天然的聚合成膜特性，生物油也可作为一种缓释肥包膜材料，避免了生物油的改性处理过程而增加的额外成本，相对于传统人工聚合物包膜材料也更加经济实惠，更易获得，且对生物炭生产过程中的副产物进行了充分利用，符合零排放，清洁生产的理念。

发明内容

本发明的目的在于克服现有炭基肥料的不足，提供一种方法进一步加强其缓释能力，大批量使用时能够大量的减少N，P，K养分损失，且其制备流程中对热解过程中的另一产物——热解油，进行了充分利用，符合零排放，清洁生产的理念。

具体的技术方案为：

一种生物油包膜炭基缓释肥，它包括80~120质量份的生物炭，15~22质量份的硝酸钾，4~9质量份的磷酸二氢钾，1~3质量份的氯化钾，60~90质量份的生物油。

优选的是：所述生物炭和生物油均来自小麦秸秆的热解过程，该小麦秸秆亩产量600kg左右，自身含有较丰富N，P，K养分及良好纤维结构。

另外优选的是：所述生物炭自身含有一定量的N，P，K养分元素，其含量分别为：N（0.20% ~ 0.27%），P（0.02% ~ 0.03%），K（0.43% ~ 0.70%），且具有良好的孔隙结构，比表面积为：20 ~ 40m²/g，孔隙平均直径为5到7个纳米，有一定的初始肥力和较强的吸附负载能力，且经过1mm筛的筛选，粒径较均匀，所述生物油具有大量糖类物质和糖类衍生物，有良好的黏性与成膜特性。

另外优选的是：所述热解过程设置热解初始温度为20℃，升温速率为20℃/min，目标温度为400℃，目标温度停留时间为2h，热解惰性气体为CO2、N2或水蒸气，气体流速为20ml/min，使秸秆热解制备成初始生物炭并研磨过1mm筛使粒径均匀。

本发明还公开一种油包膜炭基缓释肥的肥体结合方式，该新型炭基缓释肥肥体组合成分由如上所述的组分构成，并以生物炭吸附吸附养分后再包生物油膜的形式组合。

本发明还公开一种油包膜炭基缓释肥的制备流程，它包括：

（1）收集小麦秸秆于60℃下进行烘干预处理；

（2）将烘干秸秆置于热解管中，设置热解初始温度为20℃，升温速率为20℃/min，目标温度为400℃，目标温度停留时间为2h，热解惰性气体为CO₂、N₂或水蒸气，气体流速为20ml/min，使秸秆热解制备成初始生物炭并研磨过1mm筛使粒径均匀；

（3）将初始生物炭和KH₂PO₄和KNO₃溶液以一定的比例混合，以生物炭和N元素比例0.04~ 0.06，生物炭和P元素比例0.01 ~ 0.02确定，进行搅拌混合均匀后静置24h,后将混合液进行低温加热，使得溶液蒸干；

（4）将负载养分后的生物炭倒入颗粒机中，使形成生物炭小颗粒；

（5）将生物炭小颗粒置于流化喷涂装置的多孔底板上，流化气速为1.0 ~ 3.0 m/s，使生物炭保持流化态，使用生物油作为包膜材料，雾化空气压为0.1 ~ 0.5 MPa，使生物炭颗粒均匀涂覆上一层生物油膜；

（6）烘干成型。

本发明具有以下优势：

（1）本发明的油包膜炭基缓释肥相对于传统炭基缓释肥，其缓释能力有显著的提升，批量使用能大量减少养分的损失，延长一次施肥的肥效期，提高养分利用率，并提高经济效益，且有效减少肥料淋溶损失对环境造成的负面影响；

（2）本发明的油包膜炭基缓释肥具有作物生长发育所必须的三大营养元素——N，P，K，能满足植物生长发育之需，有效促进植株增长，增加产量；

（3）本发明的油包膜炭基缓释肥制备过程中，对热解过程中的各个产物进行了充分合理的利用，符合零排放，清洁生产的理念。其中对于生物油的使用充分的利用了生物油自然条件下的聚合反应，不用进行复杂繁琐的前处理过程，且相对于一般市面上使用的包膜材料更加经济实惠，使得本发明的油包膜炭基缓释肥料不但缓释能力有大幅增加，且成本没有较多提升。

附图说明

图1为本发明的油包膜炭基缓释肥实际还田后的缓释效果。

图2为本发明的油包膜炭基缓释肥制备流程。

图2中：1—气阀，2—N₂和CO₂钢瓶，3、13、19—流量计，4—三段温度数码控制器，5—加料口，6—热解管，7—热解炉，8—搅拌器，9—蒸发器，10—颗粒机，11—冷凝器，12—生物油储液罐，14—液体泵，15—流化喷涂装置，16—高压喷嘴，17—多孔底板，18—空气压缩机，20—空气加热器，21—引风机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明:

实施例1：一种油包膜炭基缓释肥

它包括80~120质量份的生物炭，15~22质量份的硝酸钾，4~9质量份的磷酸二氢钾，1~3质量份的氯化钾，60~90质量份的生物油。

所述生物炭和生物油均来自小麦秸秆的热解过程，该小麦秸秆亩产量600kg左右，自身含有较丰富N，P，K养分及良好纤维结构。

所述热解过程设置热解初始温度为20℃，升温速率为20℃/min，目标温度为400℃，目标温度停留时间为2h，热解惰性气体为CO₂、N₂或水蒸气，气体流速为20ml/min，使秸秆热解制备成初始生物炭并研磨过1mm筛使粒径均匀。

实施例2：一种油包膜炭基缓释肥的结合方式，新型炭基缓释肥肥体组合成分由如上所述的组分构成，并以生物炭吸附吸附养分后再包生物油膜的形式组合。

实施例3：一种油包膜炭基缓释肥的制备流程，本流程最终产品为例2所述缓释肥肥体，它包括：

（1）收集小麦秸秆于60℃下进行烘干预处理；

（2）将烘干秸秆从加料口5加入到热解管7中，通过三段温度控制系统4设置热解初始温度为20℃，升温速率为20℃/min，目标温度为400℃，目标温度停留时间为2h，打开气阀1，通过N₂或CO₂气瓶2向热解管6中通入惰性气体CO₂或N₂，通过流量计3控制气体流速为20ml/min，使秸秆热解制备成初始生物炭并研磨过1mm筛使粒径均匀；

（3）将初始生物炭和KH₂PO₄和KNO₃溶液以一定的比例混合，以生物炭和N元素比例0.04~ 0.06，生物炭和P元素比例0.01 ~ 0.02确定，将混合物注入搅拌器8中进行搅拌混合均匀后静置24h,后混合液进入蒸发器9中进行低温加热，使得溶液蒸干；蒸干后得到负载了养分的生物炭，进入到造粒机10中，形成生物炭小颗粒；

（4）热解管6在加热过程中产生的热解气产品进入到冷凝器11中，经过冷凝作用形成生物油，并储存到储液罐12中备用；

（5）将负载养分后的生物炭小颗粒置于流化喷涂装置15的多孔底板17上，通过引风机21和空气加热器19向流化喷涂装置通入热空气，通过流量计20控制流化气速为1.0 ~ 3.0m/s，使生物炭保持流化态，使用生物油作为包膜材料，通过空气压缩机 20和高压喷头16使得生物油雾化喷出，雾化空气压为0.1 ~ 0.5 MPa，使生物炭颗粒均匀涂覆上一层生物油膜；

（6）将包膜后的炭基缓释肥倒入颗粒机中造粒，粒径为3.0~4.0mm；

（7）烘干成型。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但该实施例并非用以限制本发明的专利范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做修改或补充，但只要不脱离本发明的等效实施或变更，均应包含于本申请的保护范围内。

Claims (9)

1.一种生物油包膜炭基缓释肥，其特征在于：所述新型炭基缓释肥包括80~120质量份的生物炭，15~22质量份的硝酸钾，4~9质量份的磷酸二氢钾，1~3质量份的氯化钾，60~90质量份的生物油。

2.根据权利要求1所述的生物油包膜炭基缓释肥，其特征在于：所述生物炭自身含有一定量的N，P，K养分元素，其含量分别为：N（0.20% ~ 0.27%），P（0.02% ~ 0.03%），K（0.43% ~0.70%），且具有良好的孔隙结构，比表面积为：20 ~ 40m²/g，孔隙平均直径为5到7个纳米，有一定的初始肥力和较强的吸附负载能力，且经过1mm筛的筛选，粒径较均匀。

3.根据权利要求1所述的生物油包膜炭基缓释肥，其特征在于：所述生物油具有大量糖类物质和糖类衍生物，有良好的黏性与成膜特性。

4.根据权利要求1所述的生物油包膜炭基缓释肥，其特征在于：所述生物炭和生物油均来自同一批小麦秸秆的热解过程，该小麦秸秆亩产量600kg左右，自身含有较丰富N，P，K养分及良好纤维结构。

5.根据权利要求4所述的热解过程，其特征在于：热解温度为400℃~600℃，热解氛围为二氧化碳，氮气或水蒸气，气体流速为20ml/min，热解初始温度为20℃，在最高温度下的停留时间为2h。

6.一种生物油包膜炭基缓释肥肥体组合方式，其特征在于：该新型炭基缓释肥肥体组合成分由权利要求1所述的组分构成，并以生物炭吸附养分后再包生物油膜的形式组合。

7.根据权利要求5所述的生物油包膜炭基缓释肥肥体组合方式，其特征在于：所述生物炭吸附养分方式为N-P-K养分溶液吸附法。

8.根据权利求6所述的N-P-K养分溶液吸附法，其特征在于：所述N-P-K养分溶液中的N养分含量和加入生物炭质量的比例为：0.04 ~ 0.06，P养分含量和加入生物炭质量的比例为：0.01 ~ 0.02，K养分含量和加入生物炭质量的比例为：0.01 ~ 0.03。

9.一种生物油包膜炭基缓释肥的制备流程，其特征在于：

（1）收集小麦秸秆于60℃下进行烘干预处理；

（2）将烘干秸秆置于热解管中，设置热解初始温度为20℃，升温速率为20℃/min，目标温度为400℃，目标温度停留时间为2h，热解惰性气体为CO₂、N₂或水蒸气，气体流速为20ml/min，使秸秆热解制备成初始生物炭并研磨过1mm筛使粒径均匀；

（3）将初始生物炭和KH₂PO₄和KNO₃溶液以一定的比例混合，以生物炭和N元素比例0.04~ 0.06，生物炭和P元素比例0.01 ~ 0.02确定，进行搅拌混合均匀后静置24h,后将混合液进行低温加热，使得溶液蒸干；

（4）将负载养分后的生物炭倒入颗粒机中，使形成生物炭小颗粒；

（5）将生物炭小颗粒置于流化喷涂装置的多孔底板上，流化气速为1.0 ~ 3.0 m/s，使生物炭保持流化态，使用生物油作为包膜材料，雾化空气压为0.1 ~ 0.5 MPa，使生物炭颗粒均匀涂覆上一层生物油膜；

（6）烘干成型。