一種可生物降解的生物質炭基緩釋肥料及其製備方法與流程
2023-05-06 03:39:56
本發明涉及肥料領域，具體涉及一種可生物降解的生物質炭基緩釋肥料，及其製備工藝。
背景技術：
我國是農業生產大國，由此而產生大量的農作物秸稈，直接焚燒會引起嚴重的環境問題，如水土流失、荒漠化等。而將農作物秸稈在一定條件下，經熱解得到生物質炭固體產物，利用農作物秸稈廢棄物製備成的生物質炭在農業領域中可以實現廣泛的應用。
張偉在其碩士學位論文《水稻秸稈炭基緩釋肥的製備及性能研究》一文中，以水稻秸稈為原材料，通過連續熱解裝置製備生物質炭，通過圓盤造粒製備生物質炭基肥料。水稻秸稈經40℃烘乾至恆重，粉碎，投入熱解裝置中，加熱至400-600℃熱解，冷卻至室溫，製得水稻秸稈生物質炭。將生物質炭和尿素分別經粉碎機粉碎後過40目篩，與高嶺土混合後置於圓盤造粒機中，啟動圓盤造粒機，將轉盤轉速調至30r/min，轉盤傾角為45º，待肥料充分混勻後，用噴霧器將蒸餾水（15-20%）噴入混合，待成型後停止造粒，將製備的生物質炭基尿素肥料從圓盤造粒機中取出，置於電熱鼓風乾燥箱中，在40℃下供幹至恆重，製得粒狀炭基緩釋肥料。但是存在吸水保水能力不足。
本發明以硝酸鈰銨為引發劑，以N,N，-亞甲基雙丙烯醯胺為交聯劑，衣康酸與丙烯醯胺接枝共聚製備了一種複合高吸水樹脂，具有良好的保水能力，凹凸棒土的加入改善了高吸水樹脂的抗鹽性。膨潤土能改善土壤的結構，提高土壤的保水抗旱、保肥增肥能力；同時，膨潤土的加入也提高了高吸水樹脂的吸水率、保水性能及熱穩定性；將其與腐殖酸、沸石、芽孢桿菌複合製備得到一種土壤改良劑，可用於調節土壤酸鹼度、緩衝土壤值，進而提高作物產量。
技術實現要素：
本發明主要解決的技術問題是提供一種可生物降解的生物質炭基緩釋肥料及其製備工藝，依照該工藝製備的肥料具有良好的緩釋性能、高吸水性高保水性、可生物降解。
本發明所要解決的技術問題採用以下的技術方案來實現：
水稻秸稈32-44，尿素11-23，高嶺土8-12，衣康酸4-9，丙烯醯胺3-7，硝酸鈰銨2-5，凹凸棒土4-6，N,N，-亞甲基雙丙烯醯胺2-4，膨潤土5-8，腐殖酸6-9，沸石3-6，芽孢桿菌6-9，殼聚糖5-10，甘油1-2，Span80 2-4，液體石蠟4-9，戊二醛1-3，NaOH溶液、乙酸、蒸餾水、異丙醇適量。
一種可生物降解的生物質炭基緩釋肥料的製備方法，其特徵在於，按以下步驟進行：
a. 將水稻秸稈經40-60℃烘乾至恆重，用切割機進行切割處理長度為5-10cm，投入連續熱解裝置中，升溫至400-600℃加熱炭化3-5h，過40-100目篩，冷卻至室溫，製得水稻秸稈生物質炭；
b. 向衣康酸中1:2-5:20-30加入NaOH溶液、蒸餾水，攪拌均勻，加入丙烯醯胺、硝酸鈰銨，攪拌10-30min後，加入凹凸棒土，在30-40℃下超聲1-2h，通入氮氣，加入N,N，-亞甲基雙丙烯醯胺，持續攪拌，水浴加熱至60-70℃反應3-5h，將所得樣品於70-80℃乾燥，研磨粉碎，待用；
c. 將膨潤土與腐殖酸混合，1:5-10加入蒸餾水，攪拌均勻，調pH為8-9，加入沸石、芽孢桿菌，在25-45℃下超聲振蕩3-5h，冷凍乾燥，研磨粉碎，過100-200目篩，待用；
d. 將尿素經粉碎機粉碎後過40-100目篩，與a中所得生物質炭、高嶺土及b、c中所得物料混合後置於圓盤造粒機中，將轉盤轉速調至30-40r/min，轉盤傾角為40-50º，待肥料充分混勻後，用噴霧器將10-20%的蒸餾水噴入混合，待成型後停止造粒，取出置於電熱鼓風乾燥箱中，於40-50℃烘乾至恆重，得到一種生物質炭基緩釋肥料；
e. 將殼聚糖1:10-20溶於乙酸中，加入甘油，攪拌1-2h得水相；將Span80滴入液體石蠟中，攪拌均勻，將水相和d中所得物料緩慢加入其中，40-50℃恆溫水浴，乳化反應1-2h，加入戊二醛，交聯反應1-2h，靜置、分層、抽濾、異丙醇洗滌3-5次，50-60℃烘乾，得到一種尿素-殼聚糖緩釋微球。
本發明的反應機理如下：
（1）本發明以硝酸鈰銨為引發劑，以N,N，-亞甲基雙丙烯醯胺為交聯劑，衣康酸與丙烯醯胺接枝共聚製備了一種複合高吸水樹脂，具有良好的保水能力，凹凸棒土的加入改善了高吸水樹脂的抗鹽性。
（2）膨潤土能改善土壤的結構，提高土壤的保水抗旱、保肥增肥能力；同時，膨潤土的加入也提高了高吸水樹脂的吸水率、保水性能及熱穩定性；將其與腐殖酸、沸石、芽孢桿菌複合製備得到一種土壤改良劑，可用於調節土壤酸鹼度、緩衝土壤值，進而提高作物產量。
具體實施方式
為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。
實施例
一種可生物降解的生物質炭基緩釋肥料，由下述重量份(g)的原料製得：
水稻秸稈44，尿素23，高嶺土12，衣康酸9，丙烯醯胺7，硝酸鈰銨5，凹凸棒土6，N,N，-亞甲基雙丙烯醯胺4，膨潤土8，腐殖酸9，沸石6，芽孢桿菌9，殼聚糖10，甘油2，Span80 4，液體石蠟9，戊二醛3，NaOH溶液、乙酸、蒸餾水、異丙醇適量。
一種可生物降解的生物質炭基緩釋肥料的製備方法，其特徵在於，按以下步驟進行：
a. 將水稻秸稈經50-60℃烘乾至恆重，用切割機進行切割處理長度為5-10cm，投入連續熱解裝置中，升溫至550-600℃加熱炭化3h，過100目篩，冷卻至室溫，製得水稻秸稈生物質炭；
b. 向衣康酸中1:5:30加入NaOH溶液、蒸餾水，攪拌均勻，加入丙烯醯胺、硝酸鈰銨，攪拌30min後，加入凹凸棒土，在30-40℃下超聲2h，通入氮氣，加入N,N，-亞甲基雙丙烯醯胺，持續攪拌，水浴加熱至60-70℃反應3h，將所得樣品於70-80℃乾燥，研磨粉碎，待用；
c. 將膨潤土與腐殖酸混合，1:10加入蒸餾水，攪拌均勻，調pH為8-9，加入沸石、芽孢桿菌，在35-45℃下超聲振蕩3h，冷凍乾燥，研磨粉碎，過100目篩，待用；
d. 將尿素經粉碎機粉碎後過100目篩，與a中所得生物質炭、高嶺土及b、c中所得物料混合後置於圓盤造粒機中，將轉盤轉速調至30-40r/min，轉盤傾角為40-50º，待肥料充分混勻後，用噴霧器將15%的蒸餾水噴入混合，待成型後停止造粒，取出置於電熱鼓風乾燥箱中，於40-50℃烘乾至恆重，得到一種生物質炭基緩釋肥料；
e. 將殼聚糖1:20溶於乙酸中，加入甘油，攪拌1h得水相；將Span80滴入液體石蠟中，攪拌均勻，將水相和d中所得物料緩慢加入其中，40-50℃恆溫水浴，乳化反應2h，加入戊二醛，交聯反應2h，靜置、分層、抽濾、異丙醇洗滌3次，50-60℃烘乾，得到一種尿素-殼聚糖緩釋微球。
上述實施例製備的一種可生物降解的生物質炭基緩釋肥料的性能檢測結果如下所示：
該肥料中的氮素在埋入土壤中1、5和30天後釋放率分別為13%、24%和59%；吸水倍率達到428g/g，10d後保水率仍≥50%。