CN112624843A - 一种缓释型炭基复合肥及其生产方法 - Google Patents

一种缓释型炭基复合肥及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种缓释型炭基复合肥及其生产方法，涉及肥料加工技术领域，本发明以碳化稻壳作为基质，通过添加尿素、碳化稻壳、腐植酸钾、磷酸二铵等物质制得炭基复合肥，所制复合肥属于缓释肥，能够取得提高营养物质的利用率、延长肥效时间的作用效果；并且虽然所制复合肥属于粉体，但由于防结块剂的添加而有效地解决了常规粉体肥料所存在的吸潮或受压后易结块的问题。

Description

一种缓释型炭基复合肥及其生产方法
技术领域：
本发明涉及肥料加工技术领域，具体涉及一种缓释型炭基复合肥及其生产方法。
背景技术：
炭基肥，是一种以生物质炭为基质，根据不同区域土地特点、不同作物生长特点以及科学施肥原理，添加有机质或/和无机质配制而成的生态环保型肥料，行业内又称“碳基肥”。
生物质炭是生物质通过热解的方法在缺氧或者低氧条件下制备的一种富含孔隙结构、含碳量高的碳化物质。制备生物质炭的原料很多，如木材、农作物秸秆、果壳、有机废弃物等，这些都可以作为原料。炭基肥利用生物炭的多孔性能以及较强的吸附能力，与各种有机养分、无机养分、有益微生物巧妙地结合，从而改善土壤的团粒结构，提高土壤保水保肥的能力，增强微生物的活力，提高肥料的利用率，同时能够净化土壤微生态环境，减少化肥农药的使用量。本发明基于炭基肥的独特优势，开发出一种新型炭基复合肥，利用其缓释作用来延长肥效，减少施肥次数，提高养分利用率。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种缓释型炭基复合肥及其生产方法，通过原料的筛选和组合制得具有缓释效果的炭基复合肥，从而在施肥后科学地向土壤中释放营养物质，提高营养物质的利用率，延长肥料一次施肥后的作用时间，防止烧苗和肥力流失问题的发生。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种缓释型炭基复合肥，由以下重量份数的原料制成：
尿素30-50份、碳化稻壳20-40份、腐植酸钾5-15份、磷酸二铵5-15份、硅烷偶联剂5-15份、糖蜜1-10份、微量元素1-10份、防结块剂1-10份、聚天门冬氨酸1-10份、微生物菌剂0.05-0.5份。
所述糖蜜选自甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、葡萄糖蜜、玉米糖蜜中的至少一种。
所述微量元素选自硼砂、硫酸锌、硫酸铜、硫酸镁、钼酸铵、螯合铁中的至少一种。
所述防结块剂为滑石粉。
所述防结块剂为十二烷基苯磺酸钠。
所述微生物菌剂选自固氮微生物菌剂、解磷微生物菌剂中的至少一种。
上述缓释型炭基复合肥的生产方法，包括以下步骤：
(1)向碳化稻壳中加入硅烷偶联剂，混合均匀后进行微波处理，并进行高温焙烧，得到膨化碳化稻壳；
(2)向膨化碳化稻壳中加入尿素，并加热至100-120℃研磨，得到物料I；
(3)将腐植酸钾、磷酸二铵、糖蜜、微量元素、防结块剂、聚天门冬氨酸和微生物菌剂混合后利用超微粉碎机制成粉体，得到物料II；
(4)将物料I和物料II混合后分装，得到缓释型炭基复合肥。
所述微波处理为间歇式微波处理，微波处理的功率为500-1000W，微波处理的总时间为15-60min。
所述间歇式微波处理的方式为先微波处理1-3min后停止2-5min，再微波处理1-3min后停止2-5min，如此循环直至微波处理的总时间为15-60min。此处总时间不包括停止时间。
所述高温焙烧的温度为400-500℃，时间为1-4h。
在微波作用下，利用硅烷偶联剂的亲和性使其渗透到碳化稻壳的内部，并经膨化作用扩大碳化稻壳的空隙结构，再经高温焙烧使硅烷偶联剂发生分解，从而增大碳化稻壳的比表面积，增强碳化稻壳的吸附性能。
由于尿素的吸湿强，如果直接将尿素加入肥料中，存在分散不均匀以及易团聚的问题，从而影响肥料的均一性，致使尿素无法充分发挥其肥效。鉴于这一问题，本发明在生产上述复合肥时，将尿素与膨化碳化稻壳高温混合，在保证尿素不分解的前提下，利用膨化碳化稻壳的吸附性来包合尿素，并利用膨化碳化稻壳的疏水性来减弱尿素的吸湿性。
本发明以碳化稻壳作为基质，不仅利用其丰富的孔隙结构和较大的比表面积来固定肥料中的营养物质以起到肥力缓释的作用，还能利用其含有的氮、磷、钾等元素来增强肥料的肥力，并且能疏松土壤、改善土壤的透气性、吸附土壤中的重金属及有机污染物，从而起到改良土壤的作用。
颗粒状和粉状肥料在高温、高湿以及外界压力增大条件下极易结块，对已结块的肥料在施用前需要进行破碎，这给施肥工作带来了极大的不便。为了防止肥料的结块，添加防结块剂属于最简便的方法。目前常用的防结块剂主要包括两种，一种是采用如滑石粉、高岭土、膨润土等可吸收颗粒表面水分的天然矿物，但这类物质在吸附水分后自身也会结块，并不能有效解决肥料的结块问题；另一种是采用如十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚等表面活性剂，通过降低毛细管吸附力来达到防结块的效果，但由于防结块作用有限，因此需要增大添加量才能取得很好地防结块效果。为了解决上述问题，本发明采用3-(二丙基氨基羰基)丙酸和二丁基硼酸乙醇胺酯经酰胺化反应制备了新化合物，并将该新化合物作为肥料的防结块剂，经研究发现该化合物可以发挥更优的防结块性能，所遵循的作用机理是通过降低毛细管吸附力来达到防结块的效果。
所述防结块剂是由摩尔比1:1的3-(二丙基氨基羰基)丙酸和二丁基硼酸乙醇胺酯经缩合反应制成的化合物。
Figure BDA0002851038600000031
在缩合剂作用下，3-(二丙基氨基羰基)丙酸和二丁基硼酸乙醇胺酯脱去一分子水生成上述结构的化合物。
本发明的有益效果是：本发明以碳化稻壳作为基质，通过添加尿素、碳化稻壳、腐植酸钾、磷酸二铵等物质制得炭基复合肥，所制复合肥属于缓释肥，能够取得提高营养物质的利用率、延长肥效时间的作用效果；并且虽然所制复合肥属于粉体，但由于防结块剂的添加而有效地解决了常规粉体肥料所存在的吸潮或受压后易结块的问题。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
碳化稻壳购自怀远县圣保保温材料有限公司，腐植酸钾购自灵石县横博生物科技中心，甜菜糖蜜购自济南洪德化工有限公司，滑石粉购自莱州市向阳滑石有限公司，胶质芽孢杆菌菌剂购自湖北启明生物工程有限公司。
实施例1
炭基复合肥的生产：
(1)向30份碳化稻壳中加入8份硅烷偶联剂KH560，混合均匀后进行微波处理(微波处理的功率为1000W，微波处理的总时间为30min，所述间歇式微波处理的方式为先微波处理2min后停止3min，再微波处理2min后停止3min，如此循环直至微波处理的总时间为30min)，并在温度为420℃下进行高温焙烧2.5h，得到膨化碳化稻壳；
(2)向步骤(1)制备的膨化碳化稻壳中加入35份尿素，并加热至110℃研磨1h，得到物料I；
(3)将12份腐植酸钾、10份磷酸二铵、5份甜菜糖蜜、2份微量元素(硼砂、硫酸锌、硫酸铜、硫酸镁、钼酸铵各1份)、5份滑石粉、2份聚天门冬氨酸和0.5份胶质芽孢杆菌菌剂混合后利用超微粉碎机制成粉体，得到物料II；
(4)将步骤(2)制备的物料I和步骤(3)制备的物料II混合后分装，得到缓释型炭基复合肥。
实施例2
实施例2与实施例1的复合肥制备方法相同，不同的是将防结块剂由滑石粉替换为十二烷基苯磺酸钠。
炭基复合肥的生产：
(1)向30份碳化稻壳中加入8份硅烷偶联剂KH560，混合均匀后进行微波处理(微波处理的功率为1000W，微波处理的总时间为30min，所述间歇式微波处理的方式为先微波处理2min后停止3min，再微波处理2min后停止3min，如此循环直至微波处理的总时间为30min)，并在温度为420℃下进行高温焙烧2.5h，得到膨化碳化稻壳；
(2)向步骤(1)制备的膨化碳化稻壳中加入35份尿素，并加热至110℃研磨1h，得到物料I；
(3)将12份腐植酸钾、10份磷酸二铵、5份甜菜糖蜜、2份微量元素(硼砂、硫酸锌、硫酸铜、硫酸镁、钼酸铵各1份)、5份十二烷基苯磺酸钠、2份聚天门冬氨酸和0.5份胶质芽孢杆菌菌剂混合后利用超微粉碎机制成粉体，得到物料II；
(4)将步骤(2)制备的物料I和步骤(3)制备的物料II混合后分装，得到缓释型炭基复合肥。
对比例1
对比例1与实施例1的复合肥制备方法相同，不同的是没有添加硅烷偶联剂KH560。
炭基复合肥的生产：
(1)将30份碳化稻壳进行微波处理(微波处理的功率为1000W，微波处理的总时间为30min，所述间歇式微波处理的方式为先微波处理2min后停止3min，再微波处理2min后停止3min，如此循环直至微波处理的总时间为30min)，并在温度为420℃下进行高温焙烧2.5h，得到膨化碳化稻壳；
(2)向步骤(1)制备的膨化碳化稻壳中加入35份尿素，并加热至110℃研磨1h，得到物料I；
(3)将12份腐植酸钾、10份磷酸二铵、5份甜菜糖蜜、2份微量元素(硼砂、硫酸锌、硫酸铜、硫酸镁、钼酸铵各1份)、5份滑石粉、2份聚天门冬氨酸和0.5份胶质芽孢杆菌菌剂混合后利用超微粉碎机制成粉体，得到物料II；
(4)将步骤(2)制备的物料I和步骤(3)制备的物料II混合后分装，得到缓释型炭基复合肥。
实施例3
实施例3与实施例1的复合肥制备方法相同，不同的是将防结块剂由滑石粉替换为自制防结块剂。
自制防结块剂的制备：向500mL DMF中加入0.050mol 3-(二丙基氨基羰基)丙酸和0.050mol二丁基硼酸乙醇胺酯，搅拌溶解后加入0.055mol DCC和0.055mol DMAP，加热至50℃保温反应8h，反应结束后加500mL水搅拌30min，抽滤，滤渣水洗3次，置于70℃烘箱中干燥除水，破碎成粉体，过200目筛。1H NMR(DMSO-d6,400MHz),δ:8.02(s,1H),4.11(t,2H),3.34(t,2H),3.18(t,4H),2.49(s,4H),1.58(m,4H),1.26-1.30(m,12H),0.89-0.87(m,12H)；ESI-MS:m/z＝369.32[M+1]+.
炭基复合肥的生产：
(1)向30份碳化稻壳中加入8份硅烷偶联剂KH560，混合均匀后进行微波处理(微波处理的功率为1000W，微波处理的总时间为30min，所述间歇式微波处理的方式为先微波处理2min后停止3min，再微波处理2min后停止3min，如此循环直至微波处理的总时间为30min)，并在温度为420℃下进行高温焙烧2.5h，得到膨化碳化稻壳；
(2)向步骤(1)制备的膨化碳化稻壳中加入35份尿素，并加热至110℃研磨1h，得到物料I；
(3)将12份腐植酸钾、10份磷酸二铵、5份甜菜糖蜜、2份微量元素(硼砂、硫酸锌、硫酸铜、硫酸镁、钼酸铵各1份)、5份自制防结块剂、2份聚天门冬氨酸和0.5份胶质芽孢杆菌菌剂混合后利用超微粉碎机制成粉体，得到物料II；
(4)将步骤(2)制备的物料I和步骤(3)制备的物料II混合后分装，得到缓释型炭基复合肥。
对比例2
对比例2与实施例1的复合肥制备方法相同，不同的是将防结块剂由滑石粉替换为3-(二丙基氨基羰基)丙酸和二丁基硼酸乙醇胺酯的混合物。
炭基复合肥的生产：
(1)向30份碳化稻壳中加入8份硅烷偶联剂KH560，混合均匀后进行微波处理(微波处理的功率为1000W，微波处理的总时间为30min，所述间歇式微波处理的方式为先微波处理2min后停止3min，再微波处理2min后停止3min，如此循环直至微波处理的总时间为30min)，并在温度为420℃下进行高温焙烧2.5h，得到膨化碳化稻壳；
(2)向步骤(1)制备的膨化碳化稻壳中加入35份尿素，并加热至110℃研磨1h，得到物料I；
(3)将12份腐植酸钾、10份磷酸二铵、5份甜菜糖蜜、2份微量元素(硼砂、硫酸锌、硫酸铜、硫酸镁、钼酸铵各1份)、5份由摩尔比1:1的3-(二丙基氨基羰基)丙酸和二丁基硼酸乙醇胺酯组成的混合物、2份聚天门冬氨酸和0.5份胶质芽孢杆菌菌剂混合后利用超微粉碎机制成粉体，得到物料II；
(4)将步骤(2)制备的物料I和步骤(3)制备的物料II混合后分装，得到缓释型炭基复合肥。
将上述实施例和对比例制备的复合肥进行25kg袋式包装，再将复合肥置于50kg重物下受压，试验环境温度为35℃，相对湿度为80％，再将复合肥从1m高处自由落下两次(上下面各一次)，称重m0，然后用7mm的筛子筛分5min，对残留在筛子上的复合肥称重m1，计算结块率。结块率＝(m1/m0)×100％，结果见表1。
表1
编号 受压15天结块率/％ 受压30天结块率/％
实施例1 3.1 5.5
实施例2 2.5 4.3
对比例1 6.8 10.2
实施例3 1.3 2.0
对比例2 5.2 9.4
从表1可以看出，本发明通过不同防结块剂的添加能够不同程度的改善复合肥的结块问题，而本发明自制防结块剂能够取得优于滑石粉和十二烷基苯磺酸钠的防结块效果；另外，本发明对碳化稻壳和糖蜜的预处理也能够改善复合肥的结块问题，因为该预处理能够有利于防结块剂在复合肥中的均匀分散，从而发挥预期的防结块效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种缓释型炭基复合肥，其特征在于：由以下重量份数的原料制成：
尿素30-50份、碳化稻壳20-40份、腐植酸钾5-15份、磷酸二铵5-15份、硅烷偶联剂5-15份、糖蜜1-10份、微量元素1-10份、防结块剂1-10份、聚天门冬氨酸1-10份、微生物菌剂0.05-0.5份。
2.根据权利要求1所述的缓释型炭基复合肥，其特征在于：所述糖蜜选自甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、葡萄糖蜜、玉米糖蜜中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的缓释型炭基复合肥，其特征在于：所述微量元素选自硼砂、硫酸锌、硫酸铜、硫酸镁、钼酸铵、螯合铁中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的缓释型炭基复合肥，其特征在于：所述防结块剂为滑石粉。
5.根据权利要求1所述的缓释型炭基复合肥，其特征在于：所述防结块剂为十二烷基苯磺酸钠。
6.根据权利要求1所述的缓释型炭基复合肥，其特征在于：所述微生物菌剂选自固氮微生物菌剂、解磷微生物菌剂中的至少一种。
7.权利要求1-6任意一项所述的缓释型炭基复合肥的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)向碳化稻壳中加入硅烷偶联剂，混合均匀后进行微波处理，并进行高温焙烧，得到膨化碳化稻壳；
(2)向膨化碳化稻壳中加入尿素，并加热至100-120℃研磨，得到物料I；
(3)将腐植酸钾、磷酸二铵、糖蜜、微量元素、防结块剂、聚天门冬氨酸和微生物菌剂混合后利用超微粉碎机制成粉体，得到物料II；
(4)将物料I和物料II混合后分装，得到缓释型炭基复合肥。
8.根据权利要求7所述的缓释型炭基复合肥的生产方法，其特征在于：所述微波处理为间歇式微波处理，微波处理的功率为500-1000W，微波处理的总时间为15-60min。
9.根据权利要求8所述的缓释型炭基复合肥的生产方法，其特征在于：所述间歇式微波处理的方式为先微波处理1-3min后停止2-5min，再微波处理1-3min后停止2-5min，如此循环直至微波处理的总时间为15-60min。此处总时间不包括停止时间。
10.根据权利要求7所述的缓释型炭基复合肥的生产方法，其特征在于：所述高温焙烧的温度为400-500℃，时间为1-4h。
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