一種重金屬捕捉肥料的製作方法
2023-04-24 19:43:51 1
本發明涉及肥料技術領域，具體涉及一種重金屬捕捉肥料。
背景技術：
隨著經濟的快速發展和工業技術的進步，工、農業生產對環境的不良影響不斷加劇，由於固體廢物不斷向土壤表面堆放和傾倒，有害廢水不斷向土壤中滲透，大氣中的有害氣體及飄塵也不斷隨雨水降落在土壤中，導致了土壤汙染。其中，土壤重金屬汙染已成為不容忽視的突出環境問題，農田土壤重金屬汙染有巨大的危害性，土壤中重金屬汙染不但會導致農作物減產和品質下降，還會通過土壤-植物系統，經食物鏈進人人體，危害人體健康和生命安全，近年來鎘米、砷毒、血鉛等重金屬汙染危害的報導屢見不鮮，具有很大的危害意識。土壤重金屬汙染有隱蔽性、危害的滯後性、長期性以及生物鏈對重金屬的生物富集等特點，這些決定著若對土壤重金屬汙染認識和治理滯後將帶來難以預料的嚴重後果。如20世紀在日本發生的因農田Cd汙染引起「痛痛病」環境公害就是最典型的例子。我國農田土壤汙染日趨嚴重，土壤、稻米、蔬菜等重金屬超標的報導頻頻見於報端，有關資料顯示，1998年我國受重金屬汙染的耕地面積近2000萬hm2，約佔總耕地面積的1/5。導致每年糧食減產1000多萬噸，受汙染糧食多達1200多萬噸，合計經濟損失達200億元。由重金屬汙染引發的生態負效應、農產品安全、人體健康和綠色貿易壁壘等問題已引起廣泛關注。目前重金屬汙染治理途徑多樣，有工程治理措施(改土法、電化法、衝洗絡合法)和農藝調控措施(提高pH值、調節Eh、增施有機肥、離子拮抗)。用工程治理土壤重金屬汙染，對於汙染重、面積小的土壤具有治理效果明顯、迅速的優點，但對於汙染面積較大、程度較輕而範圍較廣的農田汙染土壤，則需要消耗大量的人力與財力，並容易導致土壤結構的破壞和土壤肥力的下降。土壤重金屬汙染傳統的修複方法如填埋法、淋洗法、電化學法等工程量大，成本高，難以大規模使用，而且常常導致土壤結構破壞和某些營養元素的淋失，經研究，通過肥料的施用來改善土壤重金屬的汙染情況是目前成本低廉，處理情況可控的，符合環境友好發展的新型處理方法，因此，開發一種低成本、簡便、高效、環境友好的新型農田土壤重金屬捕捉肥料，既能實現作物增產，也能有效捕捉重金屬，減少其在土壤中的含量，對我國農業發展和肥料領域有著重要的意義和迫切性。
技術實現要素：
本發明為解決上述技術問題，提供了一種重金屬捕捉肥料。
具體是通過以下技術方案來實現的：
一種重金屬捕捉肥料，由以下按重量份計的原料組成：尿素40～45、磷酸脲15～19、磷酸鈣10～15、硫酸鉀15～20、氯化鉀12～16、碳酸鈉10～15、硫酸鎂1～3、腐植酸鈉6～9、中藥渣15～20、禽畜糞便8～12、沼渣25～30、茶籽殼8～12、泥炭土15～20、高爐煤渣10～15、改性凹凸棒土20～30、改性草酸25～30、植物處理劑15～20。
優選地，由以下按重量份計的原料組成：尿素43、磷酸脲17、磷酸鈣13、硫酸鉀18、氯化鉀14、碳酸鈉13、硫酸鎂2、腐植酸鈉8、中藥渣18、禽畜糞便10、沼渣28、茶籽殼10、泥炭土18、高爐煤渣13、改性凹凸棒土25、改性草酸28、植物處理劑18。
進一步，所述的改性凹凸棒土，是將凹凸棒土和濃度為6～8％的鹽水按1：1.5～2的質量比混合，55～60℃恆溫水浴下，磁力攪拌器攪拌35～55min，撈出，再與草酸按等質量混合，180～200KHz的頻率下超聲處理25～30min，在382～390℃氮氣保護下，煅燒2～3h，粉碎過20～40目篩即可。
進一步，所述的改性草酸，將將天門冬氨酸與75～80％乙醇按1∶5～6的質量比混合，60～65℃下恆溫攪拌15～20min，加入總質量的40～45％的草酸，0.05～0.07MPa的壓力下，攪拌25～30min，在5～7℃下放置15～18h，減壓蒸餾回收乙醇，得殘餘物，加水攪拌，以5～6℃/min的速度將溫度升至75～80℃，加入十二烷基磺酸鈉，恆溫攪拌25～30min，再以15～20℃的速度將溫度降至8～10℃，保存1～1.5h，濃縮，過濾，烘乾得改性草酸。
進一步，所述的植物處理劑，將薴麻和蘋果皮等質量混合，烘乾，過20～40目篩，與澱粉按1∶0.3～0.35的質量比混合，在5～6.5℃下，加入混合後總質量的1.5～2倍的丙烯酸，浸泡45～55min後，加熱回收丙烯酸，在75～80℃下，加入混合後總質量的2～3倍的環氧樹脂，磁力攪拌器攪拌35～55min，過濾，烘乾，即可。
進一步，所述的尿素，磷酸脲，總氮量≥48％，所述的磷酸脲，磷酸鈣，以五氧化二磷計，總磷量≥50％，所述的硫酸鉀，氯化鉀，以氧化鉀計，總鉀量≥45％。
進一步，所述的重金屬捕捉肥料，製備方法包括以下步驟：
(1)將尿素，磷酸脲，磷酸鈣，硫酸鉀，氯化鉀，碳酸鈉和硫酸鎂分別在其各自的熔點下進行熔融，分別噴霧乾燥，再將乾燥後的各原料按比例混合，在60～70KHz的頻率下超聲處理10～15min，得料1；
(2)將禽畜糞便、沼渣和泥炭土混合，置於發酵室內，發酵8～10d後，烘乾，粉碎，過20～40目篩，得料2，其中，發酵過程中，前4d，室內溫度為45～55℃，相對溼度為75～80％，發酵後4d，室內溫度為65～70℃，相對溼度，為35～40％；
(3)將高爐煤渣在氮氣保護下，置於350～380℃下煅燒1.2～1.4h，粉碎，與腐植酸鈉，中藥渣和茶籽殼混合，粉碎，過20～40目篩，得料3；
(4)將料1、料2、料3，改性凹凸棒土，改性草酸和植物處理劑按比例混合，造粒即可。
綜上所述，本發明的有益效果在於：本肥料營養豐富，含有作物必需的多種大量元素和微量營養元素，氮、磷、鉀總養分≥70％，富含多種營養元素，本發明能有效降低土壤中金屬離子的活性，改變重金屬在土壤中的形態，將土壤中的重金屬從有效態變為土壤和/或作物難以吸收的無效態，減少作物對重金屬的吸收，從而達到修復土壤重金屬汙染的目的，以有效態轉變為無效態的轉變率為土壤修復的評判指標，本發明對土壤銻金屬的轉化率達到90.9～92.2％，本發明對土壤鋅金屬的轉化率達到93.43～93.55％，本發明對土壤砷金屬的轉化率達到91.2～91.4％，本發明的肥料不僅重金屬修復效果顯著，還具有豐富的營養，有效促進作物的生長，以高粱為例，畝產量相對於對照組，可增產11.7～14.1％，實現豐產和修復土壤重金屬的雙重效益。
其中，對凹凸棒土採用鹽化、酸化、超聲處理和氮氣保護下煅燒的改性方式，有效的增大了凹凸棒土比表面積，增強了其離子的交換能力，改性後的凹凸棒土，表面鬆散，且呈現明顯的凹凸狀，具有發達的內孔道和較大的外表面積，增加表面Si-OH官能團和改變表面性能，使凹凸棒石具有優良的吸附性能。
改性草酸，通過天門冬氨酸和十二烷基磺酸鈉的加入，在特定條件下，增強了草酸表面的活性官能團，從而進一步加強了草酸本身的螯合作用，有效的降低有效態重金屬的含量。
通過薴麻、蘋果皮和澱粉混合，通過特定的製備條件，得到比表面積較大的基團，同時，也有效的增強了肥料的總負電荷數，顯著提高了對有效態重金屬的吸附能力。
具體實施方式
下面對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明，但本發明並不局限於這些實施方式，任何在本實施例基本精神上的改進或代替，仍屬於本發明權利要求所要求保護的範圍。
實施例1
一種重金屬捕捉肥料，由以下按重量份計的原料組成：尿素40kg、磷酸脲15kg、磷酸鈣10kg、硫酸鉀15kg、氯化鉀12kg、碳酸鈉10kg、硫酸鎂1kg、腐植酸鈉6kg、中藥渣15kg、禽畜糞便8kg、沼渣25kg、茶籽殼8kg、泥炭土15kg、高爐煤渣10kg、改性凹凸棒土20kg、改性草酸25kg、植物處理劑15kg。
所述的改性凹凸棒土，是將凹凸棒土和濃度為6％的鹽水按1∶1.5的質量比混合，55℃恆溫水浴下，磁力攪拌器攪拌35min，撈出，再與草酸按等質量混合，180KHz的頻率下超聲處理25min，在382℃，氮氣保護下，煅燒2h，粉碎過20目篩即可。
所述的改性草酸，將將天門冬氨酸與75％乙醇按1∶5的質量比混合，60℃下恆溫攪拌15min，加入總質量的40％的草酸，0.05MPa的壓力下，攪拌25～30min，在5℃下放置15h，減壓蒸餾回收乙醇，得殘餘物，加水攪拌，以5℃/min的速度將溫度升至75℃，加入十二烷基磺酸鈉，恆溫攪拌25min，再以15℃的速度將溫度降至8℃，保存1h，濃縮，過濾，烘乾得改性草酸。
所述的植物處理劑，將薴麻和蘋果皮等質量混合，烘乾，過20目篩，與澱粉按1∶0.3的質量比混合，在5℃下，加入混合後總質量的1.5倍的丙烯酸，浸泡45min後，加熱回收丙烯酸，在75℃下，加入混合後總質量的2倍的環氧樹脂，磁力攪拌器攪拌35min，過濾，烘乾，即可。
所述的尿素，磷酸脲，總氮量≥48％，所述的磷酸脲，磷酸鈣，以五氧化二磷計，總磷量≥50％，所述的硫酸鉀，氯化鉀，以氧化鉀計，總鉀量≥45％。
所述的重金屬捕捉肥料，製備方法包括以下步驟：
(1)將尿素，磷酸脲，磷酸鈣，硫酸鉀，氯化鉀，碳酸鈉和硫酸鎂分別在其各自的熔點下進行熔融，分別噴霧乾燥，再將乾燥後的各原料按比例混合，在60KHz的頻率下超聲處理10min，得料1；
(2)將禽畜糞便、沼渣和泥炭土混合，置於發酵室內，發酵8d後，烘乾，粉碎，過20目篩，得料2，其中，發酵過程中，前4d，室內溫度為45℃，相對溼度為75％，發酵後4d，室內溫度為65℃，相對溼度，為35％；
(3)將高爐煤渣在氮氣保護下，置於350℃下煅燒1.2h，粉碎，與腐植酸鈉，中藥渣和茶籽殼混合，粉碎，過20目篩，得料3；
(4)將料1、料2、料3，改性凹凸棒土，改性草酸和植物處理劑按比例混合，造粒即可。
實施例2
一種重金屬捕捉肥料，由以下按重量份計的原料組成：尿素45kg、磷酸脲19kg、磷酸鈣15kg、硫酸鉀20kg、氯化鉀16kg、碳酸鈉15kg、硫酸鎂3kg、腐植酸鈉9kg、中藥渣20kg、禽畜糞便12kg、沼渣30kg、茶籽殼12kg、泥炭土20kg、高爐煤渣15kg、改性凹凸棒土30kg、改性草酸30kg、植物處理劑20kg。
所述的改性凹凸棒土，是將凹凸棒土和濃度為8％的鹽水按1∶2的質量比混合，60℃恆溫水浴下，磁力攪拌器攪拌55min，撈出，再與草酸按等質量混合，200KHz的頻率下超聲處理30min，在390℃，氮氣保護下，煅燒3h，粉碎過40目篩即可。
所述的改性草酸，將將天門冬氨酸與80％乙醇按1∶6的質量比混合，65℃下恆溫攪拌20min，加入總質量的45％的草酸，0.07MPa的壓力下，攪拌30min，在7℃下放置18h，減壓蒸餾回收乙醇，得殘餘物，加水攪拌，以6℃/min的速度將溫度升至80℃，加入十二烷基磺酸鈉，恆溫攪拌30min，再以20℃的速度將溫度降至10℃，保存1.5h，濃縮，過濾，烘乾得改性草酸。
所述的植物處理劑，將薴麻和蘋果皮等質量混合，烘乾，過40目篩，與澱粉按1∶0.35的質量比混合，在6.5℃下，加入混合後總質量的2倍的丙烯酸，浸泡55min後，加熱回收丙烯酸，在80℃下，加入混合後總質量的3倍的環氧樹脂，磁力攪拌器攪拌55min，過濾，烘乾，即可。
所述的尿素，磷酸脲，總氮量≥48％，所述的磷酸脲，磷酸鈣，以五氧化二磷計，總磷量≥50％，所述的硫酸鉀，氯化鉀，以氧化鉀計，總鉀量≥45％。
所述的重金屬捕捉肥料，製備方法包括以下步驟：
(1)將尿素，磷酸脲，磷酸鈣，硫酸鉀，氯化鉀，碳酸鈉和硫酸鎂分別在其各自的熔點下進行熔融，分別噴霧乾燥，再將乾燥後的各原料按比例混合，在70KHz的頻率下超聲處理15min，得料1；
(2)將禽畜糞便、沼渣和泥炭土混合，置於發酵室內，發酵10d後，烘乾，粉碎，過40目篩，得料2，其中，發酵過程中，前4d，室內溫度為55℃，相對溼度為80％，發酵後4d，室內溫度為70℃，相對溼度，為40％；
(3)將高爐煤渣在氮氣保護下，置於380℃下煅燒1.4h，粉碎，與腐植酸鈉，中藥渣和茶籽殼混合，粉碎，過40目篩，得料3；
(4)將料1、料2、料3，改性凹凸棒土，改性草酸和植物處理劑按比例混合，造粒即可。
實施例3
一種重金屬捕捉肥料，由以下按重量份計的原料組成：尿素43kg、磷酸脲17kg、磷酸鈣13kg、硫酸鉀18kg、氯化鉀14kg、碳酸鈉13kg、硫酸鎂2kg、腐植酸鈉8kg、中藥渣18kg、禽畜糞便10kg、沼渣28kg、茶籽殼10kg、泥炭土18kg、高爐煤渣13kg、改性凹凸棒土25kg、改性草酸28kg、植物處理劑18kg。
所述的改性凹凸棒土，是將凹凸棒土和濃度為7％的鹽水按1∶1.8的質量比混合，58℃恆溫水浴下，磁力攪拌器攪拌40min，撈出，再與草酸按等質量混合，190KHz的頻率下超聲處理28min，在386℃，氮氣保護下，煅燒2.5h，粉碎過30目篩即可。
所述的改性草酸，將將天門冬氨酸與78％乙醇按1∶5.5的質量比混合，63℃下恆溫攪拌18min，加入總質量的43％的草酸，0.06MPa的壓力下，攪拌28min，在6℃下放置17h，減壓蒸餾回收乙醇，得殘餘物，加水攪拌，以5.5℃/min的速度將溫度升至78℃，加入十二烷基磺酸鈉，恆溫攪拌28min，再以18℃的速度將溫度降至9℃，保存1.3h，濃縮，過濾，烘乾得改性草酸。
所述的植物處理劑，將薴麻和蘋果皮等質量混合，烘乾，過30目篩，與澱粉按1∶0.33的質量比混合，在6.3℃下，加入混合後總質量的1.8倍的丙烯酸，浸泡50min後，加熱回收丙烯酸，在78℃下，加入混合後總質量的2.5倍的環氧樹脂，磁力攪拌器攪拌40min，過濾，烘乾，即可。
所述的尿素，磷酸脲，總氮量≥48％，所述的磷酸脲，磷酸鈣，以五氧化二磷計，總磷量≥50％，所述的硫酸鉀，氯化鉀，以氧化鉀計，總鉀量≥45％。
所述的重金屬捕捉肥料，製備方法包括以下步驟：
(1)將尿素，磷酸脲，磷酸鈣，硫酸鉀，氯化鉀，碳酸鈉和硫酸鎂分別在其各自的熔點下進行熔融，分別噴霧乾燥，再將乾燥後的各原料按比例混合，在65KHz的頻率下超聲處理13min，得料1；
(2)將禽畜糞便、沼渣和泥炭土混合，置於發酵室內，發酵9d後，烘乾，粉碎，過30目篩，得料2，其中，發酵過程中，前4d，室內溫度為50℃，相對溼度為78％，發酵後4d，室內溫度為68℃，相對溼度，為38％；
(3)將高爐煤渣在氮氣保護下，置於370℃下煅燒1.3h，粉碎，與腐植酸鈉，中藥渣和茶籽殼混合，粉碎，過30目篩，得料3；
(4)將料1、料2、料3，改性凹凸棒土，改性草酸和植物處理劑按比例混合，造粒即可。
實施例4
一種重金屬捕捉肥料，由以下按重量份計的原料組成：尿素45kg、磷酸脲15kg、磷酸鈣15kg、硫酸鉀15kg、氯化鉀16kg、碳酸鈉15kg、硫酸鎂1kg、腐植酸鈉9kg、中藥渣20kg、禽畜糞便8kg、沼渣30kg、茶籽殼12kg、泥炭土20kg、高爐煤渣15kg、改性凹凸棒土30kg、改性草酸25kg、植物處理劑20kg。
所述的改性凹凸棒土，是將凹凸棒土和濃度為8％的鹽水按1：1.5的質量比混合，60℃恆溫水浴下，磁力攪拌器攪拌35min，撈出，再與草酸按等質量混合，180KHz的頻率下超聲處理30min，在390℃，氮氣保護下，煅燒2h，粉碎過40目篩即可。
所述的改性草酸，將將天門冬氨酸與75％乙醇按1∶6的質量比混合，60℃下恆溫攪拌15min，加入總質量的45％的草酸，0.05MPa的壓力下，攪拌25～30min，在5℃下放置18h，減壓蒸餾回收乙醇，得殘餘物，加水攪拌，以5℃/min的速度將溫度升至75℃，加入十二烷基磺酸鈉，恆溫攪拌30min，再以15℃的速度將溫度降至10℃，保存1h，濃縮，過濾，烘乾得改性草酸。
所述的植物處理劑，將薴麻和蘋果皮等質量混合，烘乾，過40目篩，與澱粉按1∶0.35的質量比混合，在5℃下，加入混合後總質量的1.5倍的丙烯酸，浸泡45min後，加熱回收丙烯酸，在75℃下，加入混合後總質量的3倍的環氧樹脂，磁力攪拌器攪拌55min，過濾，烘乾，即可。
所述的尿素，磷酸脲，總氮量≥48％，所述的磷酸脲，磷酸鈣，以五氧化二磷計，總磷量≥50％，所述的硫酸鉀，氯化鉀，以氧化鉀計，總鉀量≥45％。
所述的重金屬捕捉肥料，製備方法包括以下步驟：
(1)將尿素，磷酸脲，磷酸鈣，硫酸鉀，氯化鉀，碳酸鈉和硫酸鎂分別在其各自的熔點下進行熔融，分別噴霧乾燥，再將乾燥後的各原料按比例混合，在70KHz的頻率下超聲處理10min，得料1；
(2)將禽畜糞便、沼渣和泥炭土混合，置於發酵室內，發酵8d後，烘乾，粉碎，過40目篩，得料2，其中，發酵過程中，前4d，室內溫度為45℃，相對溼度為75％，發酵後4d，室內溫度為65℃，相對溼度，為40％；
(3)將高爐煤渣在氮氣保護下，置於350℃下煅燒1.4h，粉碎，與腐植酸鈉，中藥渣和茶籽殼混合，粉碎，過40目篩，得料3；
(4)將料1、料2、料3，改性凹凸棒土，改性草酸和植物處理劑按比例混合，造粒即可。
實施例5
一種重金屬捕捉肥料，由以下按重量份計的原料組成：尿素40kg、磷酸脲15kg、磷酸鈣15kg、硫酸鉀20kg、氯化鉀12kg、碳酸鈉10kg、硫酸鎂3kg、腐植酸鈉9kg、中藥渣15kg、禽畜糞便8kg、沼渣30kg、茶籽殼12kg、泥炭土15kg、高爐煤渣10kg、改性凹凸棒土30kg、改性草酸30kg、植物處理劑20kg。
所述的改性凹凸棒土，是將凹凸棒土和濃度為6％的鹽水按1∶2的質量比混合，55℃恆溫水浴下，磁力攪拌器攪拌35min，撈出，再與草酸按等質量混合，200KHz的頻率下超聲處理25min，在390℃，氮氣保護下，煅燒2h，粉碎過20目篩即可。
所述的改性草酸，將將天門冬氨酸與80％乙醇按1∶5的質量比混合，60℃下恆溫攪拌15min，加入總質量的45％的草酸，0.05MPa的壓力下，攪拌30min，在5～7℃下放置15h，減壓蒸餾回收乙醇，得殘餘物，加水攪拌，以6℃/min的速度將溫度升至75℃，加入十二烷基磺酸鈉，恆溫攪拌30min，再以20℃的速度將溫度降至8℃，保存1h，濃縮，過濾，烘乾得改性草酸。
所述的植物處理劑，將薴麻和蘋果皮等質量混合，烘乾，過20目篩，與澱粉按1∶0.3的質量比混合，在6.5℃下，加入混合後總質量的1.5倍的丙烯酸，浸泡45min後，加熱回收丙烯酸，在80℃下，加入混合後總質量的3倍的環氧樹脂，磁力攪拌器攪拌35min，過濾，烘乾，即可。
所述的尿素，磷酸脲，總氮量≥48％，所述的磷酸脲，磷酸鈣，以五氧化二磷計，總磷量≥50％，所述的硫酸鉀，氯化鉀，以氧化鉀計，總鉀量≥45％。
所述的重金屬捕捉肥料，製備方法包括以下步驟：
(1)將尿素，磷酸脲，磷酸鈣，硫酸鉀，氯化鉀，碳酸鈉和硫酸鎂分別在其各自的熔點下進行熔融，分別噴霧乾燥，再將乾燥後的各原料按比例混合，在60KHz的頻率下超聲處理10min，得料1；
(2)將禽畜糞便、沼渣和泥炭土混合，置於發酵室內，發酵8d後，烘乾，粉碎，過40目篩，得料2，其中，發酵過程中，前4d，室內溫度為55℃，相對溼度為75％，發酵後4d，室內溫度為70℃，相對溼度，為35％；
(3)將高爐煤渣在氮氣保護下，置於350℃下煅燒1.2h，粉碎，與腐植酸鈉，中藥渣和茶籽殼混合，粉碎，過40目篩，得料3；
(4)將料1、料2、料3，改性凹凸棒土，改性草酸和植物處理劑按比例混合，造粒即可。
實驗例
為了進一步說明本發明的應用價值，發明人選取了6塊重金屬汙染的高粱試驗田，其中一塊在種植高粱期間使用普通肥料作為對照組，另5塊分別使用本發明實施例1～5的肥料作為實驗組，經檢測，6塊地的總銻含量平均值為32.1mg/kg，總鋅含量平均值為3.26mg/kg，總砷含量平均值在179.8mg/kg，種植期間對6塊土壤的總銻、總鋅、總砷含量進行採樣分析，結合高粱產量進行統計，結果如表1所示：
表1
說明：本發明能有效降低土壤中金屬離子的活性，改變重金屬在土壤中的形態，將土壤中的重金屬從有效態變為土壤和/或作物難以吸收的無效態，減少作物對重金屬的吸收，從而達到修復土壤重金屬汙染的目的，以有效態轉變為無效態的轉變率為土壤修復的評判指標，本發明對土壤銻金屬的轉化率達到90.9～92.2％，本發明對土壤鋅金屬的轉化率達到93.43～93.55％，本發明對土壤砷金屬的轉化率達到91.2～91.4％，本發明的肥料不僅重金屬修復效果顯著，還具有豐富的營養，有效促進作物的生長，以高粱為例，畝產量相對於對照組，可增產11.7～14.1％，實現豐產和修復土壤重金屬的雙重效益。