CN112062632A - 一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、制备共裂解生物炭基肥；制备天然材料薄膜的制备；天然材料薄膜的制备具体按照以下实施：将一定比例的蒸馏水、生物油和包膜材料加到三颈烧瓶中，在特定的速度下机械搅拌，直到形成乳液，得到天然材料薄膜；步骤2、将步骤1得到的共裂解生物炭基肥和天然材料薄膜混合均匀，加入到包膜机中，将其逐滴滴入5％的CaCl₂溶液中并持续搅拌，使得天然材料薄膜的制备均匀地包裹共裂解生物炭基肥，得到肥料颗粒，将所得肥料颗粒过滤并在烘箱中干燥、筛选，得到包膜生物炭缓释肥料，具有缓释性能、可降解的特点。

Description

一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法

技术领域

本发明属于化学工程技术与农业技术领域，涉及一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法。

背景技术

在过去的几十年里，在农业领域中，化肥使用量显著增加，而且随着粮食需求的持续增长，这一趋势还将继续。然而，大多数化学肥料由于其水溶性或挥发性，利用效果极差。以尿素为例，约70％的尿素流失到环境中，主要是由于它可以通过地表径流和挥发从农田中逸出或流失。另外，肥料的流失会对环境造成不利影响，例如，湖泊或河流中的藻华，主要是由肥料流失引起的。为了减少肥料的损失、提高肥料的利用率，缓释肥料越来越受到关注。因此，开发一种缓释肥料，以便更好地符合植物对养分的高效利用，同时减轻环境压力，具有重要的应用价值和市场前景。

缓释肥料在解决传统肥料的低利用效率和环境问题方面的潜力引起了人们的极大兴趣。到目前为止，已经开发出了各种缓释肥料，包括包膜肥料、聚合物基质肥料、吸附性肥料、生物炭肥料。对于这些缓释肥料，必须将化学肥料附着在合适的载体或包衣材料上。近年来，生物炭作为富碳多孔物质，因表面积大、结构多孔、稳定性强等独特特性，成为最有前途的缓释肥料载体材料之一。此外，生物炭成本低，对环境友好，而且可再生，这些理想的特性使其有更多的机会用于产业规模的应用。具体来说，生物炭可以作为化肥的优良载体，不仅可以实现养分在土壤中的缓慢释放，而且还可以改善土壤，如增强阳离子交换能力和保水能力。例如，Zhao等研究了磷肥和生物质的共热解生产生物炭缓释肥料，与原始生物炭相比，共裂解生物炭缓释肥料具有更加缓慢的释放速率。Lustosa Filho等人研究了家禽垃圾，磷酸盐和镁的共热解过程，以合成适合热带土壤的生物炭缓释肥料。

缓释肥料，特别是聚合物包膜肥料作为一种新型肥料，可以显著提高养分利用效率和作物产量。但是，有些材料的高成本和复杂的生产过程限制了它们的工业化生产和在农业领域的大规模应用。此外，有些以石油为基础的合成涂层材料是由不可再生资源制成的。残留的有机物是不可降解的，对土壤环境有潜在的危害。因此，发展可再生和低成本的涂层材料，以减少对环境的影响是必要和紧迫的。目前，可再生、可生物降解的涂层材料包括木质素、纤维素、海藻酸钠、纤维素、淀粉等，然而，这些肥料的使用寿命往往不到30天。因此，如何利用环保和可再生资源的材料，使得缓释肥料的缓释周期更加长久，是我们一直追求的目标。近期，Xie等人制备了一种超疏水生物聚合物包膜肥料，与未修饰的生物聚合物包膜肥料相比，其营养养分的缓释性能要好得多，并且在各种条件下也具有出色的耐久性能。Qi等人报道了一种玉米蛋白包膜的多孔羧甲基淀粉肥料，其中磷被多孔羧甲基淀粉吸收，然后被玉米蛋白包裹。多孔羧甲基淀粉肥料在水中的P累积释放在30天内仅为18％，这证明了其出色的缓释性能。然而，其释放速率有些太低也不利于植物生长，因此，开发满足植物生长需要的缓释速率恰当的缓释肥料及技术是迫切需求的。

发明内容

本发明的目的是提供一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法，具有缓释性能、可降解的特点。

本发明所采用的技术方案是，一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、制备共裂解生物炭基肥；制备天然材料薄膜的制备；

天然材料薄膜的制备具体按照以下实施：将一定比例的蒸馏水、生物油和包膜材料加到三颈烧瓶中，在特定的速度下机械搅拌，直到形成乳液，得到天然材料薄膜；

步骤2、将步骤1得到的共裂解生物炭基肥和天然材料薄膜混合均匀，加入到包膜机中，将其逐滴滴入5％的CaCl₂溶液中并持续搅拌，使得天然材料薄膜的制备均匀地包裹共裂解生物炭缓释肥料，得到肥料颗粒，将所得肥料颗粒过滤并在烘箱中干燥、筛选，得到包膜生物炭缓释肥料。

本发明的特点还在于：

步骤1中制备共裂解生物炭基肥具体按照以下实施：将生物质洗涤、粉碎，然后过筛，以获得细粉样品，然后将生物质、膨润土与磷酸盐充分混合，随后，将获得的样品转移到管式炉炉中进行热解，冷却至室温后收集，得到共裂解生物炭基肥。

磷酸盐为磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾的一种或两种。

膨润土采用纯化后的膨润土，膨润土纯化过程中固相与液相体积比为1:60—1:100，离心转速1000-2000r/min，过筛目数60-90。

生物质与膨润土粉末分散在水溶液中，棉秆粉末与膨润土与磷酸盐质量比为5-10:2-3:2-5，固相与液相体积比为1:5-1:15，机械搅拌器速度400-700r/min，搅拌时间30-60分钟。

样品在管式炉中进行裂解，样品与反应器体积比为1:25-1:50，温度为300-800℃，反应时间60-120分钟。

热解采用冷凝冷收集，用作膜材料的疏水介质。

步骤1中包膜材料为海藻酸钠和淀粉、纤维素、壳聚糖和麦芽糊精等一种或几种的天然物质。

步骤1中蒸馏水与生物油的比例为5:1-1:1，包膜材料固相与液相体积比为1:20-1:50，机械搅拌器速度400-700r/min，搅拌时间30-90分钟。

步骤2中包膜材料与生物炭基肥的比例为5:1-1:5，包膜机为大容量的注射器，针孔大小的范围为300-900微米，干燥温度为50-110℃。

本发明的有益效果是：本发明一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法，具有出色的缓释性能、绿色可降解的特点。与生物炭肥料相比，包膜生物炭的肥料表现出优异的磷缓释性能；包膜生物炭缓释肥料的P释放速率常数仅为生物炭基肥的一半，释放周期60天，释放量率73％-89％。此外，所制备的包膜生物炭缓释肥料表现出优异的降解性，60天内其的降解率高达72％，远高于常规的包膜肥料。另外，可以根据肥料的使用对象，调节裂解与包膜工艺，决定其肥料的缓释周期。

附图说明

图1是本发明一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法的工艺流程图；

图2是本发明一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法制备的包膜生物炭缓释肥料的释放动力学示意图；

图3是本发明一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法制备的包膜生物炭缓释肥料应用后发芽率、株高随时间的变化和最终根长、幼苗新鲜重量和干重、利用效率及其损失率的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、制备共裂解生物炭基肥；制备天然材料薄膜的制备；

天然材料薄膜的制备具体按照以下实施：将一定比例的蒸馏水、生物油和包膜材料加到三颈烧瓶中，在特定的速度下机械搅拌，直到形成乳液，得到天然材料薄膜；

步骤1中制备共裂解生物炭基肥具体按照以下实施：将生物质洗涤、粉碎，然后过筛，以获得细粉样品(<80目)，然后将生物质、膨润土与磷酸盐充分混合，随后，将获得的样品转移到管式炉炉中进行热解，冷却至室温后收集，得到共裂解生物炭基肥。磷酸盐为磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾的一种或两种。膨润土采用纯化后的膨润土，膨润土纯化过程中固相与液相体积比为1:60—1:100，离心转速1000-2000r/min，过筛目数60-90。生物质与膨润土粉末分散在水溶液中，棉秆粉末与膨润土与磷酸盐质量比为5-10:2-3:2-5，固相与液相体积比为1:5-1:15，机械搅拌器速度400-700r/min，搅拌时间30-60分钟。样品在管式炉中进行裂解，样品与反应器体积比为1:25-1:50，温度为300-800℃，反应时间60-120分钟。热解采用冷凝冷收集，用作膜材料的疏水介质。

步骤1中包膜材料为海藻酸钠和淀粉、纤维素、壳聚糖和麦芽糊精等一种或几种的天然物质。

步骤1中蒸馏水与生物油的比例为5:1-1:1，包膜材料固相与液相体积比为1:20-1:50，机械搅拌器速度400-700r/min，搅拌时间30-90分钟。

步骤2、将步骤1得到的共裂解生物炭基肥和天然材料薄膜混合均匀，加入到包膜机中，将其逐滴滴入5％(w/w)的CaCl₂溶液中并持续搅拌，使得天然材料薄膜的制备均匀地包裹共裂解生物炭基肥，得到肥料颗粒，将所得肥料颗粒过滤并在烘箱中干燥、筛选，得到包膜生物炭缓释肥料。制备工艺如图1所示。

步骤2中包膜材料与生物炭基肥的比例为5:1-1:5，包膜机为大容量的注射器，针孔大小的范围为300-900微米，干燥温度为50-110℃。

实施例1

首先将玉米秸秆洗涤、粉碎、过筛，以获得细粉样品(<80目)。将玉米秸秆(2g)，膨润土(1g)和KH₂PO₄(0.5g)混合并充分分散在100mL的蒸馏水中，机械搅拌30-60分钟，转速为500r/min。然后将这些混合物放入烘箱，在200℃下保温4h，干燥后取出，得到固体，随后进行研磨，然后将得到的固体粉末放入刚玉方舟中，随后放入管式炉，设定温度500℃，升温速率10℃/min，保温两小时，冷却至室温后取出，得到黑色的固体粉末，筛选以备后用。制备工艺如图1所示，将50mL的蒸馏水，10mL生物油加入三颈烧瓶中。机械搅拌30-60分钟，转速为500r/min，直到形成乳液。随后加入0.6g海藻酸钠，继续搅拌40分钟，直到溶液均匀，随后静置三小时。

将得到的共裂解生物炭基肥6g、天然材料薄膜溶液60mL搅拌均匀混合，随后转移到100mL大容量的注射器中，调节针头的大小为0.1毫米，保持在恒定的压力下，均匀的逐滴滴入5％(w/w)的CaCl₂中，在机械搅拌下，包膜材料均匀的包裹生物炭基肥。最后，所得肥料颗粒经干燥、筛选，得到新型包膜生物炭缓释肥料(CSRFs-a)。制备工艺如图1所示。

将得到的包膜生物炭缓释肥料，用于肥料缓释、植物促生、生物降解的性能验证。

肥料缓释：

取不同生物炭基肥，海藻酸钠包膜生物炭缓释肥料1g，装入400目尼龙袋中，装入200g土壤的塑料盆，埋于土壤表面以下5cm处。整个实验在室温下孵育60天。通过称重和添加蒸馏水使土壤含水量保持在40％左右。定期取出装有生物炭基肥，包膜生物炭缓释肥料的尼龙网袋，测量其中磷的残留量。结果显示生物炭基肥缓释30天后全部缓释完毕，海藻酸钠包膜生物炭缓释肥料在60天后磷释放量为89％，如图2(CSRFs-a)所示，图中NPK+Bi(商用肥料与生物炭混合)，BSRFs(共裂解生物炭基肥)，CSRFs-a(海藻酸钠包膜生物炭缓释肥)，CSRFs-b(海藻酸钠+淀粉包膜生物炭缓释肥)，CSRFs-c(海藻酸钠+纤维素包膜生物炭缓释肥)，CSRFs-d(海藻酸钠+木质素包膜生物炭缓释肥)，CSRFs-e(海藻酸钠+羧甲基纤维素包膜生物炭缓释肥)。

植物促生：

生物炭肥料，CSRFs-a包膜生物炭缓释肥料分为两组；每组有四个平行测试。称取土壤200-300g，放置在花盆中，加入一定量水，保持湿度40％，然后分别向土壤中加入3g不同的生物炭肥料，包膜生物炭缓释肥料。在每个花盆中播种10粒辣椒种子，观察并计数成功萌发的种子。幼苗生长60天后，将辣椒植株从每个花盆中小心取出，测定植株株高、根长、鲜重和干重。采用以下方法对磷的浸出损失和利用效率进行了评价。首先，估算了200g土壤和3g生物炭肥料，CSRFs-a包膜生物炭缓释肥料中有效磷含量。然后对不同的辣椒植株进行干燥、粉碎、消化，测定其磷含量。采用浸出法将花盆剩余的磷洗出，最后根据百分比计算磷和钾的利用效率和浸出损失。结果如图3(CSRFs-a)所示。

微生物降解：

通过样品的失重来测定生物炭肥料，包膜生物炭缓释肥料的降解性。称取0.1g生物炭肥料，CSRFs-a包膜生物炭缓释肥料，放置在400目的尼龙布袋中。土壤的湿度保持在60％的重量，样品埋在土壤10cm深度，孵化周期120天。每隔10天取出埋在地下的样品，洗涤、干燥。然后将样本称重，确定损失的重量，代表降解后样品质量。结果表明生物炭肥料具有良好的稳定性，降解率仅为5％，包膜生物炭缓释肥料具有良好的降解能力，降解率为72.34％。

实施例2

首先将玉米秸秆洗涤、粉碎、过筛，以获得细粉样品(<80目)。将玉米秸秆(2g)，膨润土(1g)和KH₂PO₄(0.6g)混合并充分分散在100mL的蒸馏水中，机械搅拌30-60分钟，转速为500r/min。然后将这些混合物放入烘箱，在200℃下保温4h，干燥后取出，得到固体，随后进行研磨，然后将得到的固体粉末放入刚玉方舟中，随后放入管式炉，设定温度500℃，升温速率10℃/min，保温两小时，冷却至室温后取出，得到黑色的固体粉末，筛选以备后用。制备工艺如图1所示。将50mL的蒸馏水，10mL生物油加入三颈烧瓶中。机械搅拌30-60分钟，转速为500r/min，直到形成乳液。随后加入0.6g海藻酸钠，0.6g淀粉，继续搅拌40分钟，直到溶液均匀，随后静置三小时。将得到的共裂解生物炭基肥6g、天然材料薄膜溶液60mL搅拌均匀混合，随后转移到100mL大容量的注射器中，调节针头的大小为0.1毫米，保持在恒定的压力下，均匀的逐滴滴入5％(w/w)的CaCl₂中，在机械搅拌下，包膜材料均匀的包裹生物炭基肥。最后，所得肥料颗粒经干燥、筛选，得到新型包膜生物炭缓释肥料(CSRFs-b)。制备工艺如图1所示。将得到的包膜生物炭缓释肥料，用于肥料缓释、植物促生、生物降解的性能验证。

肥料缓释：

取不同生物炭肥料，CSRFs-b包膜生物炭缓释肥料1g，装入400目尼龙袋中，装入200g土壤的塑料盆，埋于土壤表面以下5cm处。整个实验在室温下孵育60天。通过称重和添加蒸馏水使土壤含水量保持在40％左右。定期取出装有生物炭肥料，CSRFs-b包膜生物炭缓释肥料的尼龙网袋，测量其中磷的残留量。结果显示生物炭肥料缓释30天后全部缓释完毕，CSRFs-b包膜生物炭缓释肥料在60天后磷释放量为83％。如图2(CSRFs-b)所示。

植物促生：

生物炭肥料，CSRFs-b包膜生物炭缓释肥料分为两组；每组有四个平行测试。称取土壤200-300g，放置在花盆中，加入一定量水，保持湿度40％，然后分别向土壤中加入3g不同的生物炭肥料，CSRFs-b包膜生物炭缓释肥料。在每个花盆中播种10粒辣椒种子，观察并计数成功萌发的种子。幼苗生长60天后，将辣椒植株从每个花盆中小心取出，测定植株株高、根长、鲜重和干重。采用以下方法对磷的浸出损失和利用效率进行了评价。首先，估算了200g土壤和3g生物炭肥料，3g CSRFs-b包膜生物炭缓释肥料中有效磷含量。然后对不同的辣椒植株进行干燥、粉碎、消化，测定其磷含量。采用浸出法将花盆剩余的磷洗出，最后根据百分比计算磷和钾的利用效率和浸出损失。结果如图3(CSRFs-b)所示。

微生物降解：

通过样品的失重来测定生物炭肥料、CSRFs-b包膜生物炭缓释肥料的降解性。称取0.1g生物炭肥料，CSRFs-b包膜生物炭缓释肥料，放置在400目的尼龙布袋中。土壤的湿度保持在60％的重量，样品埋在土壤10cm深度，孵化周期120天。每隔10天取出埋在地下的样品，洗涤、干燥。然后将样本称重，确定损失的重量，代表降解后样品质量。结果表明生物炭肥料具有良好的稳定性，降解率仅为5％，淀粉包膜生物炭缓释肥料具有良好的降解能力，降解率为70.14％

实施例3

首先将玉米秸秆洗涤、粉碎、过筛，以获得细粉样品(<80目)。将玉米秸秆(2g)，膨润土(1.5g)和KH₂PO₄(0.8g)混合并充分分散在100mL的蒸馏水中，机械搅拌30-60分钟，转速为500r/min。然后将这些混合物放入烘箱，在200℃下保温4h，干燥后取出，得到固体，随后进行研磨，然后将得到的固体粉末放入刚玉方舟中，随后放入管式炉，设定温度500℃，升温速率10℃/min，保温两小时，冷却至室温后取出，得到黑色的固体粉末，筛选以备后用。制备工艺如图1所示；将50mL的蒸馏水，10mL生物油加入三颈烧瓶中。机械搅拌30-60分钟，转速为500r/min，直到形成乳液。随后加入0.6g海藻酸钠、0.6g纤维素，继续搅拌40分钟，直到溶液均匀，随后静置三小时。

将得到的共裂解生物炭基肥6g、天然材料薄膜溶液60mL搅拌均匀混合，随后转移到100mL大容量的注射器中，调节针头的大小为0.1毫米，保持在恒定的压力下，均匀的逐滴滴入5％(w/w)的CaCl₂中，在机械搅拌下，包膜材料均匀的包裹生物炭基肥。最后，所得肥料颗粒经干燥、筛选，得到新型包膜生物炭缓释肥料(CSRFs-c)。

将得到的包膜生物炭缓释肥料，用于肥料缓释、植物促生、生物降解的性能验证。

肥料缓释：

取不同生物炭肥料，CSRFs-c包膜生物炭缓释肥料1g，装入400目尼龙袋中，装入200g土壤的塑料盆，埋于土壤表面以下5cm处。整个实验在室温下孵育60天。通过称重和添加蒸馏水使土壤含水量保持在40％左右。定期取出装有生物炭肥料，CSRFs-c包膜生物炭缓释肥料的尼龙网袋，测量其中磷的残留量。结果显示生物炭肥料缓释30天后全部缓释完毕，CSRFs-c包膜生物炭缓释肥料在60天后磷释放量为73％。如图2(CSRFs-c)所示。

植物促生：

生物炭肥料，CSRFs-c包膜生物炭缓释肥料分为两组；每组有四个平行测试。称取土壤200-300g，放置在花盆中，加入一定量水，保持湿度40％，然后分别向土壤中加入3g不同的生物炭肥料、CSRFs-c包膜生物炭缓释肥料。在每个花盆中播种10粒辣椒种子，观察并计数成功萌发的种子。幼苗生长60天后，将辣椒植株从每个花盆中小心取出，测定植株株高、根长、鲜重和干重。采用以下方法对磷的浸出损失和利用效率进行了评价。首先，估算了200g土壤和3g生物炭肥料，CSRFs-c包膜生物炭缓释肥料中有效磷含量。然后对不同的辣椒植株进行干燥、粉碎、消化，测定其磷含量。采用浸出法将花盆剩余的磷洗出，最后根据百分比计算磷和钾的利用效率和浸出损失。结果如图3(CSRFs-c)所示。

微生物降解：

通过样品的失重来测定生物炭肥料，包膜生物炭缓释肥料的降解性。称取0.1g生物炭肥料，CSRFs-c包膜生物炭缓释肥料，放置在400目的尼龙布袋中。土壤的湿度保持在60％的重量，样品埋在土壤10cm深度，孵化周期120天。每隔10天取出埋在地下的样品，洗涤、干燥。然后将样本称重，确定损失的重量，代表降解后样品质量。结果表明生物炭肥料具有良好的稳定性，降解率仅为5％，CSRFs-c包膜生物炭缓释肥料具有良好的降解能力，降解率为76.41％

实施例4

首先将玉米秸秆洗涤、粉碎、过筛，以获得细粉样品(<80目)。将玉米秸秆(2g)，膨润土(1.2g)和KH₂PO₄(0.5g)混合并充分分散在100mL的蒸馏水中，机械搅拌30-60分钟，转速为500r/min。然后将这些混合物放入烘箱，在200℃下保温4h，干燥后取出，得到固体，随后进行研磨，然后将得到的固体粉末放入刚玉方舟中，随后放入管式炉，设定温度500℃，升温速率10℃/min，保温两小时，冷却至室温后取出，得到黑色的固体粉末，筛选以备后用。制备工艺如图1所示。将50mL的蒸馏水，10mL生物油加入三颈烧瓶中。机械搅拌30-60分钟，转速为500r/min，直到形成乳液。随后加入0.6g海藻酸钠，0.6g木质素，继续搅拌40分钟，直到溶液均匀，随后静置三小时。

将得到的共裂解生物炭基肥6g、天然材料薄膜溶液60mL搅拌均匀混合，随后转移到100mL大容量的注射器中，调节针头的大小为0.1毫米，保持在恒定的压力下，均匀的逐滴滴入5％(w/w)的CaCl₂中，在机械搅拌下，包膜材料均匀的包裹生物炭肥料。最后，所得肥料颗粒经干燥、筛选，得到新型包膜生物炭缓释肥料(CSRFs-d)。制备工艺如图1所示。将得到的新型包膜生物炭缓释肥料，用于肥料缓释、植物促生、生物降解的性能验证。

肥料缓释：

取不同生物炭肥料，CSRFs-d包膜生物炭缓释肥料1g，装入400目尼龙袋中，装入200g土壤的塑料盆，埋于土壤表面以下5cm处。整个实验在室温下孵育60天。通过称重和添加蒸馏水使土壤含水量保持在40％左右。定期取出装有生物炭肥料，CSRFs-d包膜生物炭缓释肥料的尼龙网袋，测量其中磷的残留量。结果显示生物炭肥料缓释30天后全部缓释完毕，CSRFs-d包膜生物炭缓释肥料在60天后磷释放量为80％。如图2(CSRFs-d)所示。

植物促生：

生物炭肥料，CSRFs-d包膜生物炭缓释肥料分为两组；每组有四个平行测试。称取土壤200-300g，放置在花盆中，加入一定量水，保持湿度40％，然后分别向土壤中加入3g不同的生物炭肥料，CSRFs-d包膜生物炭缓释肥料。在每个花盆中播种10粒辣椒种子，观察并计数成功萌发的种子。幼苗生长60天后，将辣椒植株从每个花盆中小心取出，测定植株株高、根长、鲜重和干重。采用以下方法对磷的浸出损失和利用效率进行了评价。首先，估算了200g土壤和3g生物炭肥料，CSRFs-d包膜生物炭缓释肥料中有效磷含量。然后对不同的辣椒植株进行干燥、粉碎、消化，测定其磷含量。采用浸出法将花盆剩余的磷洗出，最后根据百分比计算磷和钾的利用效率和浸出损失。结果如图3(CSRFs-d)所示。

微生物降解：

通过样品的失重来测定生物炭肥料，CSRFs-d包膜生物炭缓释肥料的降解性。称取0.1g生物炭肥料，CSRFs-d包膜生物炭缓释肥料，放置在400目的尼龙布袋中。土壤的湿度保持在60％的重量，样品埋在土壤10cm深度，孵化周期120天。每隔10天取出埋在地下的样品，洗涤、干燥。然后将样本称重，确定损失的重量，代表降解后样品质量。结果表明生物炭肥料具有良好的稳定性，降解率仅为5％，CSRFs-d包膜生物炭缓释肥料具有良好的降解能力，降解率为76.23％。

实施例5

首先将玉米秸秆洗涤、粉碎、过筛，以获得细粉样品(<80目)。将玉米秸秆(2g)，膨润土(1.2g)和KH₂PO₄(0.8g)混合并充分分散在100mL的蒸馏水中，机械搅拌30-60分钟，转速为500r/min。然后将这些混合物放入烘箱，在200℃下保温4h，干燥后取出，得到固体，随后进行研磨，然后将得到的固体粉末放入刚玉方舟中，随后放入管式炉，设定温度500℃，升温速率10℃/min，保温两小时，冷却至室温后取出，得到黑色的固体粉末，筛选以备后用。制备工艺如图1所示。将50mL的蒸馏水，10mL生物油加入三颈烧瓶中。机械搅拌30-60分钟，转速为500r/min，直到形成乳液。随后加入0.6g海藻酸钠，0.6g羧甲基纤维素，继续搅拌40分钟，直到溶液均匀，随后静置三小时。

将得到的共裂解生物炭基肥6g、天然材料薄膜溶液60mL搅拌均匀混合，随后转移到100mL大容量的注射器中，调节针头的大小为0.1毫米，保持在恒定的压力下，均匀的逐滴滴入5％(w/w)的CaCl₂中，在机械搅拌下，包膜材料均匀的包裹生物炭基肥。最后，所得肥料颗粒经干燥、筛选，得到新型包膜生物炭缓释肥料(CSRFs-e)。制备工艺如图1所示。

将得到的新型包膜生物炭缓释肥料，用于肥料缓释、植物促生、生物降解的性能验证。

肥料缓释：

取不同生物炭肥料，CSRFs-e包膜生物炭缓释肥料1g，装入400目尼龙袋中，装入200g土壤的塑料盆，埋于土壤表面以下5cm处。整个实验在室温下孵育60天。通过称重和添加蒸馏水使土壤含水量保持在40％左右。定期取出装有生物炭肥料，包膜生物炭缓释肥料的尼龙网袋，测量其中磷的残留量。结果显示生物炭肥料缓释30天后全部缓释完毕，CSRFs-e包膜生物炭缓释肥料在60天后磷释放量为78％。如图2(CSRFs-e)所示。

植物促生：

生物炭肥料，CSRFs-e包膜生物炭缓释肥料分为两组；每组有四个平行测试。称取土壤200-300g，放置在花盆中，加入一定量水，保持湿度40％，然后分别向土壤中加入3g不同的生物炭肥料，CSRFs-e包膜生物炭缓释肥料。在每个花盆中播种10粒辣椒种子，观察并计数成功萌发的种子。幼苗生长60天后，将辣椒植株从每个花盆中小心取出，测定植株株高、根长、鲜重和干重。采用以下方法对磷的浸出损失和利用效率进行了评价。首先，估算了200g土壤和3g生物炭肥料，CSRFs-e包膜生物炭缓释肥料中有效磷含量。然后对不同的辣椒植株进行干燥、粉碎、消化，测定其磷含量。采用浸出法将花盆剩余的磷洗出，最后根据百分比计算磷和钾的利用效率和浸出损失。结果如图3(CSRFs-e)所示。

微生物降解：

通过样品的失重来测定生物炭肥料，包膜生物炭缓释肥料的降解性。称取0.1g生物炭肥料，CSRFs-e包膜生物炭缓释肥料，放置在400目的尼龙布袋中。土壤的湿度保持在60％的重量，样品埋在土壤10cm深度，孵化周期120天。每隔10天取出埋在地下的样品，洗涤、干燥。然后将样本称重，确定损失的重量，代表降解后样品质量。结果表明生物炭肥料具有良好的稳定性，降解率仅为5％，CSRFs-e包膜生物炭缓释肥料具有良好的降解能力，降解率为78.11％。

本发明一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法，具有出色的缓释性能、绿色可降解的特点。保留了植物必需营养素(P、K)，在裂解过程，膨润土对棉秆起到了催化作用，该包膜生物炭基肥料比表面积26.23—82.78m²/g，孔径主要分布在

与生物炭肥料相比，包膜生物炭缓释肥料表现出优异的磷缓释性能；包膜生物炭缓释肥料的P释放速率常数仅为生物炭基肥料的一半，释放周期60天，释放量率73％-89％。此外，所制备的包膜生物炭缓释肥料表现出优异的降解性，60天内其的降解率高达72％，远高于常规的包膜肥料。另外，可以根据肥料的使用对象，调节裂解与包膜工艺，决定其肥料的缓释周期，不仅工艺技术简单、原料成本廉价，而且缓释肥料产品的养分缓释性能优良，具有降低土壤环境压力的优势。

Claims (10)

1.一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、制备共裂解生物炭基肥；制备天然材料薄膜的制备；

天然材料薄膜的制备具体按照以下实施：将一定比例的蒸馏水、生物油和包膜材料加到三颈烧瓶中，在特定的速度下机械搅拌，直到形成乳液，得到天然材料薄膜；

步骤2、将步骤1得到的共裂解生物炭基肥和天然材料薄膜混合均匀，加入到包膜机中，将其逐滴滴入5％的CaCl₂溶液中并持续搅拌，使得天然材料薄膜的制备均匀地包裹共裂解生物炭基肥，得到肥料颗粒，将所得肥料颗粒过滤并在烘箱中干燥、筛选，得到包膜生物炭缓释肥料。

2.根据权利要求1所述的一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法，其特征在于，所述步骤1中制备共裂解生物炭基肥具体按照以下实施：将生物质洗涤、粉碎，然后过筛，以获得细粉样品，然后将生物质、膨润土与磷酸盐充分混合，随后，将获得的样品转移到管式炉炉中进行热解，冷却至室温后收集，得到共裂解生物炭基肥。

3.根据权利要求2所述的一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法，其特征在于，所述磷酸盐为磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾的一种或两种。

4.根据权利要求2所述的一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法，其特征在于，所述膨润土采用纯化后的膨润土，膨润土纯化过程中固相与液相体积比为1:60—1:100，离心转速1000-2000r/min，过筛目数60-90。

5.根据权利要求2所述的一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法，其特征在于，所述生物质与膨润土粉末分散在水溶液中，棉秆粉末与膨润土与磷酸盐质量比为5-10:2-3:2-5，固相与液相体积比为1:5-1:15，机械搅拌器速度400-700r/min，搅拌时间30-60分钟。

6.根据权利要求2所述的一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法，其特征在于，所述样品在管式炉中进行裂解，样品与反应器体积比为1:25-1:50，温度为300-800℃，反应时间60-120分钟。

7.根据权利要求2所述的一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法，其特征在于，所述的热解采用冷凝冷收集，用作膜材料的疏水介质。

8.根据权利要求1所述的一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法，其特征在于，所述步骤1中包膜材料为海藻酸钠和淀粉、纤维素、壳聚糖和麦芽糊精等一种或几种的天然物质。

9.根据权利要求1所述的一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法，其特征在于，所述步骤1中蒸馏水与生物油的比例为5:1-1:1，包膜材料固相与液相体积比为1:20-1:50，机械搅拌器速度400-700r/min，搅拌时间30-90分钟。

10.根据权利要求1所述的一种包膜生物炭缓释肥料的合成方法，其特征在于，所述步骤2中包膜材料与生物炭肥料的比例为5:1-1:5，包膜机为大容量的注射器，针孔大小的范围为300-900微米，干燥温度为50-110℃。

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