JP7330772B2 - fertilizer - Google Patents
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Description
本発明は肥料に関する。特に、本発明はリン及び鉄を担持する肥料に関する。 The present invention relates to fertilizers. In particular, the present invention relates to fertilizers bearing phosphorus and iron.
木炭を土壌中に混入させることによって、例えば土壌の透水性などの土質を改善する技術が知られている。例えば、樹木や農作物等のバイオマスを炭化することで得られる炭化物を用いて土質を改善する技術が知られている。このような技術において、酸素を遮断した状態でバイオマスを加熱することで、当該バイオマスから酸素原子や水素原子が脱離し、炭素分及び灰分からなる炭化物を生成している。 A technique for improving soil properties such as soil permeability by mixing charcoal into soil is known. For example, there is known a technique for improving soil properties using carbonized materials obtained by carbonizing biomass such as trees and agricultural products. In such a technique, by heating biomass in a state in which oxygen is shut off, oxygen atoms and hydrogen atoms are desorbed from the biomass to produce carbides composed of carbon and ash.
しかしながら、上記のような炭化物の製造にかかるコストを考慮すると、単に炭化物を土壌の土質改善のためだけに利用することは、その製造コストに見合わない。 However, considering the costs involved in producing the above-mentioned charcoal, the use of the charcoal just for soil improvement is not worth the production cost.
他方、炭化物は多孔質であるため、表面積が非常に大きいことが知られている。この表面積の大きさを利用して、炭化物は多様な物質の吸着材として用いられている。例えば、カルシウムを担持する炭化物を用いてリンを吸着し、リンを吸着した炭化物を農地に埋めることで、リンを吸着した炭化物を肥料として利用する技術が開発されている。 On the other hand, carbides are known to be porous and therefore have a very large surface area. Taking advantage of this large surface area, carbides are used as adsorbents for various substances. For example, a technology has been developed in which phosphorus is adsorbed using a calcium-supporting carbide, and the phosphorus-adsorbed carbide is buried in agricultural land, so that the phosphorus-adsorbed carbide is used as a fertilizer.
例えば、特許文献1では、水溶性の縮合りん酸塩を担持する木炭を肥料として利用する方法が記載されている。特許文献1にも記載されているように、りん酸肥料として用いられるりん酸の一例として、オルトりん酸の状態のものがあげられる。 For example, Patent Document 1 describes a method of using charcoal carrying a water-soluble condensed phosphate as a fertilizer. As described in Patent Document 1, one example of phosphoric acid used as a phosphate fertilizer is in the form of orthophosphoric acid.
オルトりん酸は、土壌中の金属、例えば、カルシウム、鉄、アルミニウムなどと結合し、難溶性の塩を形成し、いわゆる不可給態化する。このため、土壌中に施肥されたりん酸質肥料の作物に対する肥効成分としてのオルトりん酸の利用効率は約10~15%と低く、残りの約90~85%は土壌中で難溶性となってしまう。このため、オルトりん酸は、作物の肥料成分としての利用効率が低い。また、特許文献1に記載された技術を用いた場合であっても、特許文献1のりん酸塩が水溶性であるため、肥料として土壌中に埋めた際に、りん酸塩が容易に水に溶解して流出してしまい、肥効が持続しないという問題があった。 Orthophosphoric acid binds to metals in soil such as calcium, iron, aluminum, etc. to form sparingly soluble salts, resulting in so-called disabling. For this reason, the utilization efficiency of orthophosphoric acid as a fertilizing component for crops of phosphate fertilizer applied to the soil is low at about 10 to 15%, and the remaining about 90 to 85% is poorly soluble in the soil. turn into. Therefore, orthophosphoric acid has a low utilization efficiency as a fertilizer component for crops. Further, even when the technique described in Patent Document 1 is used, since the phosphate of Patent Document 1 is water-soluble, the phosphate is easily water-soluble when buried in soil as a fertilizer. There was a problem that the fertilizing effect does not last because it dissolves in water and flows out.
本発明の一実施形態は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、作物に対する肥効成分を長期間利用可能な肥料を提供することを課題とする。 One embodiment of the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a fertilizer capable of using fertilizing components for crops for a long period of time.
本発明の一実施形態に係る肥料は、リン及び鉄を担持する担体を含む肥料であって、前記肥料中のりん酸全量に対するく溶性りん酸の比率が18%以上であり、前記肥料中のりん酸全量に対する水溶性りん酸の比率が1%以下である。 A fertilizer according to one embodiment of the present invention is a fertilizer containing a carrier that supports phosphorus and iron, the ratio of citric-soluble phosphoric acid to the total amount of phosphoric acid in the fertilizer is 18% or more, and The ratio of water-soluble phosphoric acid to the total amount of phosphoric acid is 1% or less.
前記担体は、多孔質体であってもよい。 The carrier may be a porous body.
前記多孔質体は、炭化物を含んでもよい。 The porous body may contain carbide.
前記リン及び鉄は、前記多孔質体の孔の中に存在してもよい。 The phosphorus and iron may be present in the pores of the porous body.
前記肥料に対する前記鉄の比率は、1質量%以上50質量%以下であってもよい。 A ratio of the iron to the fertilizer may be 1% by mass or more and 50% by mass or less.
前記肥料に対する前記りん酸全量の比率は、1質量%以上20質量%以下であってもよい。 A ratio of the total amount of phosphoric acid to the fertilizer may be 1% by mass or more and 20% by mass or less.
前記肥料に対する前記く溶性りん酸の比率は、0.03質量%以上15質量%以下であってもよい。 A ratio of the citric soluble phosphoric acid to the fertilizer may be 0.03% by mass or more and 15% by mass or less.
前記りん酸全量、前記く溶性りん酸、及び前記水溶性りん酸は、バナドモリブデン酸アンモニウム吸光光度法によって求められてもよい。 The phosphoric acid total amount, the citric acid phosphoric acid, and the water-soluble phosphoric acid may be determined by ammonium vanadomolybdate absorption photometry.
前記肥料に対する、可溶性りん酸の比率は、0.03質量%以上15質量%以下であってもよい。 A ratio of soluble phosphoric acid to the fertilizer may be 0.03% by mass or more and 15% by mass or less.
前記可溶性りん酸は、バナドモリブデン酸アンモニウム吸光光度法によって求められてもよい。 The soluble phosphoric acid may be determined by ammonium vanadomolybdate spectrophotometry.
前記肥料に対する、前記担体に担持された硫黄の比率は3質量%以下であってもよい。 A ratio of sulfur supported on the carrier to the fertilizer may be 3% by mass or less.
前記担体に担持される前記リンは、無機態リン及び有機態リンを含んでもよい。 The phosphorus carried on the carrier may include inorganic phosphorus and organic phosphorus.
本発明の一実施形態によれば、作物に対する肥効成分を長期間利用可能な肥料を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to one Embodiment of this invention, the fertilizer which can utilize a fertilizing effect component with respect to crops for a long period of time can be provided.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態における肥料及び肥料の製造方法について説明する。但し、本発明の一実施形態における肥料及び肥料の製造方法は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す例の記載内容に限定して解釈されない。なお、本実施の形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は同一の符号の後にアルファベットを付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Hereinafter, a fertilizer and a method for producing the fertilizer according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the fertilizer and method of producing the fertilizer in one embodiment of the present invention can be implemented in many different aspects and should not be construed as limited to the description of the examples given below. In the drawings referred to in the present embodiment, the same parts or parts having similar functions are given the same reference numerals or letters after the same reference numerals, and repetitive description thereof may be omitted.
以下の実施形態では、肥料に用いられるリン及び鉄の担体として、木材を炭化した炭化物が用いられた構成について例示するが、この構成に限定されない。例えば、担体として木材以外の有機物が炭化した炭化物が用いられてもよい。また、担体として炭化物以外の多孔質な部材が用いられてもよい。また、特に技術的な矛盾が生じない限り、異なる実施形態間の技術を組み合わせることができる。 In the following embodiments, a configuration in which a carbonized material obtained by carbonizing wood is used as a carrier for phosphorus and iron used in fertilizer will be exemplified, but the configuration is not limited to this. For example, a carbonized material obtained by carbonizing an organic substance other than wood may be used as the carrier. Also, a porous member other than carbide may be used as the carrier. Also, the techniques of different embodiments can be combined unless there is a particular technical contradiction.
以下の実施形態において、多孔質材の孔の大きさを孔径といい、粒状物質の大きさを粒径という。孔径は、特段の記載が無い限り、孔が延長する方向に対して直交する断面における孔の大きさを指す。ただし、孔が長手を有するものではない場合、孔径は任意の断面における孔の大きさを指す。孔径は、任意の断面における孔の円相当径であってもよく、当該断面における最大径又は平均径であってもよい。同様に、粒径は、任意の断面図又は投影面における粒状物質の円相当径であってもよく、当該断面図又は投影面における最大径又は平均径であってもよい。 In the following embodiments, the pore size of the porous material is referred to as the pore size, and the size of the particulate matter is referred to as the particle size. The pore diameter refers to the size of a pore in a cross section perpendicular to the direction in which the pore extends, unless otherwise specified. However, if the pore does not have a longitudinal dimension, the pore size refers to the size of the pore in any given cross section. The pore diameter may be the circle-equivalent diameter of the pores in any cross-section, or may be the maximum diameter or average diameter in the cross-section. Similarly, the particle diameter may be the equivalent circle diameter of the particulate matter in any cross-sectional view or projection plane, or may be the maximum diameter or average diameter in the cross-sectional view or projection plane.
以下の実施形態において、特段の記載がない場合、「りん酸全量」、「く溶性りん酸」、「水溶性りん酸」、及び「可溶性りん酸」は、バナドモリブデン酸アンモニウム吸光光度法によって求められたものを示す。く溶性りん酸とは、水には溶けずクエン酸2%液で溶けるりん酸を指す。く溶性りん酸は、作物の根から出る根酸程度の弱い酸にはすぐに溶けないが、根酸より少し強い酸に溶けるため、肥料から徐々に溶け出し、長期間肥効を得ることができる。水溶性りん酸とは、水に溶けるりん酸を指す。水溶性りん酸は、土壌に含まれる水分に速やかに溶けて作物に吸収されるため、速効性の高い肥効を得ることができる。可溶性りん酸は、水には溶けず根から出る根酸で溶けるりん酸を指す。可溶性りん酸は、水溶性りん酸より速効性が低いが、く溶性りん酸より速く作物に吸収される。また、例えば肥料の質量に対するりん酸全量等の質量の比率は、リン及び鉄を担持した状態の炭化物の質量に対する、上記のバナドモリブデン酸アンモニウム吸光光度法によって求められたりん酸全量(P2O5)の質量の比率を示す。 In the following embodiments, unless otherwise specified, "total amount of phosphoric acid", "citric acid phosphoric acid", "water-soluble phosphoric acid", and "soluble phosphoric acid" are determined by ammonium vanadomolybdate spectrophotometry. Show what you want. Citric-soluble phosphoric acid refers to phosphoric acid that does not dissolve in water but dissolves in a 2% citric acid solution. Citric-soluble phosphoric acid does not immediately dissolve in a weak acid that is about the same as root acid released from the roots of crops, but it dissolves in slightly stronger acids than root acid, so it gradually dissolves from fertilizers and provides long-term fertilizing effects. can. Water-soluble phosphoric acid refers to phosphoric acid that dissolves in water. Since water-soluble phosphoric acid quickly dissolves in water contained in soil and is absorbed by crops, it is possible to obtain a fast-acting fertilizing effect. Soluble phosphoric acid refers to phosphoric acid that does not dissolve in water but dissolves in root acid released from roots. Soluble phosphate is less fast-acting than water-soluble phosphate, but is absorbed by crops faster than citric phosphate. Further, for example, the ratio of the total amount of phosphoric acid to the mass of fertilizer is the total amount of phosphoric acid (P 2 O 5 ) mass ratio.
[バナドモリブデン酸アンモニウム吸光光度法]
バナドモリブデン酸アンモニウム吸光光度法は、肥料等試験法(2018)に基づく試験法である。肥料等試験法とは、農林水産省が定められた試験法であり、試験に使用する試薬及び機器等をJIS規格等で規定した試験法である。以下の実施形態に記載されたりん酸全量、く溶性りん酸、水溶性りん酸、及び可溶性りん酸は、上記の肥料等試験法(2018)のバナドモリブデン酸アンモニウム吸光光度法に記載された方法で求められたものであるので、詳細な説明は省略する。
[Ammonium vanadomolybdate spectrophotometry]
The ammonium vanadomolybdate spectrophotometry method is a test method based on Fertilizer Test Methods (2018). The test method for fertilizers, etc. is a test method established by the Ministry of Agriculture, Forestry and Fisheries, and is a test method in which the reagents, equipment, etc. used in the test are specified by JIS standards and the like. The total amount of phosphoric acid, citric acid phosphoric acid, water-soluble phosphoric acid, and soluble phosphoric acid described in the following embodiments are described in the ammonium vanadomolybdate spectrophotometry method of the Fertilizer Test Method (2018). Since it is determined by the method, detailed description is omitted.
[肥料10の構成]
図1及び図2を用いて、本実施形態に係る肥料10の構造について説明する。本実施形態において、肥料10に用いられる担体100として、木材が炭化された炭化物(多孔質体)が用いられた構成について説明する。
[Configuration of Fertilizer 10]
The structure of the
図1は、本発明の一実施形態に係る肥料の断面構造を示す図である。図1に示す断面図は、担体100の孔200が延びる方向に対して直交する断面図である。つまり、各孔200は図面の奥行き方向に延びている。
FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of fertilizer according to one embodiment of the present invention. The cross-sectional view shown in FIG. 1 is a cross-sectional view perpendicular to the direction in which the
図1に示すように、肥料10は、担体100、リンを吸着した鉄(以下、「リン吸着鉄600」という)、酸化鉄800、及び/又は硫化鉄900を有する。リン吸着鉄600は、担体100の孔200(後述するマクロ孔200)の内部に存在している。換言すると、担体100はリン及び鉄を担持している。リン吸着鉄600は孔200の内壁201に含まれる。
As shown in FIG. 1 , the
リン吸着鉄600の形状は繊維状である。繊維状のリン吸着鉄600は、複数の線状体610によって構成されている。線状体610の一端若しくは両端が内壁201に付着されている場合がある。又は、線状体610の一端若しくは両端が内壁201に固定されている場合がある。線状体610の一端又は両端が内壁201に固定されることで、リン吸着鉄600が孔200の内部に保持されている。多数の線状体610が孔200の内部に存在することで、リン吸着鉄600は繊維状の形状を構成している。つまり、以下の説明において、線状体610は繊維状のリン吸着鉄600の一部を意味している。なお、説明の便宜上、図1の下方に描かれた孔200の内部のリン吸着鉄600は省略されている。
The shape of the phosphorus-adsorbed
孔200内部のリン吸着鉄600が繊維状であることで、孔200の内部はリン吸着鉄600によって完全に埋められることなく、リン吸着鉄600が存在しない空間が孔200の延長方向に連続して延びている。また、リン吸着鉄600が繊維状であるので、孔200の内壁だけでなく孔200の内部の空間にもリン吸着鉄600が存在している。ここで、孔200及びリン吸着鉄600は図の奥行き方向に延びているので、孔200を孔200の延長方向に見たときに、リン吸着鉄600が孔200の内部空間を満たしているように見える。
Since the phosphorus-adsorbed
[肥料10におけるりん酸の比率]
肥料10中のりん酸全量に対するく溶性りん酸の比率(く溶性りん酸比率)は18%以上、20%以上、25%以上、又は30%以上である。一方、肥料10中のりん酸全量に対する水溶性りん酸の比率(水溶性りん酸比率)は1%以下、0.8%以下、0.6%以下、又は0.5%以下である。又は、く溶性りん酸比率は水溶性りん酸比率の10倍以上、15倍以上、20倍以上、若しくは30倍以上である。なお、上記のりん酸全量及びく溶性りん酸は、上記のようにバナドモリブデン酸アンモニウム吸光光度法によって求められたものである。このように、本実施形態に係る肥料10は、く溶性りん酸比率が水溶性りん酸比率に比べて大きい。
[Proportion of phosphoric acid in Fertilizer 10]
The ratio of citric-soluble phosphoric acid to the total amount of phosphoric acid in the fertilizer 10 (citric-soluble phosphoric acid ratio) is 18% or more, 20% or more, 25% or more, or 30% or more. On the other hand, the ratio of water-soluble phosphoric acid to the total amount of phosphoric acid in the fertilizer 10 (water-soluble phosphoric acid ratio) is 1% or less, 0.8% or less, 0.6% or less, or 0.5% or less. Alternatively, the citric acid ratio is 10 times or more, 15 times or more, 20 times or more, or 30 times or more the water-soluble phosphoric acid ratio. The total amount of phosphoric acid and citric soluble phosphoric acid described above were determined by the ammonium vanadomolybdate absorption photometry method as described above. Thus, the
上記のように、く溶性りん酸は肥料から徐々に溶け出し、長期間肥効を得ることができる。本実施形態に係る肥料10は、く溶性りん酸比率が水溶性りん酸比率に比べて大きいことで、肥料10の作物に対する肥効成分を長期間利用することができる。なお、く溶性りん酸比率が上記の下限値よりも小さい場合、肥料としての十分な肥効を得ることができない場合がある。また、水溶性りん酸比率が上記の上限値よりも大きい場合、肥料を土壌中に埋めた際にリンが直ぐに溶解して肥料から流出してしまうため、肥効を十分に持続させることができない場合がある。
As described above, citric phosphate is gradually dissolved from the fertilizer, and the fertilizer effect can be obtained for a long period of time. In the
肥料10に対するリン吸着鉄600に含まれる鉄の比率は、1質量%以上50質量%以下、3質量%以上30質量%以下、5質量%以上25質量%以下、10質量%以上20質量%以下である。肥料10に含まれる上記鉄の質量は、例えば誘導結合プラズマ質量分析計(ICP-MS)などの手法で求めることができる。肥料10に対するリン吸着鉄600に含まれる鉄の比率を上記範囲とすることで、肥料10におけるりん酸の含有量を増加させると共に、土壌改良効果を高めるのに十分な担体を含むため、リン酸肥料効果を高めつつ、土壌改良効果を備えることができる。
The ratio of iron contained in the phosphorus-adsorbed
肥料10に対するりん酸全量の比率は、1質量%以上20質量%以下、3質量%以上20質量%以下、5質量%以上20質量%以下、10質量%以上20質量%以下である。又は、肥料10に対する鉄の比率とりん酸全量の比率との比は、小さい方の比率の値に対する大きい方の比率の値の比率において、5倍以下、3倍以下、2倍以下、又は1.5倍以下である。
The ratio of the total amount of phosphoric acid to the
肥料10に対するく溶性りん酸の比率は、0.03質量%以上15質量%以下、0.1質量%以上15質量%以下、0.5質量%以上10質量%以下、及び1質量%以上10質量%以下である。
The ratio of citric acid phosphoric acid to
肥料10に対する可溶性りん酸の比率は、0.03質量%以上15質量%以下、0.1質量%以上15質量%以下、0.5質量%以上15質量%以下、及び1質量%以上15質量%以下である。
The ratio of soluble phosphoric acid to the
肥料10に対する、担体100に担持された硫黄の比率は、3質量%以下、2質量%以下、1質量%以下、又は0.5質量%以下である。詳細は後述するが、肥料10の製造方法において、担体100に鉄を担持させる際に硫酸鉄水溶液を用いる場合や、担体100に担持された鉄化合物を還元する際に硫化水素ガスや二酸化硫黄ガスが用いられる場合がある。これらの製造方法の影響で、肥料10の表面には硫化鉄が形成される場合があるが、この硫化鉄は肥効には影響しない。つまり、肥料10に対する硫黄の比率が相対的に小さいことは、担体100が担持するリン及び鉄の量が相対的に多いことを意味する。
The ratio of sulfur carried on the
担体100に担持されるリンは、無機態リン及び有機態リンを含む。無機態リンは、オルトりん酸態リン及び重合りん酸を含む。有機態リンは、粒子性有機態リン及び溶解性有機態リンを含む。
Phosphorus carried on the
[担体100の構成]
図1を用いて、担体100、リン吸着鉄600、酸化鉄800、及び硫化鉄900の一構成について詳細に説明する。
[Configuration of carrier 100]
One configuration of the
孔200の延長方向に直交する断面における孔200の孔径は100μm以下、50μm以下、30μm以下、又は20μm以下である。
The hole diameter of the
線状体610の、孔200の内壁の一方の位置から他方の位置までの長さは、100μm以下、50μm以下、30μm以下、20μm以下、又は10μm以下である。線状体610の太さ(リン吸着鉄600の延長方向(又は、長手方向)に直交する断面における線状体610の太さ)は、10μm以下、5μm以下、3μm以下、2μm以下、又は1μm以下である。
The length of
孔200の延長方向に直交する断面における担体100の粒径は10mm以下、5mm以下、3mm以下、又は2mm以下である。
The particle size of the
線状体610は結晶性を有する鉄であることが確認されているため、線状体610は結晶成長したものであると考えられる。つまり、例えば金属材料を加工することで形成した線状又は繊維状の金属とは異なり、上記のように長さ及び太さは非常に小さい。
Since it has been confirmed that
酸化鉄800及び/又は硫化鉄900は、少なくとも担体100の表面に存在している。酸化鉄800は繊維状である。硫化鉄900は粒状である。酸化鉄800は硫化鉄900よりも広範囲に形成されている。硫化鉄900の円相当径は50μm以下、30μm以下、20μm以下、又は10μm以下である。
[各部材の材料]
肥料10に用いられる担体100として、バイオマスが炭化した炭化物を用いることが可能であり、代表的には、リグノセルロースが炭化した炭化物を用いることができる。リグノセルロースとして、木材、パーティクルボード、おがくず、農業廃棄物、汚水、サイレージ、草、もみ殻、バガス、綿、ジュート、麻、亜麻、竹、サイザル麻、アバカ、わら、麦わら、トウモロコシ軸、トウモロコシストーバ、スイッチグラス、アルファルファ、乾草、ヤシの毛、海藻、藻類、及びそれらの混合物からなる群より選択される一つ以上の材料を用いることができる。
[Material of each member]
As the
担体100の表面の酸化鉄800は、少なくともウスタイト、ヘマタイト、マグヘマタイト、及びマグネタイトのいずれかであってもよい。担体100の表面の硫化鉄900は、少なくとも硫化第二鉄、硫化第一鉄、及び二硫化鉄のいずれかであってもよい。
The
なお、担体100の孔200の内部の鉄601は結晶性を有する鉄であり、担体100の表面の酸化鉄800は結晶性を有する酸化鉄であり、担体100の表面の硫化鉄900は結晶性を有する硫化鉄であってもよい
Note that the iron 601 inside the
上記のように、担体100の孔200の内部に存在する、結晶性を有する繊維状の鉄601にリンを吸着させることで、本実施形態に係る肥料10を形成することができる。つまり、肥料10は、担体100の孔200の内部に結晶性を有する繊維状のリン吸着鉄600を有し、担体100の表面に結晶性を有する酸化鉄800及び硫化鉄900を有する構成を備えていてもよい。肥料10の詳細な製造方法は後述するが、リンを吸着させるためのゼロ価の鉄601を孔200の内部に形成するために高温の熱処理(還元処理)を行う必要がある。この還元処理によって孔200の内部の鉄601が酸化又は硫化してしまうと、鉄601へのリンの吸着性能が低くなってしまう。その結果、担体100中のりん酸全量、特にく溶性りん酸の量が低下してしまう。したがって、還元処理の際に孔200の内部の鉄601が酸化又は硫化することを抑制することが好ましい。
As described above, the
また、担体100の孔200の内部のリン吸着鉄600が繊維状であることで、孔200の内部におけるリン吸着鉄600の表面積を大きくすることができ、肥料10が含有するりん酸全量を増加させることができる。また、リン吸着鉄600が繊維状であることで、孔200の深い位置に存在するリン吸着鉄600からりん酸が溶け出すのに時間を要するため、肥料10の作物に対する肥効成分を長期間化することができる。
In addition, since the phosphorus-adsorbed
肥料10は、リン、鉄、硫黄以外に、他の成分、例えば窒素、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ホウ素、塩素、マンガン、亜鉛、銅、モリブデン、ニッケルなどの植物の必須栄養素、フラボノイド、有機酸、アミノ酸、ペプチド、ヌクレオシド、ヌクレオチド、核酸塩基、糖、1価アルコール、非イオン性界面活性剤、食品添加物、微生物抽出物、植物ホルモン、nod因子すなわちリポ-キトオリゴ糖、合成リポ-キトオリゴ糖、キトオリゴ糖、キチン性化合物、リノール酸又はその誘導体類、リノレン酸又はその誘導体類、カリキン、アシル-ホモセリンラクトン誘導体、ベタイン化合物、フェノール類化合物などから選択される1つ以上と併用されてもよい。
[肥料10の製造方法]
図2及び図3を用いて、本実施形態に係る肥料10の製造方法について説明する。本実施形態において、炭化物の孔の中に鉄化合物を導入する方法として、鉄を含む溶液に炭化物を浸漬する方法が用いられ、炭化物の孔の中に付着した鉄化合物が還元されることで、ゼロ価の鉄粒子が炭化物の孔の中に配置される方法について説明する。
[Manufacturing method of Fertilizer 10]
A method for manufacturing the
図2は、本発明の一実施形態に係る肥料の製造方法を示すフローチャートである。図3は、本発明の一実施形態に係る肥料に用いられる多孔質材の孔形状を示す断面図である。 FIG. 2 is a flow chart showing a method for producing fertilizer according to one embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the pore shape of the porous material used for fertilizer according to one embodiment of the present invention.
図2に示すように、ステップS101で有機物が炭化される。本実施形態では、有機物として木材が用いられる。有機物の炭化は、大気雰囲気に比べて酸素比が小さい雰囲気での熱処理によって行われる。 As shown in FIG. 2, organic matter is carbonized in step S101. In this embodiment, wood is used as the organic material. Carbonization of the organic matter is performed by heat treatment in an atmosphere having a lower oxygen ratio than the air atmosphere.
炭化炉には主に二種類あり、炭化に必要な熱を外部から供給する炭化炉を外熱式と呼び、材料から熱を確保するものを内燃式と呼ぶ。外熱式は酸素を遮断して炭化し、内燃式は炭化に必要な最低限の熱量を確保するために必要な燃焼のための酸素を供給する。つまり、基本的には還元条件下、高温で加熱するプロセスを炭化と呼ぶ。有機物を還元条件下で加熱すると、昇温途中(例えば、約280℃)で有機物中の組成分解が始まり、有機物内の酸素、水素が、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、炭化水素などのガスとして揮発し、炭素分の多い無定形炭素に変化していく。さらに高温で加熱し続けることで、有機物内の酸素、水素がさらに減少し、純度の高い固定炭素及び灰分から構成される炭化物を形成する。このような変化により、有機物は炭化物に変わる。有機物内の水分や構成成分が揮発性ガス等として脱離し、一定量の炭素が残存するため、有機物の炭化によって形成される炭化物には多数かつ大小様々な連続多孔が形成されることになる。炭化温度の上昇に伴い炭素化が進行して形成される炭化物は、耐熱性(耐火性)、吸着性、導電性の性質を有するようになる。有機物の炭化によって形成された炭化物は、担体100の一例である。この場合、担体100は導電性を有している。
There are two main types of carbonization furnaces: a carbonization furnace that supplies heat necessary for carbonization from the outside is called an external heat type, and a furnace that secures heat from materials is called an internal combustion type. The external heat type cuts off oxygen for carbonization, and the internal combustion type supplies the oxygen necessary for combustion to secure the minimum amount of heat necessary for carbonization. So basically the process of heating at high temperature under reducing conditions is called carbonization. When organic matter is heated under reducing conditions, composition decomposition in the organic matter begins during the temperature rise (for example, about 280° C.), and oxygen and hydrogen in the organic matter are converted into gases such as carbon dioxide, carbon monoxide, hydrogen, and hydrocarbons. As it evaporates, it changes to amorphous carbon with a high carbon content. By continuing to heat at a higher temperature, oxygen and hydrogen in the organic matter are further reduced, forming a carbide composed of high-purity fixed carbon and ash. Such a change turns the organic matter into a carbide. Moisture and constituent components in the organic matter are desorbed as volatile gases, etc., and a certain amount of carbon remains. Therefore, a large number of continuous pores of various sizes are formed in the carbide formed by the carbonization of the organic matter. As the carbonization temperature rises, the carbonization progresses and the carbide formed has heat resistance (fire resistance), adsorptivity, and conductivity. A char formed by charring organic matter is an example of the
ここで、図3を用いて、担体100として炭化物が用いられた場合における、担体100の孔形状について説明する。図3に示すように、担体100は、マクロ孔200(図1の孔200に相当する)、メソ孔210、及びミクロ孔220を有する。マクロ孔200は、担体100の表面に繋がる孔である。担体100の内部において、マクロ孔200が細分化されてメソ孔210が形成されており、メソ孔210が細分化されてミクロ孔220が形成されている。マクロ孔200のサイズは、100μm以下、50μm以下、30μm以下、又は20μm以下である。メソ孔210のサイズは、おおよそ2nm以上50nm以下である。ミクロ孔220のサイズは、おおよそ0.5nm以上2nm以下である。
Here, the pore shape of the
図2に示すように、ステップS101の有機物の炭化とは別に、ステップS103で鉄又は鉄化合物を含む溶液120の準備が行われる。本実施形態では、溶液120として、鉄を含む水溶液が用いられる。具体的には、溶液120として、無機鉄又は無機鉄化合物が溶解された塩化第1鉄水溶液(FeCl2)、塩化第2鉄水溶液(FeCl3)、硝酸第1鉄水溶液(Fe(NO3)2)、硝酸第2鉄水溶液(Fe(NO3)3)、硫酸第1鉄水溶液(FeSO4)、又は硫酸第2鉄水溶液(Fe(SO4)3)が用いられる。又は、溶液120として、有機鉄化合物としてたんぱく質と結合したヘム鉄が溶解された溶液も使用できる。ヘム鉄が含まれる動物の血液などの廃棄物を利用してもよい。これらの溶液を特に区別しない場合、単に鉄溶液という場合がある。なお、溶液120は上記の鉄溶液に限定されず、上記以外の鉄を含む溶液であってもよい。また、溶液の溶媒は水だけでなく、メタノール、エタノール、フェノール、ベンゼン、ヘキサンなどの有機溶媒でも構わない。 As shown in FIG. 2, apart from the carbonization of organic matter in step S101, a solution 120 containing iron or iron compounds is prepared in step S103. In this embodiment, an aqueous solution containing iron is used as the solution 120 . Specifically, the solution 120 includes a ferrous chloride aqueous solution (FeCl 2 ), a ferric chloride aqueous solution (FeCl 3 ), a ferrous nitrate aqueous solution (Fe(NO 3 ), in which inorganic iron or an inorganic iron compound is dissolved). 2 ), an aqueous ferric nitrate solution (Fe(NO 3 ) 3 ), an aqueous ferrous sulfate solution (FeSO 4 ), or an aqueous ferric sulfate solution (Fe(SO 4 ) 3 ) is used. Alternatively, as the solution 120, a solution in which heme iron bound to protein as an organic iron compound is dissolved can also be used. Waste products such as animal blood containing heme iron may also be used. When these solutions are not particularly distinguished, they may simply be referred to as iron solutions. The solution 120 is not limited to the above iron solution, and may be a solution containing iron other than the above. Moreover, the solvent of the solution is not limited to water, and organic solvents such as methanol, ethanol, phenol, benzene, and hexane may be used.
ステップS105で、ステップS101で形成された炭化物を、ステップS103で形成された溶液120に浸漬する。 At step S105, the carbide formed at step S101 is immersed in the solution 120 formed at step S103.
ステップS107で、担体100が溶液120中に浸漬した状態で、これらが配置された雰囲気を減圧(脱気)する。あるいは、担体100が配置された状態で雰囲気を減圧し、その後溶液120を注入して、担体100を溶液120に浸漬させてもよい。または、担体100を浸漬し減圧した後、加圧する方法を採用してもよい。この減圧処理によって、上記の孔の内部に気泡が残ってしまう現象を解消することができる。なお、このような現象が発生しない、又はこのような現象が肥料10の特性に与える影響が大きくなければ、この減圧処理を省略することができる。
In step S107, with the
ステップS109で、ステップS107で減圧された雰囲気を大気圧に戻し、担体100を溶液120から取り出す。担体100を溶液120から取り出す方法としては、遠心分離による脱液など公知の方法を用いることができる。ステップS111で溶液120を染みこませた担体100の乾燥を行う。この乾燥によって溶液120に含まれる液体を除去する。また、この乾燥によって、鉄化合物111が担体100の孔の中及びその表面に付着する。この乾燥は、担体100を加熱しながら行われる。また、担体100を乾燥する際に、担体100が配置された環境の湿度を調整してもよい。この乾燥は次のステップの還元プロセスの熱処理時に同時に行ってもよい。
In step S109, the atmosphere pressure-reduced in step S107 is returned to atmospheric pressure, and the
図2のステップS113で、担体100の孔の中及びその表面に付着した鉄化合物111の還元処理が行われる。言い換えると、鉄化合物111は、マクロ孔200、メソ孔210、及びミクロ孔220のうち少なくともいずれか一の孔の内壁に付着した状態で還元される。還元処理は、還元ガス雰囲気での熱処理によって行われる。この還元処理によって、二価もしくは三価の鉄化合物111が還元され、ゼロ価の鉄になる。なお、上記の熱処理によって、鉄化合物111の一部が熱分解し、酸化鉄及び/または硫化鉄が形成される。この後、酸化鉄及び/又は硫化鉄の一部が還元され、金属鉄となる。このようにして、本実施形態に係る肥料10の前段階の吸着材が製造される。
In step S113 of FIG. 2, reduction treatment of the iron compound 111 adhering to the inside of the pores of the
図2のステップS115で、上記の吸着材に含まれる鉄にリンを吸着させる。具体的には、リンを含む水溶液(リン水溶液)中に上記の吸着材を浸漬することで上記の鉄にリンを吸着させる。ステップS115において、単に吸着材をリン水溶液に浸漬させてもよいが、吸着材をリン水溶液に浸漬した状態でステップS107~S109と同様の処理を行ってもよい。 At step S115 in FIG. 2, phosphorus is adsorbed onto the iron contained in the adsorbent. Specifically, the iron is made to adsorb phosphorus by immersing the adsorbent in an aqueous solution containing phosphorus (aqueous phosphorus solution). In step S115, the adsorbent may simply be immersed in the phosphorus aqueous solution, or the same processes as in steps S107 to S109 may be performed while the adsorbent is immersed in the phosphorus aqueous solution.
なお、ステップS101において用いられる有機物として、生立木(広葉樹、針葉樹、竹などの間伐材、林地廃材を含む)、製材工場又は木材加工工場の廃材(鋸屑、樹皮屑、チップ屑、端切材を含む)、植物性の殻、建築解体材又は家具材の木質系廃材を用いることができる。ステップS101で生成される炭化物は、例えば木炭又は竹炭である。木炭は、竹炭の他に、白炭、黒炭、オガ炭、ヤシ殻炭、モミ殻炭、粉炭を含んでもよい。 The organic materials used in step S101 include raw trees (including thinned wood such as broad-leaved trees, coniferous trees, and bamboo, and forest waste), and waste materials from sawmills or wood processing factories (sawdust, bark waste, chip waste, and cut wood). ), vegetable husks, building demolition materials, or wooden scraps of furniture. The charcoal produced in step S101 is, for example, charcoal or bamboo charcoal. The charcoal may include white charcoal, black charcoal, sawdust charcoal, coconut charcoal, rice husk charcoal, and pulverized charcoal, in addition to bamboo charcoal.
ステップS101における有機物の炭化温度は、400℃以上1200℃以下、500℃以上1100℃以下、600℃以上1000℃以下、又は700℃以上900℃以下である。有機物の炭化雰囲気は、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気、無酸素雰囲気、還元雰囲気、又は減圧雰囲気である。有機物の炭化を減圧雰囲気で行う場合、通常大気圧をゼロとしたゲージ圧で-101200Pa以上-1300Pa以下の低真空状態、-101299.9Pa以上-101200Pa以下の中真空状態、-101299.99999Pa以上-101299.9Pa以下の高真空状態、又は-101299.99999Pa以下の超高真空状態で行うことができる。また、減圧後に加圧する場合は、通常大気圧をゼロとしたゲージ圧で-101.3MPa以上0.8987MPa以下、-101.3MPa以上0.3987MPa以下で行うことができる。有機物の炭化時間は10分以上10日以下、10分以上5時間以下である。また、有機物の炭化を低酸素雰囲気で行う場合、酸素濃度は0.01%以上3%以下、又は0.1%以上1%以下で行うことができる。有機物の炭化は、内燃式もしくは外熱式で、バッチ式の開放型や密閉型の炭窯炉、連続式のロータリーキルンや揺動式炭化炉、スクリュー炉、加熱チャンバ、蓋がされた耐熱容器(坩堝)を用いて行うことができる。 The carbonization temperature of the organic substance in step S101 is 400° C. to 1200° C., 500° C. to 1100° C., 600° C. to 1000° C., or 700° C. to 900° C. The atmosphere for carbonizing the organic substance is an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas, an oxygen-free atmosphere, a reducing atmosphere, or a reduced pressure atmosphere. When the carbonization of organic matter is carried out in a reduced pressure atmosphere, the gauge pressure is usually zero, and the gauge pressure is -101200 Pa or more and 1300 Pa or less in a low vacuum state, -101299.9 Pa or more and 101200 Pa or less in a medium vacuum state, -101299.99999 Pa or more-. It can be carried out in a high vacuum state of 101299.9 Pa or less or an ultra-high vacuum state of -101299.99999 Pa or less. In addition, when pressurizing after decompression, it can be carried out at a gauge pressure of -101.3 MPa or more and 0.8987 MPa or less, or -101.3 MPa or more and 0.3987 MPa or less as a gauge pressure with the atmospheric pressure as zero. The carbonization time of the organic substance is 10 minutes or more and 10 days or less, and 10 minutes or more and 5 hours or less. Further, when the carbonization of organic matter is performed in a low-oxygen atmosphere, the oxygen concentration can be 0.01% or more and 3% or less, or 0.1% or more and 1% or less. Carbonization of organic matter can be internal combustion or external heat, batch open or closed charcoal kiln, continuous rotary kiln or oscillating carbonization furnace, screw furnace, heating chamber, covered refractory vessel (crucible). ).
本実施形態では、ステップS101において有機物を炭化することで担体100を得る方法を例示したが、担体100として市販された炭化物を用いてもよい。
In this embodiment, the method of obtaining the
ステップS103で用いられる溶液120に含まれる鉄の質量パーセント濃度は0.1wt%以上50wt%以下、1wt%以上40wt%以下、又は3wt%以上30wt%以下である。ステップS103で担体100が溶液120に浸けられる時間は、10秒以上24時間以下、1分以上5時間以下、又は2分以上1時間以下である。圧力容器に入れて炭化物を浸漬後に減圧する場合、あるいは、減圧後に浸漬する場合、通常大気圧をゼロとしたゲージ圧で-0.101MPa以上-0.02MPa以下、-0.101MPa以上-0.04MPa以下、又は-0.101MPa以上-0.08MPa以下とすることができる。また、減圧後に加圧する場合は、通常大気圧をゼロとしたゲージ圧で-101.3MPa以上0.8987MPa以下、-101.3MPa以上0.3987MPa以下で行うことができる。この場合、減圧浸漬時間は、通常よりも短くて構わなく、所定のゲージ圧力に達してから任意の時間を採用できるが、好ましくは1秒以上1時間以下、10秒以上10分以下、又は30秒以上5分以下から適宜選択すればよい。
The mass percent concentration of iron contained in the solution 120 used in step S103 is 0.1 wt % or more and 50 wt % or less, 1 wt % or more and 40 wt % or less, or 3 wt % or more and 30 wt % or less. The time for which the
ステップS103で用いられる溶液120の溶媒として、水、メタノール、エタノール、フェノール、ベンゼン、ヘキサンなどの有機溶媒が用いられる。なお、本実施形態では、ステップS103において溶液120を作製する方法を例示したが、溶液120は市販品のものを用いてもよい。 Organic solvents such as water, methanol, ethanol, phenol, benzene, and hexane are used as solvents for the solution 120 used in step S103. In this embodiment, the method of preparing the solution 120 in step S103 is exemplified, but the solution 120 may be a commercially available product.
また、溶液120に、鉄イオン110の分散を促進する分散剤を追加してもよい。当該分散剤として、例えば界面活性剤を用いることができる。界面活性剤として、陰イオン(アニオン)界面活性剤、陽イオン(カチオン)界面活性剤、両性(双性)界面活性剤、非イオン(ノニオン)界面活性剤、及び高分子界面活性剤を用いることができる。陰イオン界面活性剤として、脂肪酸ナトリウム、モノアルキル硫酸塩、アルキルポリオキシエチレン硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキル硫酸トリエタノールアミン、及びアルキルベンゼンスルホン酸塩を用いることができる。陽イオン界面活性剤として、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩クロリド、アルキルピリジウムクロリド、及びアルキルベンジルジメチルアンモニウム塩を用いることができる。両性界面活性剤として、アルキルジメチルアミンオキシド及びアルキルカルボキシベタインを用いることができる。非イオン界面活性剤として、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、脂肪酸ソルビタンエステル、アルキルポリグルコシド、脂肪酸ジエタノールアミド、オクチルフェノールエトキシレート、及びアルキルモノグリセリルエーテルを用いることができる。高分子界面活性剤として、ポリアクリル酸塩、ポリスチレンスルホン酸塩、ポリビニルアルコール、及びポリエチレンイミンを用いることができる。分散剤の濃度は0.01%以上20%以下、又は0.01%以上1%以下である。なお、炭化物は高温で炭化しないと疎水性(非親水性)を有するため、水が内部に入りにくい。このため、溶液120に界面活性剤を含ませることにより、溶液120を担体100の内部に浸透しやすくさせることができる。
In addition, a dispersant may be added to the solution 120 to facilitate the dispersion of the iron ions 110 . As the dispersant, for example, a surfactant can be used. Using anionic (anionic) surfactants, cationic (cationic) surfactants, amphoteric (zwitterionic) surfactants, nonionic (nonionic) surfactants, and polymeric surfactants as surfactants can be done. As an anionic surfactant, fatty acid sodium, monoalkylsulfate, alkylpolyoxyethylenesulfate, alkylbenzenesulfonate, alkylethersulfate, triethanolamine alkylsulfate, and alkylbenzenesulfonate can be used. Alkyltrimethylammonium salts, dialkyldimethylammonium chlorides, alkylpyridium chlorides, and alkylbenzyldimethylammonium salts can be used as cationic surfactants. Alkyldimethylamine oxides and alkylcarboxybetaines can be used as amphoteric surfactants. As nonionic surfactants, polyoxyethylene alkyl ethers, fatty acid sorbitan esters, alkyl polyglucosides, fatty acid diethanolamides, octylphenol ethoxylates, and alkyl monoglyceryl ethers can be used. Polyacrylate, polystyrene sulfonate, polyvinyl alcohol, and polyethyleneimine can be used as polymeric surfactants. The concentration of the dispersant is 0.01% or more and 20% or less, or 0.01% or more and 1% or less. Note that the carbonized material is hydrophobic (non-hydrophilic) unless it is carbonized at a high temperature, so water does not easily enter inside. Therefore, by including a surfactant in the solution 120 , the solution 120 can easily permeate the interior of the
ステップS105、S115において、担体100を溶液120に浸漬する前に、担体100に上記の界面活性剤を供給してもいい。界面活性剤の供給は、担体100の上面に塗布することで行われてもよく、界面活性剤を含む溶液に担体100を浸漬することで行われてもよい。また、ステップS107と同様に、界面活性剤を担体100に供給した状態で脱気を行ってもよい。
In steps S105 and S115, before the
また、担体100は溶液120やリン水溶液に浸漬しなくてもよい。例えば、担体100の表面に溶液120やリン水溶液を塗布することで、溶液120を担体100の孔の中に染みこませてもよい。
Further, the
ステップS107において、より効率的に気泡130を孔の外に拡散させるために、脱気の際に振動を与えてもよい。この振動は超音波振動であってもよい。また、脱気の際に担体100を加熱してもよい。また、脱気の際に、担体100を溶液120中で傾ける又は回転させてもよい。脱気の際の圧力は、通常大気圧をゼロとしたゲージ圧で-0.101MPa以上-0.03Mpa以下で、脱気時間は10秒以上1時間以下、又は30秒以上10分以下である。
In step S107, vibration may be applied during degassing in order to diffuse the air bubbles 130 out of the holes more efficiently. This vibration may be an ultrasonic vibration. Further, the
担体100として炭化物が用いられる場合、炭化物は疎水性であるため、担体100の孔の中に鉄イオン110を含んだ溶液120やリン水溶液が染みこみ難い場合がある。このような場合、担体100の孔(マクロ孔200、メソ孔210、ミクロ孔220)に存在する空気によって、担体100の多くは液面に浮いてしまう。このような状態であっても、減圧することで、上記の孔に存在する空気を担体100の外に引き出し、溶液120やリン水溶液の外に排出することができる。これにより、担体100の孔において、気泡130が存在していた領域に、鉄イオン110を含む溶液120やリン水溶液を充填させることができる。
When a carbide is used as the
上記のステップS105~S111の工程は、複数回繰り返し行われてもよい。また、ステップS107及びS109の工程が、複数回繰り返し行われてもよい。また、ステップS115の工程が複数回繰り返し行われてもよい。また、ステップS109の大気圧に戻す工程を経ずに、減圧された状態のままステップS111の乾燥を行ってもよい。その場合、当該乾燥の後に大気圧に戻してもよく、減圧のままステップS113の還元を行ってもよい。また、上記の乾燥及び還元を同一工程で行ってもよい。上記の工程を複数回繰り返すことで、担体100に付着する鉄化合物111の量を増やすことができる。
The above steps S105 to S111 may be repeated multiple times. Further, the steps S107 and S109 may be repeated multiple times. Further, the process of step S115 may be repeated multiple times. Further, the drying in step S111 may be performed while the pressure is reduced without going through the step of returning to the atmospheric pressure in step S109. In that case, the pressure may be returned to the atmospheric pressure after the drying, or the reduction in step S113 may be performed while the pressure is reduced. Also, the above drying and reduction may be performed in the same step. By repeating the above steps multiple times, the amount of the iron compound 111 attached to the
ステップS113における鉄化合物111の還元温度は、少なくとも500℃以上であればよい。還元温度の範囲は、例えば500℃以上1200℃以下、500℃以上1000℃以下、500℃以上900℃以下、又は700℃以上900℃以下である。鉄化合物111の還元処理に用いられる還元ガスは、一酸化炭素ガス、水素ガス、硫化水素ガス、二酸化硫黄ガス又は炭化水素ガスである。これらのガスを外部から導入する利点は、担体100に付着する炭素、酸素、硫黄、水素等が加熱により反応し、還元ガスが発生する場合に比べて、還元後の吸着材の歩留まりが高まることも本発明の一つの効果である。また、一酸化炭素と水素を混ぜるなど、還元ガスを混合しても構わない。さらに還元ガスは爆発性や可燃性の観点から取り扱いが難しいガスも多いため、これらを不活性ガスで希釈しても構わない。例えば、一酸化炭素濃度を1%以上20%以下になるように、窒素ガスで希釈することができる(つまり、窒素の濃度が99%以下80%以上である)。還元時間は1分以上10時間以下、10分以上2時間以下である。当該還元は、バッチ式、連続式のどちらでも構わなく、加熱と還元ガス(不活性ガスとの混合でも構わない)の導入ができる構造であれば、管状炉、箱型炉を適宜用いることができる。還元性ガスとして一酸化炭素ガスを用いる場合、還元温度は、少なくとも500℃以上であればよい。この場合の還元温度の範囲は、例えば500℃以上1200℃以下、500℃以上1000℃以下、500℃以上900℃以下、又は700℃以上900℃以下とすることができる。また、還元性ガスとして水素ガスが用いられる場合、還元温度は、少なくとも100℃以上であればよい。この場合の還元温度の範囲は、例えば100℃以上1200℃以下、100℃以上900℃以下、又は700℃以上900℃以下とすることができる。
The reduction temperature of the iron compound 111 in step S113 should be at least 500° C. or higher. The range of the reduction temperature is, for example, 500°C to 1200°C, 500°C to 1000°C, 500°C to 900°C, or 700°C to 900°C. The reducing gas used for the reduction treatment of the iron compound 111 is carbon monoxide gas, hydrogen gas, hydrogen sulfide gas, sulfur dioxide gas, or hydrocarbon gas. The advantage of introducing these gases from the outside is that the yield of the adsorbent after reduction is increased compared to the case where carbon, oxygen, sulfur, hydrogen, etc. adhering to the
なお、鉄化合物111を還元する際に、還元ガスに加えて、二酸化炭素ガス、酸素ガス、水蒸気を加え、賦活することで、還元と同時に担体100に微細な孔を増やす(活性炭化する)ことができる。担体100を活性炭化することで、担体100の表面積をより大きくすることができる。
When reducing the iron compound 111, in addition to the reducing gas, carbon dioxide gas, oxygen gas, and water vapor are added to activate, thereby increasing fine pores in the
ステップS113において、担体100に付着する炭素、酸素、硫黄、水素等が加熱により反応し、還元ガスが発生する場合、当該ガスを用いて、担体100の孔の中及びその表面に付着した鉄化合物111の還元処理を行ってもよい。この場合、不活性ガス又は希ガス等を加熱装置に導入してもよい。
In step S113, when the carbon, oxygen, sulfur, hydrogen, etc. attached to the
なお、肥料10にリン、鉄、硫黄以外に、他の成分が含まれる場合、その原料をさらに追加してもよい。
In addition, when the
本実施形態では、担体100にメソ孔210及びミクロ孔220が形成された後に、鉄を含む溶液120を担体100の孔の中に染みこませ、乾燥させて、鉄化合物111を還元することで上記のようなリン吸着材を形成し、当該リン吸着材にリンを吸着させることで肥料10を実現することができる。
In this embodiment, after the
また、本実施形態では、還元を炭化とは別の熱処理で行うため、還元に適した条件を適宜選択することができる。例えば、炭化と還元処理とを異なる装置で行うことができる。又は、炭化温度と還元温度とを異なる温度や時間で処理することができる。又は、炭化と還元処理とを異なる雰囲気で行うことができる。 Moreover, in the present embodiment, since the reduction is performed by a heat treatment different from the carbonization, the conditions suitable for the reduction can be appropriately selected. For example, the carbonization and reduction treatments can be performed in different apparatuses. Alternatively, the carbonization temperature and the reduction temperature can be treated at different temperatures and times. Alternatively, carbonization and reduction treatment can be performed in different atmospheres.
担体100が炭化物の場合、炭化物は導電性が高いため、炭化物とその孔の中に付着したゼロ価の鉄の結晶粒子との間で電子交換が速やかに行われる。したがって、ゼロ価の鉄の結晶粒子を含む炭化物を水中に入れると、多孔質体表面でゼロ価の鉄が速やかにイオン化し、オキシ水酸化鉄(FeOOH)などの水酸化物を生成し、水中に存在するりん酸イオンと反応し、りん酸鉄を形成して炭化物に吸着固定することができる。上記と同様に、担体100として、導電性を有する材料を用いることで、効率よくリンを吸着することができる。その結果、上記のような特徴を有する肥料10を形成することができる。
When the
以上、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明したが、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本実施形態の肥料を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。さらに、上述した各実施形態は、相互に矛盾がない限り適宜組み合わせが可能であり、各実施形態に共通する技術事項については、明示の記載がなくても各実施形態に含まれる。 Although one embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the scope of the present invention. For example, based on the fertilizer of the present embodiment, additions, deletions, or design changes made by those skilled in the art as appropriate are also included in the scope of the present invention as long as they have the gist of the present invention. Furthermore, the embodiments described above can be appropriately combined as long as there is no contradiction, and technical matters common to each embodiment are included in each embodiment without explicit description.
上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。 Even if there are other effects that are different from the effects brought about by the aspects of each embodiment described above, those that are obvious from the description of this specification or those that can be easily predicted by those skilled in the art are of course It is understood that it is provided by the present invention.
以下、上記の実施形態に係る肥料の実施例について説明する。以下の実施例に係る肥料は、担体として木材を炭化した炭化物が用いられた肥料である。実施例における担体の具体的な製造条件を表1に示す。 Examples of the fertilizer according to the above embodiment will be described below. Fertilizers according to the following examples are fertilizers in which a carbonized product obtained by carbonizing wood is used as a carrier. Table 1 shows specific manufacturing conditions for the carrier in the examples.
表1に示すように、実施例に係る肥料の製造条件は、前処理、浸漬処理、及びリン吸着処理を含む。 As shown in Table 1, the manufacturing conditions for the fertilizers according to the examples include pretreatment, immersion treatment, and phosphorus adsorption treatment.
前処理は図2のステップ105の前に行われる炭化物の洗浄処理である。前処理における洗浄液、洗浄温度、洗浄時間、及び乾燥温度は、いずれの実施例も同じ条件である。 Pretreatment is a carbide cleaning treatment performed prior to step 105 of FIG. The washing liquid, washing temperature, washing time, and drying temperature in the pretreatment are the same in all examples.
浸漬条件は図2のステップS105の処理に該当する。浸漬処理における鉄含有水溶液、脱気圧、脱気時間、及び乾燥時間は、いずれの実施例も同じ条件である。一方、浸漬処理における鉄含有水溶液の液量及び炭化物洗浄水の液量は、実施例1と実施例2とで異なる。具体的には、実施例1は実施例2と比較して鉄含有水溶液及び炭化物洗浄水の液量ともに多い。なお、実施例1の炭化物洗浄水の液量は過剰な液量であり、実施例1では浸漬処理によって炭化物中に付着した鉄化合物の多くは流失してしまっていると考えられる。 The immersion conditions correspond to the process of step S105 in FIG. The iron-containing aqueous solution, depressurization, degassing time, and drying time in the immersion treatment are the same in all Examples. On the other hand, the liquid amount of the iron-containing aqueous solution and the liquid amount of the carbide washing water in the immersion treatment are different between the first embodiment and the second embodiment. Specifically, in Example 1, compared with Example 2, both the amounts of the iron-containing aqueous solution and the carbide washing water are large. The amount of the carbide cleaning water in Example 1 was excessive, and it is considered that most of the iron compounds adhering to the carbide in Example 1 were washed away by the immersion treatment.
[肥料に含まれるりん酸の比率]
上記の条件で作成した実施例1及び実施例2に係る肥料に対してバナドモリブデン酸アンモニウム吸光光度法を用いて評価した結果を表2に示す。また、比較例としてリン酸(III)鉄n水和物(富士フイルム和光純薬株式会社製)を同様の手法を用いて評価した結果を表2に示す。
[Ratio of phosphoric acid contained in fertilizer]
Table 2 shows the results of evaluating the fertilizers according to Examples 1 and 2 prepared under the above conditions using the ammonium vanadomolybdate spectrophotometry method. As a comparative example, Table 2 shows the results of evaluating iron (III) phosphate n-hydrate (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) using the same method.
表2に記載された「りん酸全量(TP)」、「く溶性りん酸(CP)」、「水溶性りん酸(WP)」、及び「可溶性りん酸(SP)」は、それぞれバナドモリブデン酸アンモニウム吸光光度法を用いて評価した結果である。「りん酸全量の比率」、「く溶性りん酸の比率」、「水溶性りん酸の比率」、「可溶性りん酸の比率」、及び「鉄の比率」は、それぞれ鉄及びリンを担持した状態の炭化物の質量に対する各々の質量の比率である。「CP/TP」は、りん酸全量(TP)に対するく溶性りん酸(CP)の比率である。「WP/TP」は、りん酸全量(TP)に対する水溶性りん酸(WP)の比率である。「SP/TP」は、りん酸全量(TP)に対する可溶性りん酸(SP)の比率である。 "Total phosphoric acid (TP)", "citric acid phosphoric acid (CP)", "water-soluble phosphoric acid (WP)", and "soluble phosphoric acid (SP)" described in Table 2 are molybdenum vanado These are the results of evaluation using ammonium acid absorption photometry. "Ratio of total amount of phosphoric acid", "ratio of citric soluble phosphoric acid", "ratio of water-soluble phosphoric acid", "ratio of soluble phosphoric acid", and "ratio of iron" are the states in which iron and phosphorus are supported, respectively. is the ratio of the mass of each to the mass of the carbide of "CP/TP" is the ratio of citric soluble phosphate (CP) to total phosphate (TP). "WP/TP" is the ratio of water-soluble phosphoric acid (WP) to total phosphoric acid (TP). "SP/TP" is the ratio of soluble phosphate (SP) to total phosphate (TP).
実施例1及び実施例2の「CP/TP」(21%及び51%)は、比較例の「CP/TP」(16%)に比べて大きい。上記のように、炭化物洗浄水の液量が過剰で、鉄の比率が小さい実施例1であっても、比較例よりも「CP/TP」の値が大きい。鉄含有水溶液及び炭化物洗浄水の液量を適正な条件に調整した実施例2では、「CP/TP」の値が比較例の3倍以上の値である。つまり、実施例1及び実施例2では、りん酸全量に対するく溶性りん酸の比率が大きいため、長期間肥効を得ることができる。 The "CP/TP" (21% and 51%) of Examples 1 and 2 are larger than the "CP/TP" (16%) of the Comparative Example. As described above, even in Example 1, in which the amount of the carbide cleaning water is excessive and the ratio of iron is small, the value of "CP/TP" is larger than that of the comparative example. In Example 2, in which the liquid amounts of the iron-containing aqueous solution and the carbide cleaning water are adjusted to appropriate conditions, the value of "CP/TP" is three times or more that of the comparative example. That is, in Examples 1 and 2, since the ratio of citric-soluble phosphoric acid to the total amount of phosphoric acid is large, a long-term fertilizing effect can be obtained.
10:肥料、 100:担体、 110:鉄イオン、 111:鉄化合物、 120:溶液、 130:気泡、 200:孔(マクロ孔)、 201:内壁、 210:メソ孔、 220:ミクロ孔、 600:リン吸着鉄、 601:鉄、 610:線状体、 611:線状体、 800:酸化鉄、 810:酸化鉄、 900:硫化鉄 10: Fertilizer 100: Carrier 110: Iron ion 111: Iron compound 120: Solution 130: Air bubble 200: Pore (macropore) 201: Inner wall 210: Mesopore 220: Micropore 600: Phosphorus-adsorbed iron 601: Iron 610: Linear body 611: Linear body 800: Iron oxide 810: Iron oxide 900: Iron sulfide
Claims (12)
前記肥料中のりん酸全量に対するく溶性りん酸の比率が18%以上であり、前記肥料中のりん酸全量に対する水溶性りん酸の比率が1%以下である肥料。 A fertilizer comprising a crystalline carrier carrying phosphorus-adsorbed iron,
A fertilizer wherein the ratio of citric-soluble phosphoric acid to the total amount of phosphoric acid in the fertilizer is 18% or more, and the ratio of water-soluble phosphoric acid to the total amount of phosphoric acid in the fertilizer is 1% or less.
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