CN118063264A - 一种生物炭基硫酸铵肥料及其制备方法 - Google Patents

一种生物炭基硫酸铵肥料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种生物炭基硫酸铵肥料及其制备方法，按重量份计，所述生物炭基硫酸铵肥料的原料包括硫酸铵100‑105份、秸秆生物炭25‑35份、淀粉20‑25份、去离子水80‑85份。该肥料中的生物炭施入土壤后，可以有效提高土壤有机质含量，改善土壤养分状况，提高土壤肥力，促进作物生长；同时生物炭丰富的孔隙结构能够有效吸附铵根离子，减缓氮素释放速率，促进作物吸收，减少氮素损失，提高氮肥利用效率。本发明实现了农业废弃物资源秸秆及工业废弃物资源硫酸铵的高效利用，是一种变废为宝，化害为利的绿色环保产品。

Description

一种生物炭基硫酸铵肥料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合肥技术领域，具体涉及一种生物炭基硫酸铵肥料及其制备方法。
背景技术
化学肥料，尤其是氮肥的施用对农业生产的发展起着至关重要的作用，氮肥的施用为粮食带来了40-50％的增产。目前我国施用的氮肥主要以尿素为主，而相较于化石能源尿素，硫酸铵是氨法煤气脱硫工业中的一种主要副产物，是一种变废为宝、化害为利的绿色环保副产物。此外，硫酸铵除了含氮外，还含有植物生长所必需的营养元素—硫，同时，硫酸铵中的Ca、Mg、P、K等植物营养元素含量均显著高于尿素，这些元素对植物的生长发育有着明显的影响。
生物炭是生物质在低氧或无氧条件下高温热解获得的高含碳产物，具有比表面积大、孔隙度丰富、吸附性能好、稳定性强等特征。生物炭施入土壤后能够减少氮素淋失，提高氮肥利用率。以生物炭为载体，与肥料混合或复合作用制备的生物炭基肥料不仅能够消除生物炭养分不足的缺陷，也赋予常规肥料缓释功能。但是，目前生物炭基肥大多是以尿素作为供氮肥料，针对硫酸铵的生物炭基肥料相对较少。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物炭基硫酸铵肥料及其制备方法，以解决硫酸铵肥料单独施用带来的利用率低、土壤污染问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种生物炭基硫酸铵肥料，按重量份计，其原料包括硫酸铵100-105份、秸秆生物炭25-35份、淀粉20-25份、去离子水80-85份。
优选的，所述硫酸铵为工业副产粉末硫酸铵。
优选的，按重量比计，所述硫酸铵含氮量为20.7％，水分含量为0.3％，游离酸含量为0.08％。
优选的，所述秸秆生物炭使用玉米秸秆制成。
优选的，所述淀粉为可溶性淀粉。
本发明还提供任一上述的一种生物炭基硫酸铵肥料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将秸秆生物炭研磨成炭粉；
S2、将硫酸铵、秸秆生物炭加入造粒机，搅拌均匀后加入淀粉，并喷入去离子水进行一次造粒；
S3、颗粒成型后进行筛分，然后将成型的颗粒取出风干，即得。
优选的，步骤S1中，还包括使用玉米秸秆制备秸秆生物炭的过程。
优选的，步骤S1中，使用玉米秸秆制备秸秆生物炭的过程如下：
将玉米秸秆清洁干净后，于75℃烘箱烘干，粉碎至小于2mm，用马弗炉在限氧条件下，以15℃/min的速率升温至350℃热解炭化2小时，冷却后取出，制得玉米秸秆生物炭，研磨过60目筛保存备用。
优选的，步骤S2中，所述造粒机为圆盘造粒机，造粒时转速40r/min。
优选的，步骤S3中，筛分时控制肥料粒径介于1～3mm，过大或过小的颗粒破碎处理并作为造粒原料回用。
有益效果：
(1)生物炭基硫酸铵肥料中的生物炭在施入土壤后，能够有效改善土壤结构，增强土壤保水保肥能力，改善土壤微生物群落结构，提高土壤肥力，进而促进作物生长；
(2)利用生物炭强的吸附性能，能够有效吸附硫酸铵中的铵根离子，使其缓慢释放，延长其释放时间，促进作物吸收，减少养分损失，提高肥料利用率；
(3)本发明将氨法煤气脱硫的副产物硫酸铵与秸秆这两种废弃物相结合，制备的生物炭基硫酸铵肥料有效实现了两种废弃物资源的高效利用，提高了肥料利用率，减少养分流失，降低了环境污染风险。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明实施例2提供的生物炭基硫酸铵肥料扫描电镜图。
图2为本发明实施例2～4提供的生物炭基硫酸铵肥料硝态氮累积淋出量。
图3为本发明实施例2～4提供的生物炭基硫酸铵肥料铵态氮累积淋出量。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明针对目前
一种生物炭基硫酸铵肥料，按重量份计，其原料包括硫酸铵100-105份、秸秆生物炭25-35份(例如26份、27份、28份、29份、30份、31份、32份、33份、34份)、淀粉20-25份(例如21份、22份、23份、24份、25份)、去离子水80-85份(例如81份、82份、83份、84份)。
本发明优选实施例中，硫酸铵为工业副产粉末硫酸铵。
本发明优选实施例中，按重量比计，硫酸铵含氮量为20.7％，水分含量为0.3％，游离酸含量为0.08％。
本发明优选实施例中，秸秆生物炭使用玉米秸秆制成。
本发明优选实施例中，淀粉为可溶性淀粉。
本发明还提供任一上述的一种生物炭基硫酸铵肥料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将秸秆生物炭研磨成炭粉；
S2、将硫酸铵、秸秆生物炭加入造粒机，搅拌均匀后加入淀粉，并喷入去离子水进行一次造粒；
S3、颗粒成型后进行筛分，然后将成型的颗粒取出风干，即得。
本发明优选实施例中，步骤S1中，还包括使用玉米秸秆制备秸秆生物炭的过程。
本发明优选实施例中，步骤S1中，使用玉米秸秆制备秸秆生物炭的过程如下：
将玉米秸秆清洁干净后，于75℃烘箱烘干，粉碎至小于2mm，用马弗炉在限氧条件下，以15℃/min的速率升温至350℃热解炭化2小时，冷却后取出，制得玉米秸秆生物炭，研磨过60目筛保存备用。
本发明优选实施例中，步骤S2中，造粒机为圆盘造粒机，造粒时转速40r/min。
本发明优选实施例中，步骤S3中，筛分时控制肥料粒径介于1～3mm，过大或过小的颗粒破碎处理并作为造粒原料回用。
下面通过具体实施例对本发明一种生物炭基硫酸铵肥料及其制备方法进行详细说明。
下面实施例中：
硫酸铵为工业副产粉末硫酸铵，含氮量为20.7％，水分含量为0.3％，游高酸(H2SO4)含量为0.08％，均为质量百分比，符合肥料级硫酸铵技术指标要求(GB/T 535-2020)；
淀粉为可溶性淀粉，执行标准：HG/T 2759-1996。
实施例1
生物炭的制备：
(1)将玉米秸秆清洁干净后，于75℃烘箱烘干，粉碎至小于2mm，密封保存备用；
(2)将处理后的秸秆用马弗炉在限氧条件下，以15℃/min的速率升温至350℃热解炭化2小时，冷却后取出，制得玉米秸秆生物炭，研磨过60目筛保存备用。
实施例2
生物炭基硫酸铵肥料的制备：
S1、以40r/min转速转动圆盘造粒机，依次将工业副产硫酸铵100重量份、秸秆生物炭粉末25重量份加入圆盘造粒机，搅拌均匀后加入淀粉20重量份混匀，同时用喷壶将80重量份去离子水少量多次喷入圆盘，进行造粒，待颗粒成型后关闭圆盘造粒机；
S2、控制肥料颗粒直径为1～3毫米，直径过大或过小的颗粒则破碎后作为物料进行重新造粒；
S3、造粒完成后，将成型的颗粒肥料取出风干，封装备用，使用扫描电镜观察其表观形态，如图1所示，结果表明，生物炭基硫酸铵肥料颗粒表面光滑，结合紧密，硫酸铵颗粒吸附在生物炭表面孔隙内，增加了其缓释性能。
实施例3
生物炭基硫酸铵肥料的制备：
S1、以40r/min转速转动圆盘造粒机，依次将工业副产硫酸铵100重量份、秸秆生物炭粉末20重量份加入圆盘造粒机，搅拌均匀后加入淀粉20重量份混匀，同时用喷壶将80重量份去离子水少量多次喷入圆盘，进行造粒，待颗粒成型后关闭圆盘造粒机；
S2、S3参照实施例2。
实施例4
S1、以40r/min转速转动圆盘造粒机，依次将工业副产硫酸铵105重量份、秸秆生物炭粉末35重量份加入圆盘造粒机，搅拌均匀后加入淀粉21重量份混匀，同时用喷壶将84重量份去离子水少量多次喷入圆盘，进行造粒，待颗粒成型后关闭圆盘造粒机；
S2、S3参照实施例2。
粒径分布：
将实施例2～4制得的生物炭基硫酸铵肥料分别过1毫米和3毫米筛，明确其粒径分布状况，结果显示生物炭硫酸铵肥料粒径分布在1～3毫米的占比如下：
表1各实施例制备的肥料粒径占比
耐磨性测试：
为明确本发明产品的成粒性能，同时设置耐磨性试验，取20克颗粒肥料于锥形瓶中，向其中加入几粒小钢珠，在振荡箱中振荡30min，除去称量脱落的碎屑，计算余重比，如下表：
表2各实施例制备的肥料耐磨性
耐磨性试验结果显示实施例2～4制备的肥料余重比可达99.7％，表明生物炭基硫酸铵肥料具有良好的成粒性能。
缓释性测试：
针对本产品的缓释性能设计土柱淋溶试验如下：
试验在山西农业大学资源环境学院实验室内进行，供试土壤为石灰性褐土，采自山西农业大学周围杨家庄村内(112°58′26″E，37°25′48″N)，将收集的新鲜土壤去掉杂质物体后风干，过2mm筛准备使用，其基本理化性质如下：
表3试验土壤理化指标
试验设置2个对照组及3个实验组：对照组1：不添加氮肥；对照组2:添加常规工业副产硫酸铵；3个实验组分别添加上述实施例2、实施例3、实施例4制备的肥料。各对照组及实验组均重复试验3次，除施用氮肥种类不同外，其余处理均保持一致，试验所用磷、钾肥分别为过磷酸钙和氯化钾。
实验设备装置为60×5.70cmPVC管，将PVC管包有纱布的一端作为底端并加入1cm石英砂，将土壤按1.30g/cm3的容重将装入土柱，每10cm为一层，共装土5层，按0.25gN/kg、0.16gP2O5/kg、0.16gK2O/kg将供试肥料与最上层10cm土壤混匀装入，土柱上面再覆以1cm石英砂。安装设置土柱时需要特别关注将土柱边沿的土壤压实，尽可能降低淋溶的边缘效应。每个土柱加水至饱和后，以刺有小孔的薄膜封闭PVC管上口，置于室温培养，静置24h后，分别于第1、2、3、5、7、10、15、20、25、30天加入200ml去离子水淋溶二十四小时，收集淋出液，共淋溶10次。准确量取各次淋出液体积，测定每次淋溶液中铵态氮和硝态氮的含量，并于试验结束后，混匀并采集不同土层土壤测定其基本理化指标。测定结果如下所示：
表4各土层土壤铵、硝态氮素含量
表5各土层土壤全氮及有机质含量
表6各土层土壤速效磷、钾含量
如图2、图3所示，本发明生物炭基硫酸铵肥料相较于常规硫酸铵肥料的直接施用，能够有效减少氮素养分的向下淋失，减少氮素损失，降低环境污染风险。
如表4所示，本发明产品生物炭基硫酸铵肥料有效提高了土壤中铵态氮含量及上层土壤硝态氮含量。表5表明相较于常规硫酸铵的直接施用，添加生物炭基硫酸铵肥料显著提高了各土层土壤全氮及有机质含量，起到培肥土壤，增加地力的效果。表6结果表明，本发明产品生物炭基硫酸铵肥料的施用相较于硫酸铵肥料的直接施用能够提高各土层土壤速效钾含量及上层土壤中速效磷含量。
综上，本发明生物炭基硫酸铵肥料相较于常规硫酸铵肥料，可明显减少土壤氮素养分的向下淋失，提高了土壤中氮素养分含量，同时提高土壤中有机质及磷钾等养分的含量。
玉米增产能力测试：
发明人将试验设在山西省临汾市吴村镇洪堡村山西农业大学小麦研究所国家试验基地，土壤类型为石灰性褐土，土壤养分含量：有机质14.55g/kg，碱解氮69.02mg/kg，速效钾64.57mg/kg，有效磷4.66mg/kg，玉米品种为“先玉335”。
试验设置两个处理：施用常规硫酸铵为对照组，实施例2为试验组。试验小区面积56m2，区间设保护行，各处理设3次重复，施肥水平为160kg N/hm2，一次性基施。
试验结果如下表7所示：
表7玉米产量及构成因素
注：农学效率相对增量＝[试验组籽粒产量(kg/hm2)-对照组籽粒产量(kg/hm2)]/施氮量(kg/hm2)。
表8玉米植株各部位养分含量(g/kg)
表9土壤养分状况
碱解氮(mg/kg) 有效磷(mg/kg) 速效钾(mg/kg) 有机质(g/kg)
实施例2 61.88 5.42 49.62 21.54
对照组 46.41 4.22 40.67 11.98
如上表所示，施用本发明产品生物炭基硫酸铵肥料相较于常规硫酸铵肥料的施用，能够有效促进玉米植株尤其是玉米籽粒对氮、磷、钾等养分的吸收，从而促进玉米生长，增加玉米产量，提高硫酸铵氮肥农学效率，同时能够提高土壤肥力，增加土壤中碱解氮、有效磷、速效钾及有机质含量。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物炭基硫酸铵肥料，其特征在于，按重量份计，其原料包括硫酸铵100-105份、秸秆生物炭25-35份、淀粉20-25份、去离子水80-85份。
2.如权利要求1所述的一种生物炭基硫酸铵肥料，其特征在于，所述硫酸铵为工业副产粉末硫酸铵。
3.如权利要求1或2所述的一种生物炭基硫酸铵肥料，其特征在于，按重量比计，所述硫酸铵含氮量为20.7％，水分含量为0.3％，游离酸含量为0.08％。
4.如权利要求1或2所述的一种生物炭基硫酸铵肥料，其特征在于，所述秸秆生物炭使用玉米秸秆制成。
5.如权利要求1或2所述的一种生物炭基硫酸铵肥料，其特征在于，所述淀粉为可溶性淀粉。
6.如权利要求1～5任一所述的一种生物炭基硫酸铵肥料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将秸秆生物炭研磨成炭粉；
S2、将硫酸铵、秸秆生物炭加入造粒机，搅拌均匀后加入淀粉，并喷入去离子水进行一次造粒；
S3、颗粒成型后进行筛分，然后将成型的颗粒取出风干，即得。
7.如权利要求6所述的一种生物炭基硫酸铵肥料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，还包括使用玉米秸秆制备秸秆生物炭的过程。
8.如权利要求7所述的一种生物炭基硫酸铵肥料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，使用玉米秸秆制备秸秆生物炭的过程如下：
将玉米秸秆清洁干净后，于75℃烘箱烘干，粉碎至小于2mm，用马弗炉在限氧条件下，以15℃/min的速率升温至350℃热解炭化2小时，冷却后取出，制得玉米秸秆生物炭，研磨过60目筛保存备用。
9.如权利要求7所述的一种生物炭基硫酸铵肥料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述造粒机为圆盘造粒机，造粒时转速40r/min。
10.如权利要求7所述的一种生物炭基硫酸铵肥料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，筛分时控制肥料粒径介于1～3mm，过大或过小的颗粒破碎处理并作为造粒原料回用。
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