CN116874337B - 一种液体生物缓释肥料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液体生物缓释肥料及其制备方法，所述液体生物缓释肥料包括：厨余垃圾发酵液、复配生物微胶囊、腐植酸、增稠剂，所述复配生物微胶囊包括复配生物芯材和包覆所述复配生物芯材的壳材，所述壳材包含接枝聚乙烯醇的改性壳聚糖；所述复配生物芯材包括经氨基硅油包覆的第一芯材和经海藻酸盐包覆的第二芯材，第一芯材包含哈茨木霉，第二芯材包含枯草芽孢杆菌；所述厨余垃圾发酵液通过复配发酵菌剂发酵厨余垃圾，且过滤除渣制得。本发明通过高效利用厨余垃圾、糖蜜等废弃料，并配合复配生物微胶囊等组分，形成了营养成分全面、稳定和缓释效果好、环境友好、价格低廉的液体缓释肥。
Description
技术领域
本发明涉及有机肥料技术领域，尤其涉及一种液体生物缓释肥料及其制备方法。
背景技术
就目前厨余垃圾处理处置与资源化利用方面来看，常规的资源化技术主要有厌氧发酵、好氧堆肥、饲料化、填埋、脱水干燥焚烧发电等，其中的厌氧发酵和好氧堆肥，因其能源化优势，已经成为了厨余垃圾资源化利用的主流技术。
原生厨余垃圾的主要成分为淀粉、纤维素、蛋白质、油脂等大分子物质，含有-COOH、-OH、C＝C等特征官能团，具有发生自由基聚合反应特性，使厨余垃圾主成分聚合交联进而向更大分子物质转化，同时所得产品可进一步应用于农业或环境领域，实现厨余垃圾营养成分的高效回收与资源化利用。
发明CN115043680A公开了一种采用厨余垃圾制备肥料的方法，通过厨余垃圾处理、制备调理剂污泥混合物、混合发酵，进一步制备肥料，实现降低最终肥料的盐分，降低肥料的EC值。然而该肥料原料的成本较高，同时各组分在混合前需要对其进行研磨，然而研磨的时间较长，在一定程度上增加了工作的时间，降低了工作效率，不便于普遍使用，且现有的肥料在存放的过程中，容易受外界环境湿度的影响，使肥料中的营养物质发生变化，从而在一定程度上降低了其使用的效率，降低了使用率。
相比固体肥料普遍存在吸潮结块等问题，液体肥料以其生产成本低、功能配方易调整等优势，日益受到青睐。由于其速溶、均匀的优点，液体肥料是灌溉设备施肥的首选肥料。由于其即用性，无需搅拌溶解，非常适合自动化施肥。在灌溉技术及自动化施肥普及的国家，液体肥料得到广泛的应用。
发明CN115974600A公开了一种液体有机厨余垃圾处理和资源化利用的方法，包括：首先筛选出厨余垃圾中的无机物，将剩余的有机厨余打浆，得到液体有机厨余垃圾；将厨余垃圾处理用复合菌粉与载体混合均匀，得到复合菌剂；将液体有机厨余垃圾、锯末与复合菌剂混合均匀，进行好氧发酵，测定产物。其中厨余垃圾处理用复合菌粉至少包括：热带假丝酵母、嗜热脂肪芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、醋化醋杆菌奥尔兰亚种、巨大芽孢杆菌、白色念珠菌中的三种；其投加量为3 ~ 8%，该液体有机厨余垃圾具有较高的降解率、除臭性能，同时能够达到较好的资源化利用效果。然而，该产品基本只依赖厨余垃圾处理物，营养成分有限，均衡性欠佳。
此外，液体肥料从透明度看，可分为清液肥料和悬浮肥料。但大部分情况下清液肥料生产要求高、养分含量较低（25%左右），且不方便远距离运输。而悬浮肥料中由于养分粒子大多数是以悬浮态存在的，所以悬浮肥料中的养分含量很高，有的悬浮肥料的养分含量高达50%以上，且成本低廉，质量稳定，成为本领域的研发热点。
因此，如何提供一种营养成分全面、环境友好、价格低廉、缓释效果好的液体缓释肥并将其应用于作物种植中是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种利用厨余垃圾和糖蜜的液体生物缓释肥料及制备方法，通过将含菌剂芯材的复配生物微胶囊、厨余垃圾和糖蜜的发酵混合液等有机营养物质配合，得到缓释效果好，营养成分全面，环境友好，肥料利用率高，肥效好的液体生物缓释肥料。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种液体生物缓释肥料，所述液体生物缓释肥料包括以下原料组分：
厨余垃圾发酵液 30-50份
复配生物微胶囊 10-20份
腐植酸 10-20份
增稠剂 5-10份
所述复配生物微胶囊包括复配生物芯材和包覆所述复配生物芯材的壳材，所述壳材包含接枝聚乙烯醇的改性壳聚糖；
所述复配生物芯材包括经氨基硅油包覆的第一芯材和经海藻酸盐包覆的第二芯材，第一芯材包含哈茨木霉，第二芯材包含枯草芽孢杆菌；
所述厨余垃圾发酵液通过复配发酵菌剂发酵厨余垃圾，且过滤除渣制得。
厨余垃圾是指居民日常生活及食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的垃圾，包括丢弃不用的菜叶、剩菜、剩饭、果皮、蛋壳、茶渣、骨头等。本发明利用厨余垃圾发酵形成的发酵液提供液体基质，再配合复配生物微胶囊等悬浮养分，得到了营养全面、肥力全面且使用方便的液体肥料。其中，复配生物微胶囊通过微胶囊包覆技术保护生物菌类，使得菌剂能够稳定地悬浮于液体肥料，并利用微胶囊的缓释技术，调控菌类的释放时间，达到缓释调控作用。
哈茨木霉可以充分抑制植物根系周围病原真菌的生长和定植，有效的控制根部病害的发生；枯草芽孢杆菌可以在植物生长的土壤中快速、大量繁衍和定植，有效地阻止病原微生物的繁殖，干扰植物病原微生物对植物侵染，破坏病原微生物在植物上的定植，从而达到抑菌控病效果。
枯草芽孢杆菌，是芽孢杆菌属的一种，广泛分布在土壤及腐败的有机物中，易在枯草浸汁中繁殖。它能分解并抑制土壤中病菌、害虫的滋生，为作物根系的健康生长提供良好的环境；能够诱导植物产生抗性并促进植物生长，产生类似细胞分裂素、植物生长激素的物质，使植物不受病原菌的侵害，并诱导作物产生吲哚乙酸等物质，提高作物生长刺激素的水平，从而促进作物更加健康的生长繁殖。枯草芽孢杆菌分泌的活性物质，能够激活植物防御系统，增强作物的免疫力与抗病性，减轻或消除病原菌对植株的危害。
氨基硅油的疏水作用，使微胶囊在水中具有较强的稳定性，使本发明的有机缓释肥料在雨水天气能够具有较高的稳定性，提高了有机肥料的利用率。海藻肥的主要成分是从海藻中提取的有利于植物生长发育的天然生物活性物质和矿物质营养元素，其中，本发明使用的海藻酸盐，是天然土壤调理剂，它能促进土壤团粒结构的形成，改善土壤内部孔隙空间，协调土壤中固、液、气三者比例，恢复由于土壤负担过重和化学污染而失去的天然胶质平衡，增加土壤生物活动，能够提高肥力和减轻农药、化肥中的有害物质对土壤的污染，有利于根系生长，提高作物的抗逆性。
壳聚糖(CS)是一种由几丁质脱乙酰化得到的来源丰富的天然高分子，它具有无毒、可生物解、可吸附重金属等诸多优点，采用壳聚糖作为微胶囊的原材料，使微胶囊展现出了优异的可生物降解性能，是一种能够在环境、农业等领域长期应用的理想材料。同时，壳聚糖分子链上含有大量的-NH2和-OH，在重金属吸附方面也具有一定的效果。
优选的，按质量百分比计，所述腐植酸包括以下组分：
70%以上的水溶性腐植酸，
10%以下的水不溶物，
以及20%以下的水；
所述增稠剂为黄原胶与刺槐树胶以质量比（2-5）：1复配。
腐植酸具有很强的缓冲酸碱变化的能力，可形成酸碱缓冲剂，进行酸碱调节。腐植酸是动植物残体，主要是植物的残体，经过微生物的分解和转化合成，以及地球物理、化学的一系列相互作用过程形成的一类富含羧基、酚羟基、醌基、羰基、甲氧基等多种活性官能团的非均一脂肪-芳香族无定形有机高分子混合物。本发明的生物缓释肥料中使用腐植酸，能增强作物的抗逆性抗病性，防治植物病害，并能改良土壤团粒结构，降低中微量元素在土壤中的固化程度，且螯合土壤中微量营养元素，促进作物微量元素的吸收与运转，利于作物吸收和利用，进而全面调节作物的生长发育。在本发明提供的腐植酸的重量比例范围内，可使得作物对中微量元素和有机质具有较高的吸收率。
此外，采用一定量的增稠剂调节形成稳定的悬浮体系，有效将营养元素稳定分散在液态基体中，形成高养分的液体肥料。
优选的，厨余垃圾发酵液通过如下步骤制备：
（1）将厨余垃圾分选除杂，粉碎打浆，得到有机厨余垃圾液；
（2）向有机厨余垃圾液中加入复配发酵菌剂，复配发酵菌剂用量为有机厨余垃圾液重量的5-20%，搅拌均匀静置，在温度35-45℃持续发酵24-72h；
（3）升温至55-70℃，供氧反应5-7天，降至常温，静置5-7天，过滤除渣得到厨余垃圾发酵液。
其中，所述复配发酵菌剂优选包含枯草芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、酵母菌、链霉菌、放线菌、假单胞菌、微杆菌、纤维单胞菌和曲霉菌中的至少二种，且复配发酵菌剂的活菌数≥5×109CFU/mL。
优选的，在加入复配发酵菌剂之前或者同时，向有机厨余垃圾液中加入糖蜜，所述糖蜜为甘蔗糖蜜，泛酸含量为30-37mg/kg，CP含量为3％-6％，含糖量为42％-50％；发酵过滤后，糖蜜发酵液与厨余垃圾发酵液质量比为（25-40）：（30-50）。
糖蜜是将甘蔗或甜菜精炼成糖的粘稠物质。糖蜜发酵液中富含中微量元素，可以作为作物的必需营养元素进行补充，减少肥料的使用量。糖蜜含有高质量的有机质，可以提高土壤的保水保肥能力，增加肥效，减少肥料的使用量，同时能加快土壤矿化和腐殖化进程。大量的糖蜜发酵液施入土里，还可以增加土壤微生物的多样性，促进土壤微生物的生物量及其活动，起到改良土壤的作用。糖蜜含有多种有益氨基酸，如苏氨酸、门冬氨酸、缬氨酸等，能有效提高作物品质。糖蜜可以增加土壤中各种酶的活性，促进土壤中被固定的各种元素的活化与植物对其的吸收，同时刺激作物根系的生长，促进作物对养分的吸收，提高作物产量。糖蜜的适用场景广泛，在干旱胁迫条件下可促进作物生长，在盐碱土中施用能够降低土壤电导率，减少植物中脯氨酸的渗出，进而提高作物的抗盐胁迫力。
优选的，第一芯材和第二芯材还包含改性介孔二氧化硅，所述复配生物芯材的制备方法包括以下步骤：
S1：制备第一芯材和第二芯材
S1.1 将哈茨木霉、改性介孔二氧化硅以质量比1：（1-5）混合均匀，造粒得到第一芯材颗粒；
S1.2 将枯草芽孢杆菌、改性介孔二氧化硅以质量比1：（1-5）混合均匀，造粒得到第二芯材颗粒；
S2：包覆处理
S2.1 所述第一芯材颗粒分散在氨基硅油中，过滤干燥，得到氨基硅油包覆的第一芯材；
S2.2 配置海藻酸钠水溶液和CaCl2溶液，将所述第二芯材颗粒加入到海藻酸钠水溶液中形成分散液，将分散液喷射入CaCl2溶液中，过滤干燥，形成海藻酸盐包覆的第二芯材；
S2.3 将经包覆的第一芯材与第二芯材按质量比1：（1-10）混合，得到复配生物芯材。
其中，优选所述改性介孔二氧化硅通过如下步骤制备：
S1、制备介孔二氧化硅
S1.1将CTAB与浓度1-3mol/L的NaOH溶液搅拌均匀；
S1.2滴加TEOS，在70-90℃下剧烈搅拌1-3 h，离心洗涤烘干，得到白色沉淀物；
S1.3将白色沉淀物研磨后与酸性甲醇溶液混合，回流冷凝，70-90℃磁力搅拌回流6-10 h;
S1.4用去离子水超声分散洗涤，高速离心后干燥，得到介孔二氧化硅；
S2、等离子表面活化处理
控制真空度为1×10-2至10×10-2Pa，升温至80-120℃，通入氩气，采用真空下氩气等离子体对介孔二氧化硅表面活化处理，处理时间为1-5min。
介孔二氧化硅由于其高比表、骨架结构稳定且具有缓释作用，因此可以有效装载和输送不同大小和种类的肥料成分并控制其释放速度，故使用介孔二氧化硅作为载体，能显著增强内部化肥颗粒的固定效果，避免缓释肥料在运输及使用过程中所可能导致的化肥颗粒的脱落，从而有效保证了缓释肥料的化肥负载量和化肥缓释效果。
优选的，所述复配生物微胶囊的制备方法包括以下步骤：
步骤一：在环己烷中加入山梨糖醇酐油酸酯和十二烷基苯磺酸钠，搅拌5-15min，得到混合溶液；
步骤二：将壳聚糖/聚乙烯醇前驱体加入混合溶液，在氮气氛围下搅拌20-45min；
步骤三：加入过硫酸钾和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，升温至60-80℃，以500-800rpm的速率搅拌反应1-1.5h，降至室温，得到壳材溶液；
步骤四：将复配生物芯材加入壳材溶液中，搅拌均匀，再加入浓度为0.2-1g/L的离子交联剂溶液，搅拌得到均质液，离子交联剂与壳聚糖质量比为1：（30-50）；
步骤五：将均质液在负压干燥腔内雾化，通入35-45℃干燥气体进行低温喷雾干燥，得到所述复配生物微胶囊。
优选的，所述壳聚糖/聚乙烯醇前驱体的制备方法为：
步骤一：配置壳聚糖醋酸水溶液和聚乙烯醇水溶液；优选的，壳聚糖的质量浓度为1-5%，醋酸的质量浓度为1-6%，聚乙烯醇水溶液的质量浓度3-5%；
步骤二：将壳聚糖醋酸水溶液、聚乙烯醇水溶液搅拌混合，超声处理30-50min，得到共混液；
步骤三：向共混液中缓慢滴加浓度为0.2-1g/L的离子交联剂溶液，搅拌反应，得到壳聚糖/聚乙烯醇前驱体；离子交联剂与壳聚糖的质量比为 1:（50-100）。
其中，上述离子交联剂为焦磷酸钠、三聚磷酸钠、四聚磷酸钠、六偏磷酸钠中的至少一种。优选使用三聚磷酸钠，将三聚磷酸钠白色颗粒充分溶解于磷酸缓冲盐溶液内，使其充分溶解，制备浓度0.2-1g/L，优选0.4-0.8g/L的三聚磷酸钠溶液。
以三聚磷酸钠为例，其对壳聚糖的交联原理为，三聚磷酸钠分子中含有多个负电荷的磷酸根离子，而壳聚糖分子中则有多个氨基阳离子和羟基等官能团，磷酸根离子和氨基阳离子通过静电相互作用，生成一个磷酸根离子和两个或三个氨基阳离子交联的结构，形成多个三聚磷酸钠与壳聚糖形成的交联网络结构。这种交联形式形成的壳聚糖与三聚磷酸钠的交联物在溶液中具有类似胶体的特性，且具有良好的生物兼容性和生物可降解性。
本发明在制备微胶囊的过程中，通过两次加入三聚磷酸钠，具有不同作用。第一次在制备壳聚糖/聚乙烯醇前驱体时加入少量的三聚磷酸钠，能够形成胶体低聚物，有利于固定壳聚糖与聚乙烯醇的均匀性和区域比例。第二次在壳聚糖微球化时再加入少量三聚磷酸钠，对壳聚糖的形貌进行固定。
除了对壳聚糖的交联作用外，三聚磷酸钠本身也可作为肥料，具有提高土壤肥力、促进植物生长等优势，但需控制其用量，以防对土壤和植物产生负面影响。
第二方面，本发明提供一种所述的液体生物缓释肥料的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备厨余垃圾发酵液；
（2）制备复配生物微胶囊；
（3）将复配生物微胶囊、腐植酸和增稠剂加入厨余垃圾发酵液中，混合均匀，得到所述液体生物缓释肥料。
本发明提供的液体生物缓释肥料，其优点具体在于：
1.用厨余垃圾及糖蜜作为肥料主要成分，对生活废物进行利用，对环境友好的同时，为作物提供丰富中微量元素、高质量的有机质、有益氨基酸等提高肥效，改善土壤。
2.在肥料中加入哈茨木霉及枯草芽孢杆菌阻止病原微生物的繁殖，干扰植物病原微生物对植物侵染，达到抑菌控病等效果，同时具备促进作物生长的作用。
3.采用介孔二氧化硅作为载体以固定和释控生物菌剂，以微生物胶囊形式悬浮于液体肥料中，可以持续可控的为肥料受体缓释哈茨木霉及枯草芽孢杆菌等微生物，延长肥料作用时间提高肥效；并利用介孔二氧化硅纳米尺寸效应，起到副增稠剂的作用，进一步长期稳定本液体生物缓释肥料。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明作进一步地详细描述。
本发明中使用的生物菌剂购买来源为：
枯草芽孢杆菌，保藏编号: CCTCC M2015483；
哈茨木霉，保藏编号：CCTCC M2018520；
嗜热脂肪芽孢杆菌，保藏编号：CGMCC No.15559；
地衣芽孢杆菌，保藏编号：CCTCC M2020162；
蜡状芽孢杆菌，保藏编号：CGMCC No.6635；
巨大芽孢杆菌，保藏编号：CGMCC No.21828；
酵母菌，保藏编号：CICC 31854；
链霉菌，保藏编号：CGMCC 4.6961；
放线菌，保藏编号：CICC 10650；
假单胞菌，保藏号：CICC 20572；
微杆菌，保藏编号：CGMCC 1.8072；
纤维单胞菌，保藏编号：CGMCC 1.1002；
曲霉菌，保藏编号：CGMCC 3.13904。
市售菌剂均有多种购买来源，上述购买来源及保藏编号并不代表对本发明所使用的菌剂来源的限制，仅供实验参考。
本发明的液体生物缓释肥料，其中各原料组分具体包括：
（1）厨余垃圾发酵液30-50份，所述厨余垃圾优选经分选后，对其中的有机物进行后续的发酵制肥处理；
（2）优选的糖蜜发酵液25-40份，糖蜜可选自甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、葡萄糖蜜和玉米糖蜜中的一种或多种，优选甘蔗糖蜜，其泛酸含量为30-37mg/kg，CP含量为3％-6％，含糖量为42％-50％；
（3）复配生物微胶囊10-20份，复配生物微胶囊包括复配生物芯材和包覆所述复配生物芯材的壳材，所述壳材包含接枝聚乙烯醇的改性壳聚糖；复配生物芯材包括经氨基硅油包覆的第一芯材和经海藻酸盐包覆的第二芯材，第一芯材包含哈茨木霉，第二芯材包含枯草芽孢杆菌，第一芯材和第二芯材还包含改性介孔二氧化硅，介孔二氧化硅尺寸在2-50nm，用作菌类载体；该复配生物微胶囊通过负压低温喷雾干燥法制备粒径在50μm以下，优选30μm以下，且5μm≤D90≤20μm（D90表示90%的颗粒尺寸在所测得的尺寸值）；
（4）腐植酸10-20份，按质量百分比计，所述腐植酸包括以下组分：70%以上的水溶性腐植酸，10%以下的水不溶物以及20%以下的水；
（5）增稠剂5-10份，增稠剂选自黄原胶、刺槐树胶中至少一种，优选增稠剂为黄原胶与刺槐树胶以质量比（2-5）：1复配。
所述液体生物缓释肥料具体制备方法如下：
1.制备含厨余垃圾发酵液和糖蜜发酵液的发酵混合液：
1.1将厨余垃圾分选除杂，将有机无机物等进行分离，将分离出的有机物进行粉碎打浆，得到有机厨余垃圾液；
1.2向有机厨余垃圾液中加入糖蜜混合均匀，再加入复配发酵菌剂，或者将糖蜜与复配发酵菌剂同时加入有机厨余垃圾液中，复配发酵菌剂用量为有机厨余垃圾液重量的5-20%，搅拌均匀静置，在温度35-45℃持续发酵24-72h；
其中，复配发酵菌剂包含枯草芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、酵母菌、链霉菌、放线菌、假单胞菌、微杆菌、纤维单胞菌和曲霉菌中的至少二种，且复配发酵菌剂的活菌数≥5×109CFU/mL；
1.3升温至55-70℃，供氧反应5-7天，降至常温，静置5-7天，过滤除渣得到厨余垃圾发酵液和糖蜜发酵液的发酵混合液；
此外，如果肥料无需加入糖蜜发酵液成分，步骤1.2可将复配发酵菌剂直接加入有机厨余垃圾液中，之后的处理过程可参考上述步骤1.2和步骤1.3，得到厨余垃圾发酵液。
2.制备复配生物微胶囊：
2.1 制备改性介孔二氧化硅
S1、制备介孔二氧化硅
S1.1将CTAB与浓度1-3mol/L的NaOH溶液搅拌均匀；
S1.2滴加TEOS，在70-90℃下剧烈搅拌1-3 h，离心洗涤烘干，得到白色沉淀物；
S1.3将白色沉淀物研磨后与酸性甲醇溶液混合，回流冷凝，70-90℃磁力搅拌回流6-10 h;
S1.4用去离子水超声分散洗涤，高速离心后干燥，得到介孔二氧化硅；
S2、等离子表面活化处理
控制真空度为1×10-2至10×10-2Pa，升温至80-120℃，通入氩气，采用真空下氩气等离子体对介孔二氧化硅表面活化处理，处理时间为1-5min；
2.2 制备复配生物芯材：
S1：制备第一芯材和第二芯材
S1.1 将哈茨木霉、改性介孔二氧化硅以质量比1：（1-5）混合均匀，造粒得到第一芯材颗粒；
S1.2 将枯草芽孢杆菌、改性介孔二氧化硅以质量比1：（1-5）混合均匀，造粒得到第二芯材颗粒；
S2：包覆处理
S2.1 所述第一芯材颗粒分散在氨基硅油中，过滤干燥，得到氨基硅油包覆的第一芯材；
S2.2 配置海藻酸钠水溶液和CaCl2溶液，将所述第二芯材颗粒加入到海藻酸钠水溶液中形成分散液，将分散液喷射入CaCl2溶液中，过滤干燥，形成海藻酸盐包覆的第二芯材；
S2.3 将经包覆的第一芯材与第二芯材按质量比1：（1-10）混合，得到复配生物芯材。
2.3制备壳聚糖/聚乙烯醇前驱体：
步骤一：配置壳聚糖醋酸水溶液，壳聚糖的质量浓度为1-5%，醋酸的质量浓度为1-6%；将聚乙烯醇溶于水，得到质量浓度3-5%的聚乙烯醇水溶液；
步骤二：将壳聚糖醋酸水溶液、聚乙烯醇水溶液搅拌混合，超声处理30-50min，得到共混液；
步骤三：向共混液中缓慢滴加浓度为0.2-1g/L的离子交联剂溶液，搅拌反应，得到壳聚糖/聚乙烯醇前驱体；离子交联剂与壳聚糖的质量比为 1:（50-100）；
2.4.制备复配生物微胶囊：
步骤一：在环己烷中加入山梨糖醇酐油酸酯和十二烷基苯磺酸钠，搅拌5-15min，得到混合溶液；
步骤二：将壳聚糖/聚乙烯醇前驱体加入混合溶液，在氮气氛围下搅拌20-45min；
步骤三：加入过硫酸钾和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，升温至60-80℃，以500-800rpm的速率搅拌反应1-1.5h，降至室温，得到壳材溶液；
步骤四：将复配生物芯材加入壳材溶液中，搅拌均匀；再缓慢加入浓度为0.2-1g/L的离子交联剂溶液，搅拌得到均质液，离子交联剂与壳聚糖质量比为1：（30-50）；
步骤五：将均质液在负压干燥腔内雾化，通入35-45℃干燥气体进行低温喷雾干燥，得到所述复配生物微胶囊。
实施例1
本实施例的液体生物缓释肥料的各原料组分具体包括：
（1）厨余垃圾发酵液30份；
（2）甘蔗糖蜜发酵液30份，所述甘蔗糖蜜的泛酸含量为37mg/kg，CP含量为5％，含糖量为48％；
（3）复配生物微胶囊15份，包括复配生物芯材和包覆所述复配生物芯材的壳材，所述壳材包含接枝聚乙烯醇的改性壳聚糖，复配生物芯材包括经氨基硅油包覆的第一芯材和经海藻酸盐包覆的第二芯材，第一芯材包含哈茨木霉，第二芯材包含枯草芽孢杆菌；
（4）腐植酸15份，按质量百分比计，所述腐植酸包括以下组分：82%的水溶性腐植酸，8%的水不溶物以及10%的水；
（5）增稠剂10份，黄原胶与刺槐树胶以质量比4：1复配。
本液体生物缓释肥料具体制备方法如下：
1.制备含厨余垃圾发酵液和糖蜜发酵液的发酵混合液：
1.1将厨余垃圾分选除杂，将有机无机物等进行分离，将分离出的有机物进行粉碎打浆，得到有机厨余垃圾液；
1.2向有机厨余垃圾液中加入甘蔗糖蜜混合均匀，再加入复配发酵菌剂，复配发酵菌剂用量为有机厨余垃圾液重量的15%，搅拌均匀静置，在温度40±2℃持续发酵48h；其中，复配发酵菌剂包含等质量复配的地衣芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、放线菌、假单胞菌、微杆菌、纤维单胞菌和曲霉菌，且复配发酵菌剂的活菌数≥5×109CFU/mL；
1.3升温至65℃，供氧反应6天，降至常温，静置6天，过滤除渣得到含厨余垃圾发酵液和糖蜜发酵液的发酵混合液。
2.制备复配生物微胶囊：
2.1 制备复配生物芯材：
S1：准备哈茨木霉作为第一芯材、枯草芽孢杆菌作为第二芯材；
S2：包覆处理
S2.1 所述第一芯材分散在氨基硅油中，过滤干燥，得到氨基硅油包覆的第一芯材；
S2.2 配置海藻酸钠水溶液和CaCl2溶液，将所述第二芯材加入到海藻酸钠水溶液中形成分散液，将分散液喷射入CaCl2溶液中，过滤干燥，形成海藻酸盐包覆的第二芯材；
S2.3 将经包覆的第一芯材与第二芯材按质量比1：4混合，得到复配生物芯材。
2.3制备壳聚糖/聚乙烯醇前驱体：
步骤一：配置壳聚糖醋酸水溶液，壳聚糖的质量浓度为3%，醋酸的质量浓度为5%；将聚乙烯醇溶于水，得到质量浓度4%的聚乙烯醇水溶液；
步骤二：将壳聚糖醋酸水溶液、聚乙烯醇水溶液搅拌混合，超声处理40min，得到共混液；
步骤三：向共混液中滴加浓度为0.5g/L的三聚磷酸钠溶液，三聚磷酸钠与壳聚糖的质量比为 1:60，搅拌反应，得到壳聚糖/聚乙烯醇前驱体；
2.4.制备复配生物微胶囊：
步骤一：在环己烷中加入山梨糖醇酐油酸酯和十二烷基苯磺酸钠，搅拌10min，得到混合溶液；
步骤二：将壳聚糖/聚乙烯醇前驱体加入混合溶液，在氮气氛围下搅拌30min；
步骤三：加入过硫酸钾和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，升温至70℃，以600rpm的速率搅拌反应1.5h，降至室温，得到壳材溶液；
步骤四：将复配生物芯材加入壳材溶液中，搅拌均匀，再缓慢加入0.5g/L的三聚磷酸钠溶液，搅拌得到均质液；三聚磷酸钠与壳聚糖质量比为1:40；
步骤五：将均质液在负压干燥腔内雾化，通入40±2℃干燥气体进行低温喷雾干燥，得到所述复配生物微胶囊，微胶囊粒径约为5-20μm，D90约为13μm。
3.将复配生物微胶囊、腐植酸和增稠剂加入发酵混合液，混合均匀，得到所述液体生物缓释肥料。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，使用了改性介孔二氧化硅作为菌剂载体，即第一芯材包含哈茨木霉和改性介孔二氧化硅，第二芯材包含枯草芽孢杆菌和改性介孔二氧化硅。
本液体生物缓释肥料的各原料组分具体包括：
（1）厨余垃圾发酵液30份；
（2）甘蔗糖蜜发酵液30份，所述甘蔗糖蜜的泛酸含量为37mg/kg，CP含量为5％，含糖量为48％；
（3）复配生物微胶囊20份，复配生物微胶囊包括复配生物芯材和包覆所述复配生物芯材的壳材，所述壳材包含接枝聚乙烯醇的改性壳聚糖；所述复配生物芯材包括经氨基硅油包覆的第一芯材和经海藻酸盐包覆的第二芯材，第一芯材包含质量比1:2的哈茨木霉和改性介孔二氧化硅，第二芯材包含质量比1:2的枯草芽孢杆菌和改性介孔二氧化硅；
（4）腐植酸15份，按质量百分比计，所述腐植酸包括以下组分：82%的水溶性腐植酸，8%的水不溶物以及10%的水；
（5）增稠剂10份，增稠剂选自黄原胶、刺槐树胶中至少一种，优选增稠剂为黄原胶与刺槐树胶以质量比4：1复配。
本液体生物缓释肥料具体制备方法如下：
1.制备含厨余垃圾发酵液和糖蜜发酵液的发酵混合液（与实施例1相同，此处略）；
2.制备复配生物微胶囊：
2.1 制备改性介孔二氧化硅
S1、制备介孔二氧化硅
S1.1将CTAB与浓度2mol/L的NaOH溶液搅拌均匀；
S1.2滴加TEOS，在80℃下剧烈搅拌2 h，离心洗涤烘干，得到白色沉淀物；
S1.3将白色沉淀物研磨后与酸性甲醇溶液混合，回流冷凝，80℃磁力搅拌回流8h;
S1.4用去离子水超声分散洗涤，高速离心后干燥，得到介孔二氧化硅，粒径约为10-25nm；
S2、等离子表面活化处理
控制真空度为3×10-2Pa，升温至100℃，通入氩气，采用真空下氩气等离子体对介孔二氧化硅表面活化处理，处理时间为3min；
2.2 制备复配生物芯材：
S1：制备第一芯材和第二芯材
S1.1 将哈茨木霉、改性介孔二氧化硅以质量比1：2混合均匀，造粒得到第一芯材颗粒；
S1.2 将枯草芽孢杆菌、改性介孔二氧化硅以质量比1：2混合均匀，造粒得到第二芯材颗粒；
S2：包覆处理
S2.1 所述第一芯材颗粒分散在氨基硅油中，过滤干燥，得到氨基硅油包覆的第一芯材；
S2.2 配置海藻酸钠水溶液和CaCl2溶液，将所述第二芯材颗粒加入到海藻酸钠水溶液中形成分散液，将分散液喷射入CaCl2溶液中，过滤干燥，形成海藻酸盐包覆的第二芯材；
S2.3 将经包覆的第一芯材与第二芯材按质量比1：2混合，得到复配生物芯材。
2.3制备壳聚糖/聚乙烯醇前驱体（与实施例1相同，此处略）；
2.4.制备复配生物微胶囊（与实施例1相同，此处略），得到粒径约为5-25μm，D90约为16μm的复配生物微胶囊。
3.将复配生物微胶囊、腐植酸和增稠剂加入发酵混合液，混合均匀，得到所述液体生物缓释肥料。
实施例3
本实施例与实施例2的区别在于，液体生物缓释肥料中原料组分含量不同，具体包括：
厨余垃圾发酵液 40份
糖蜜发酵液 35份
复配生物微胶囊 20份
腐植酸 20份
增稠剂 10份。
实施例4
本实施例与实施例2的区别在于，液体生物缓释肥料中原料组分含量不同，具体包括：
厨余垃圾发酵液 50份
糖蜜发酵液 40份
复配生物微胶囊 20份
腐植酸 20份
增稠剂 10份。
实施例5
本实施例与实施例2的区别在于，不使用糖蜜发酵液，液体生物缓释肥料中原料组分具体包括：
厨余垃圾发酵液 30份
复配生物微胶囊 20份
腐植酸 15份
增稠剂 10份。
制备方法主要区别在于，仅制备厨余垃圾发酵液：
1.1将厨余垃圾分选除杂，将有机无机物等进行分离，将分离出的有机物进行粉碎打浆，得到有机厨余垃圾液；
1.2向有机厨余垃圾液中加入复配发酵菌剂，复配发酵菌剂用量为有机厨余垃圾液重量的10%，搅拌均匀静置，在温度40±2℃持续发酵48h；其中，复配发酵菌剂包含等质量复配的地衣芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、放线菌、假单胞菌、微杆菌、纤维单胞菌和曲霉菌，且复配发酵菌剂的活菌数≥5×109CFU/mL；
1.3升温至65℃，供氧反应6天，降至常温，静置6天，过滤除渣得到厨余垃圾发酵液。
在其余所有原料备齐之后，将复配生物微胶囊、腐植酸和增稠剂加入所述发酵液，混合均匀，得到液体生物缓释肥料。
对比例1
本对比例与实施例2的区别在于，不使用糖蜜发酵液且不使用复配生物微胶囊，原料组分具体包括：
厨余垃圾发酵液 30份
腐植酸 15份
增稠剂 10份。
制备方法主要区别在于，仅制备含厨余垃圾发酵液的发酵液：
1.1将厨余垃圾分选除杂，将有机无机物等进行分离，将分离出的有机物进行粉碎打浆，得到有机厨余垃圾液；
1.2向有机厨余垃圾液中加入复配发酵菌剂，复配发酵菌剂用量为有机厨余垃圾液重量的10%，搅拌均匀静置，在温度40±2℃持续发酵48h；其中，复配发酵菌剂包含等质量复配的地衣芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、放线菌、假单胞菌、微杆菌、纤维单胞菌和曲霉菌，且复配发酵菌剂的活菌数≥5×109CFU/mL；
1.3升温至65℃，供氧反应6天，降至常温，静置6天，过滤除渣得到厨余垃圾发酵液的发酵液。
在其余所有原料备齐之后，将腐植酸和增稠剂加入所述发酵液，混合均匀，得到本对比例的液体生物缓释肥料。
对比例2
本对比例与实施例2的区别在于，不使用复配生物微胶囊，原料组分具体包括：
厨余垃圾发酵液 30份
糖蜜发酵液 30份
腐植酸 15份
增稠剂 10份。
制备方法中省略复配生物微胶囊的制备步骤，在其余所有原料备齐之后，将腐植酸和增稠剂加入所述发酵混合液，混合均匀，得到本对比例的液体生物缓释肥料。
试验及结果：
1、质量测试：根据NY/T 1977-2010检测氮磷钾含量，NY/T 1971-2010检测腐植酸含量，NY/T 1973-2010检测水不溶物和pH值，NY/T 1976-2010检测有机质含量，根据GB/T14825-2006对肥料分散性进行检测；使用稀释平板法来测量微生物数量，将稀释后的肥料悬浊液接种到微生物培养皿中，培育后通过微生物细胞个体大小和密度计算得到，本测试使用好气性自生固氮菌培养基来测量微生物的数量，好气性自生固氮菌是对植物生长有益的根际细菌重要成员之一，可以产生多重植物生长激素和其他活性物质。测试结果见表1。
表1 液体生物缓释肥料质量指标
2、稳定性测试：
2.1相同温度不同时间的影响：
将制备的实施例1-5和对比例1-2的样品分别存放在-5℃冰柜中，分别在第0天、第7天、第14天、第30天、第60天和第90天取出；
2.2相同时间不同温度的影响
将实施例1-5和对比例1-2的样品分别进行14天的热贮(50℃)、冷藏(-5℃)、冷冻(-25℃，反复冷冻解冻3次，每次冷冻5天)和180天的常温(25℃)贮存；
观察液体肥是否存在分层和物料析出情况，以分层情况和析出量判定悬浮液体肥品质，考察温度和时间对液体肥的稳定性，结果见表2。
表2 液体生物缓释肥料稳定性测试
本发明利用厨余垃圾发酵液和糖蜜发酵液的发酵混合液为基体，通过调控复配生物微胶囊成分、粒径和浓度，并添加增稠剂，形成稳定均匀的悬浮体系，特别是在芯材中添加改性介孔二氧化硅的实施例2-5，介孔二氧化硅一方面作为菌剂载体对其形成缓释作用，另一方面其纳米尺寸具有一定增稠作用，与原有添加的增稠剂一起长期维持肥料的粘度和稳定性。本发明有效的将营养元素分散在基体中，并控制水不溶物含量（约25-40g/L）等参数，既提供高养分又不会影响肥料稳定性、流动性等综合指标，形成高养分的生物缓释液体肥料，并保证肥料的流动性好，具有优异的贮存稳定性，适合进行产品规模化生产和销售。
3、盆栽试验
通过水培试验，对比实施例2与对比例1-2所制备的3种腐植酸液体肥料对黄瓜根系生长的影响，具体试验方法如下：
试验共设置10个试验处理：分别将实施例2、对比例1-2的样品稀释400倍，800倍和1600倍；植物营养液作为对照。
将1株具有3片真叶且长势相同的黄瓜苗移栽到装有100ml植物营养液的150ml锥形瓶中，使黄瓜幼苗的根系完全浸没在营养液中。将锥形瓶随机摆放在实验室恒温室中，生长15天后收获黄瓜植株。试验结果如表3所示，数据为平均值±标准差。
表3 盆栽试验结果
4、田间试验
（1）试验地点：新疆石河子市二分场站番茄试验田
（2）试验时间：2022年6月至9月
（3）试验对象：
土壤：灰漠土为主，土壤背景值分别为有机质8.09 g/L，碱解氮55.60 mg/kg，速效磷78.80 mg/kg，速效钾154.5 mg/kg，pH值（水∶土=5∶1）9.10；
肥料：对实施例2及对比例1-2的样品进行试验；
（4）试验方法
温室育苗后，将番茄苗移栽至大棚。试验采用随机区组排列，试验设3个处理：T1处理，施用实施例2的液体生物缓释肥料；T2处理，施用对比例1的样品；T3处理，使用对比例2的样品。试验面积在约900m2的大棚，各处理试验面积100 m2，每个处理3次重复。施肥方式为滴灌施肥，T1-T3处理在移栽苗前底肥采用磷酸二铵（N含量20.8%，P2O5含量53%）和农用硫酸钾（K2O含量50%），施肥量分别600 kg/hm2和350kg/hm2。各处理施肥时间采用每7天施用1次，3个处理施肥时间、用量、次数保持一致，在整个生育期内苗期施肥2次，每次滴施75 kg/hm2各样品；开花坐果期施肥4次，每次滴施120 kg/hm2各样品；结果期施肥6次，每次滴施150kg/hm2各样品。其他田间管理措施均为常规。
（5）测试方法
每个分区选取连续10株番茄进行定株检测：
SPAD值、株高、径粗、单株花数、单株果数数值均为10株番茄相应指标平均值。
SPAD值：苗期用手持叶绿素计（KONICA MINOLTA SPAD-520 PLUS）测定番茄植株倒三叶，开花坐果期和结果期测定倒五叶。
株高：在番茄生长的各生育期内采用卷尺测定株高。
茎粗：在番茄生长的各生育期内用游标卡尺测量植株茎部最粗位置。
单株花数：开花坐果期数单株开花数。
单株果数：结果期数单株坐果数。
果径、单果重、可溶性固形物含量：结果期各分区随机采摘成熟番茄10个，用游标卡尺测量果径，用电子天平称单果重，用手持测糖仪（Digital Refractometer For SugarAnalysis，Milwaukee， Romania）测定可溶性固形物含量，数值均取10个果实平均值。
产量：番茄产量依据各分区累计产量折合单产。检测结果如表4-5。其中，单株花数、单株果数表示为“平均值±标准差”，同列数据后，标有相同的小写字母表示数据之间无显著差异，标有不同的小写字母表示差异显著( P＜0.05，SPSS22，LSD法)，下同。
表4 各样品对番茄开花及坐果的影响
表5 各样品对番茄品质和产量的影响
采用实施例2的T1处理，相比采用对比例1的T2和对比例2的T3处理，在开花坐果期的单株花数和单株果数，以及结果期的单株果数、单果重、产量等均更优。T1处理较T2处理单果增重约14.5%，较T3处理单果增重约7.3%；T1处理较T2处理增产约23.06%，较T3处理增产约13.53%，具有较好的应用效果。
经济效益估算，番茄价格按照市场销售价格3元/kg计算，肥料价格按照各原料采购价格估算，结果参见表6。
表6 各样品经济效益估算
T1处理较T2处理产值提高5.52万元/hm2，较T3处理产值提高3.51万元/hm2。结合施肥成本来看，T1处理较T2处理节本增效5.24万元/hm2，较T3处理节本增效3.39万元/hm2。综合而言，本发明不仅有效利用了厨余垃圾等废物，变废为宝，且能够得到产量高、质量佳的高品质番茄产品，且具有较好的节本增效作用和推广价值。
以上介绍了本发明的较佳实施方式，旨在使得本发明的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的修改、替换、改进，均应包含在本发明所附的权利要求概括的保护范围之内。
Claims (8)
1. 一种液体生物缓释肥料，其特征在于，以重量份计，所述液体生物缓释肥料包括以下原料组分：
厨余垃圾发酵液 30-50份
复配生物微胶囊 10-20份
腐植酸 10-20份
增稠剂 5-10份
所述增稠剂为黄原胶与刺槐树胶以质量比（2-5）：1复配；
所述复配生物微胶囊包括复配生物芯材和包覆所述复配生物芯材的壳材，所述壳材包含接枝聚乙烯醇的改性壳聚糖；所述复配生物微胶囊通过负压低温喷雾干燥法制备，粒径在30μm以下，且5μm≤D90≤20μm；
所述复配生物芯材包括经氨基硅油包覆的第一芯材和经海藻酸盐包覆的第二芯材，第一芯材包含质量比1：（1-5）的哈茨木霉和改性介孔二氧化硅，第二芯材包含质量比1：（1-5）的枯草芽孢杆菌和改性介孔二氧化硅；
所述改性介孔二氧化硅通过如下步骤制备：
S1、制备介孔二氧化硅
S1.1将CTAB与浓度1-3mol/L的NaOH溶液搅拌均匀；
S1.2滴加TEOS，在70-90℃下剧烈搅拌1-3 h，离心洗涤烘干，得到白色沉淀物；
S1.3将白色沉淀物研磨后与酸性甲醇溶液混合，回流冷凝，70-90℃磁力搅拌回流6-10h;
S1.4用去离子水超声分散洗涤，高速离心后干燥，得到介孔二氧化硅；
S2、等离子表面活化处理
控制真空度为1×10-2至10×10-2Pa，升温至80-120℃，通入氩气，采用真空下氩气等离子体对介孔二氧化硅表面活化处理，处理时间为1-5min；
所述厨余垃圾发酵液通过复配发酵菌剂发酵厨余垃圾，且过滤除渣制得。
2.如权利要求1所述的液体生物缓释肥料，其特征在于，
按质量百分比计，所述腐植酸包括以下组分：
70%以上的水溶性腐植酸，
10%以下的水不溶物，
以及20%以下的水。
3.如权利要求1所述的液体生物缓释肥料，其特征在于，厨余垃圾发酵液通过如下步骤制备：
（1）将厨余垃圾分选除杂，粉碎打浆，得到有机厨余垃圾液；
（2）向有机厨余垃圾液中加入复配发酵菌剂，复配发酵菌剂用量为有机厨余垃圾液重量的5-20%，搅拌均匀静置，在温度35-45℃持续发酵24-72h；
（3）升温至55-70℃，供氧反应5-7天，降至常温，静置5-7天，过滤除渣得到厨余垃圾发酵液。
4.如权利要求3所述的液体生物缓释肥料，其特征在于，所述复配发酵菌剂包含枯草芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、酵母菌、放线菌、假单胞菌、微杆菌、纤维单胞菌和曲霉菌中的至少二种，且复配发酵菌剂的活菌数≥5×109CFU/mL。
5.如权利要求1-4任一项所述的液体生物缓释肥料，其特征在于，所述复配生物芯材的制备方法包括以下步骤：
S1：制备第一芯材和第二芯材
S1.1 将哈茨木霉、改性介孔二氧化硅混合均匀，造粒得到第一芯材颗粒；
S1.2 将枯草芽孢杆菌、改性介孔二氧化硅混合均匀，造粒得到第二芯材颗粒；
S2：包覆处理
S2.1 所述第一芯材颗粒分散在氨基硅油中，过滤干燥，得到氨基硅油包覆的第一芯材；
S2.2 配置海藻酸钠水溶液和CaCl2溶液，将所述第二芯材颗粒加入到海藻酸钠水溶液中形成分散液，将分散液喷射入CaCl2溶液中，过滤干燥，形成海藻酸钠包覆的第二芯材；
S2.3 将经包覆的第一芯材与第二芯材按质量比1：（1-10）混合，得到复配生物芯材。
6.如权利要求5所述的液体生物缓释肥料，其特征在于，所述复配生物微胶囊的制备方法包括以下步骤：
步骤一：在环己烷中加入山梨糖醇酐油酸酯和十二烷基苯磺酸钠，搅拌5-15min，得到混合溶液；
步骤二：将壳聚糖/聚乙烯醇前驱体加入混合溶液，在氮气氛围下搅拌20-45min；
步骤三：加入过硫酸钾和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，升温至60-80℃，以500-800rpm的速率搅拌反应1-1.5h，降至室温，得到壳材溶液；
步骤四：将复配生物芯材加入壳材溶液中，搅拌均匀；再加入浓度为0.2-1g/L的离子交联剂溶液，搅拌得到均质液，离子交联剂与壳聚糖质量比为1：（30-50）；
步骤五：将均质液在负压干燥腔内雾化，通入35-45℃干燥气体进行低温喷雾干燥，得到所述复配生物微胶囊。
7.如权利要求6所述的液体生物缓释肥料，其特征在于，所述壳聚糖/聚乙烯醇前驱体的制备方法为：
步骤一：配置壳聚糖醋酸水溶液和聚乙烯醇水溶液；
步骤二：将壳聚糖醋酸水溶液、聚乙烯醇水溶液搅拌混合，超声处理30-50min，得到共混液；
步骤三：向共混液中缓慢滴加浓度为0.2-1g/L的离子交联剂溶液，搅拌反应，得到壳聚糖/聚乙烯醇前驱体；离子交联剂与壳聚糖的质量比为 1:（50-100）。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的液体生物缓释肥料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备厨余垃圾发酵液；
（2）制备复配生物微胶囊；
（3）将复配生物微胶囊、腐植酸和增稠剂加入厨余垃圾发酵液中，混合均匀，得到所述液体生物缓释肥料。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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