煙草專用生物炭基緩釋復(fù)合肥及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種煙草專用生物炭基緩釋復(fù)合肥及其制備方法。旨在解決現(xiàn)有肥養(yǎng)分釋放過快的技術(shù)難題。該緩釋肥是以煙稈生物質(zhì)炭、氮磷鉀三元復(fù)合肥等為原料，經(jīng)攪拌、烘干、造粒等工藝而制成。本發(fā)明緩釋肥具有改善煙田土壤的理化性狀和微生物活性、增加土壤固碳潛力的作用和潛力，能增加土壤有機質(zhì)、土壤陽離子交換量及團粒結(jié)構(gòu)、防止土壤板結(jié)，改善土壤的水熱條件；煙稈生物質(zhì)炭可延緩肥料在煙田土壤中的養(yǎng)分釋放，使肥料養(yǎng)分釋放與煙株的需肥規(guī)律相匹配，降低養(yǎng)分損失，提高肥料利用率；所用原料來源廣泛，廉價易得，生產(chǎn)成本低，有利于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物生態(tài)高值化利用，且本發(fā)明生物炭緩釋肥制備方式簡單，便于操作，利于大范圍推廣。
【專利說明】煙草專用生物炭基緩釋復(fù)合肥及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及肥料領(lǐng)域，具體涉及一種煙草專用生物炭基緩釋復(fù)合肥及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，中國耕地土壤質(zhì)量普遍不容樂觀，其主要問題有:耕地基礎(chǔ)肥力呈下降趨勢，土壤貧瘠，養(yǎng)分分布不均勻，土壤退化嚴重；土壤板結(jié)、酸堿化，我國各類堿性土壤有61萬km2，酸性土 216萬km2，占國土面積的21% ;還包括土壤有機質(zhì)下降，結(jié)構(gòu)松散，地力衰竭等問題。為解決土壤結(jié)構(gòu)單一，養(yǎng)分貧瘠的狀況，直接導(dǎo)致了我國過量施肥現(xiàn)象普遍，養(yǎng)分利用率明顯降低，并造成一系列食品安全和環(huán)境問題。
[0003]在植煙土壤中也存在類似的問題。由于我國植煙歷史悠久，但是植煙土壤有限，造成煙田連作較為嚴重，而煙草是忌連作作物，連作會引起植煙土壤養(yǎng)分嚴重失調(diào)，肥料利用率降低，土壤理化性質(zhì)和生物學特性惡化，進而降低煙草的抗性，引起病蟲害的嚴重發(fā)生，如煙草黑脛病、根黑腐病、青枯病等，煙株缺素特征明顯(如鈣鎂等)、危害較為頻繁，嚴重影響煙葉的產(chǎn)量及品質(zhì)。同時，煙葉生產(chǎn)也產(chǎn)出巨量的煙桿，這些煙桿的處理和利用一直是煙農(nóng)或大田管理的難題之一。在這些煙桿中含有較高量的養(yǎng)分和微量元素，也是煙草病蟲害越冬越夏的豐富資源或場所。因此，利用煙田農(nóng)業(yè)廢棄物進行制備生物質(zhì)炭對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)尤其是煙葉生產(chǎn)具有重大意義。
[0004]生物炭是生物質(zhì)在低氧環(huán)境下，經(jīng)高溫熱解產(chǎn)生的一類多孔隙結(jié)構(gòu)、高比表面積、吸附能力強的富碳類物質(zhì)。生物炭中有許多微孔，為聚集營養(yǎng)物質(zhì)和有益微生物創(chuàng)造了條件，這一特點使其能夠補充土壤有機物含量，而且能有效保存水分和養(yǎng)料，提高土壤肥力，同時由于其微孔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較好的吸附性能，進而有利于提高肥料利用率。生物炭的取材一般來自于農(nóng)業(yè)廢棄物，如麥桿、煙桿等，但是中國每年產(chǎn)生的大量秸桿多被焚毀，不但脫離農(nóng)業(yè)循環(huán)而且產(chǎn)生大量溫室氣體，污染空氣，這也是加劇目前全國熱點環(huán)境問題一霧霾的一個主要原因。因此，減少秸桿焚燒，進行生物炭制備，與化肥進行復(fù)合，變廢為寶，通過還田可以有效改良土壤，提高肥料利用率，同時起到保護環(huán)境的作用。
[0005]目前，國際上也開發(fā)出一系列具有緩釋功能的復(fù)合肥料，以提高肥料養(yǎng)分的利用效率，但這些肥料原料成本高、工藝復(fù)雜，不利于大面積推廣應(yīng)用，且多數(shù)含有高分子聚合物為主的包膜材料，其中大部分不能完全降解，容易在土壤中積累，形成“次生污染”。由于煙田灌水量大、且灌水頻繁，包膜材料遇水易溶解，難易起到對肥料養(yǎng)分的保護作用，對養(yǎng)分的釋放速率控制效果不明顯，因此，開發(fā)低成本、適宜于煙田的環(huán)保型緩釋氮素肥料成為生產(chǎn)中的迫切需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種養(yǎng)分釋放與煙草需求耦合性好、養(yǎng)分淋溶損失低的煙草專用生物炭基緩釋復(fù)合肥。[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
設(shè)計一種煙草專用生物炭基緩釋復(fù)合肥，以重量份計，其制備原料包括煙桿生物質(zhì)炭22~78份、氮磷鉀三元復(fù)合肥40~50份，所述氮磷鉀三元復(fù)合肥中N =P2O5:K20=18~22:13~16:9~12，所述煙桿生物質(zhì)炭是由煙桿于380~450°C的缺氧環(huán)境下熱解制成的生物質(zhì)炭。
[0008]所述煙桿生物質(zhì)炭的制備方法如下:
取干燥煙桿置于馬弗爐中于380~450°C下熱解2h，冷卻后粉碎，過0.5~2mm篩后以清水浸泡3~6小時，再用清水沖洗I~3次以去除灰分和雜質(zhì)，烘干后即成。
[0009]以水蒸氣為活化劑，按如下方法對所得生物質(zhì)炭進行活化:
在850~950°C的無氧環(huán)境下，以0.30~0.4L/min的流量通入水蒸氣，活化處理80~IOOmin0
[0010]所述煙草專用生物炭基緩釋復(fù)合肥還含有木質(zhì)素磺酸鈣2~3份。
[0011]所述煙草專用生物炭基緩釋復(fù)合肥還含有坡縷石2~4份，坡縷石是經(jīng)30~50KHz超聲波照射2~4分鐘、粒度為150~250目的坡縷石；坡縷石具有特殊的纖維結(jié)構(gòu)、較好的陽離子代換性、吸附性、保水性、粘結(jié)性等特點，可以改良土壤的物化性狀，改善土壤的水熱條件，而經(jīng)超聲波處理后，坡縷石棒晶分散開來，比表面積提高O 330m2/g)，吸附性能大大增強；加入適量的坡縷石，還可改善肥料的物理性狀，如提高肥料成粒率，提高造粒速度，增加顆粒強度， 而且所得肥料不結(jié)塊、不返潮、顆粒均勻、表面光滑、色澤度好。煙桿生物質(zhì)炭與坡縷石配合使用比各自單獨作為肥料載體使用，具有明顯的增效作用，使得養(yǎng)分釋放與作物養(yǎng)分需求的耦合性高，氮素養(yǎng)分淋溶損失更低，肥料利用率提高。
[0012]煙桿生物炭的特點:黑色，多孔，表面發(fā)達(比表面積在350~480 m2/g)，能富集土壤中的空氣、水分、養(yǎng)分，適宜微生物棲息、繁衍；土壤團粒結(jié)構(gòu)增加，作物根系發(fā)達，根部CO2增多，有植物生長所必須的營養(yǎng)成分和微量元素，具有一定強度和較高的生物和化學穩(wěn)定性。
[0013]制備所述氮磷鉀三元復(fù)合肥的氮源基礎(chǔ)肥料為硝酸銨、硝酸鉀、磷酸一銨、磷酸二銨中的至少一種，磷源基礎(chǔ)肥料為磷酸一銨、磷酸二銨、磷酸二氫鉀中的至少一種，鉀源基礎(chǔ)肥料為硫酸鉀、硝酸鉀、磷酸二氫鉀中的至少一種。煙草為忌氯作物，因而，基礎(chǔ)肥料中禁含氯。
[0014]設(shè)計一種煙草專用生物炭基緩釋復(fù)合肥的制備方法，包括以下步驟:
(1)將取干燥煙桿于380~450°C的缺氧環(huán)境下熱解制取生物質(zhì)炭，冷卻，粉碎過0.5~2mm 篩；
(2)以清水浸泡上步所得生物質(zhì)炭3~6小時后，再以清水沖洗I~3次，經(jīng)烘干后備
用；
(3)取所述煙桿生物質(zhì)炭22~78份、氮磷鉀三元復(fù)合肥40~50份、木質(zhì)素磺酸鈣2~3份經(jīng)攪拌、烘干、造粒，即成。
[0015]本發(fā)明具有積極有益的效果:
1.具有改善煙田土壤的理化性狀和微生物活性、增加土壤固碳潛力的作用和潛力，能增加土壤有機質(zhì)、土壤陽離子交換量及團粒結(jié)構(gòu)、防止土壤板結(jié)，改善土壤的水熱條件，有效調(diào)整土壤結(jié)構(gòu)，遏制土壤的退化，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的良性循環(huán)；2.煙桿生物質(zhì)炭作為肥料緩釋增效的載體，可以延緩肥料在煙田土壤中的養(yǎng)分釋放，使肥料養(yǎng)分釋放與煙株的需肥規(guī)律相匹配，降低養(yǎng)分損失，提高肥料利用率；
3.所用原料來源廣泛(如所選用的煙草秸桿來源豐富，而且碳化煙桿顆粒除含速效鉀外，還含有磷、鈣、鐵、鎂、硫等有效養(yǎng)分，理化性狀穩(wěn)定)，廉價易得，生產(chǎn)成本低，有利于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物生態(tài)高值化利用，且本發(fā)明生物炭緩釋肥制備方式簡單，便于操作，利于大范圍推廣。
【具體實施方式】
[0016]以下結(jié)合具體實施例進一步闡述本發(fā)明。
[0017]實施例1煙桿生物質(zhì)炭制備試驗
不同炭化條件下的生物質(zhì)炭對土壤肥力的影響差距較大，此試驗是研究煙桿作為生物質(zhì)炭的最佳炭化條件。通過試驗對比，對不同溫度生物質(zhì)炭進行數(shù)據(jù)分析進而確定炭化條件。
[0018]從煙葉產(chǎn)區(qū)選取一些干燥煙桿，稱取一定的重量，置于馬弗爐進行熱解炭化，升溫速度為20°C每分鐘，達到所設(shè)定熱解溫度后，炭化2小時，然后關(guān)閉馬弗爐電源，自然冷卻到常溫，取出樣品，在檢測之前，樣品統(tǒng)一放置在密封袋中，擱置在陰涼處。設(shè)置溫度為100 0C > 200 V、300 V、400 V、500 V、600 V、700 V和800 V八個熱解溫度，分別得到八個樣品。將在不同溫度下熱解得到的煙桿生物炭樣品以常規(guī)方法進行分析，包括測定無機炭，微觀結(jié)構(gòu)，生物炭表面Zeta電位，含氧官能團數(shù)量及分布情況、pH值測定、比表面積等，詳見表1、表2。
[0019]表1煙桿生物質(zhì)炭產(chǎn)率及有關(guān)指標隨熱解溫度的變化
【權(quán)利要求】
1.一種煙草專用生物炭基緩釋復(fù)合肥，其特征在于，以重量份計，其制備原料包括煙桿生物質(zhì)炭22~78份、氮磷鉀三元復(fù)合肥40~50份，所述氮磷鉀三元復(fù)合肥中N =P2O5:K20=8~22:8~22:10~24，所述煙桿生物質(zhì)炭是由煙桿于380~450°C的缺氧環(huán)境下熱解制成的生物質(zhì)炭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙草專用生物炭基緩釋復(fù)合肥，其特征在于，所述煙桿生物質(zhì)炭的制備方法如下: 取干燥煙桿置于馬弗爐中于380~450°C下熱解2h，冷卻后粉碎，過0.5~2mm篩后以清水浸泡3~6小時，再用清水沖洗I~3次以去除灰分和雜質(zhì)，烘干后即成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煙草專用生物炭基緩釋復(fù)合肥，其特征在于，以水蒸氣為活化劑，按如下方法對所得生物質(zhì)炭進行活化: 在850~950°C的無氧環(huán)境下，以0.30~0.4L/min的流量通入水蒸氣，活化處理80~1OOmin.
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙草專用生物炭基緩釋復(fù)合肥，其特征在于，所述煙草專用生物炭基緩釋復(fù)合肥還含有木質(zhì)素磺酸鈣2~3份。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煙草專用生物炭基緩釋復(fù)合肥，其特征在于，所述煙草專用生物炭基緩釋復(fù)合肥還含有坡縷石2~4份，坡縷石是經(jīng)30~50KHz超聲波照射2~4分鐘、粒度為150~250目的坡縷石。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙草專用生物炭基緩釋復(fù)合肥，其特征在于，制備所述氮磷鉀三元復(fù)合肥的氮源基礎(chǔ)肥料為硝酸銨、硝酸鉀、磷酸一銨、磷酸二銨中的至少一種，磷源基礎(chǔ)肥料為磷酸一銨、磷酸二銨、磷酸二氫鉀中的至少一種，鉀源基礎(chǔ)肥料為硫酸鉀、硝酸鉀、磷酸二氫鉀中的至少一種。
7.一種煙草專用生物炭基緩釋復(fù)合肥的制備方法，包括以下步驟: (1)將取干燥煙桿于380~450V的缺氧環(huán)境下熱解制取生物質(zhì)炭，冷卻，粉碎過0.5~2mm 篩； (2)以清水浸泡上步所得生物質(zhì)炭3~6小時后，再以清水沖洗I~3次，經(jīng)烘干后備用； (3)取上步所得煙桿生物質(zhì)炭22~78份、氮磷鉀三元復(fù)合肥40~50份、木質(zhì)素磺酸鈣2~3份經(jīng)攪拌、烘干、造粒，即成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煙草專用生物炭基緩釋復(fù)合肥的制備方法，其特征在于，在所述步驟(3)中，還包括坡縷石2~4份。
【文檔編號】C05G3/04GK103910579SQ201410140025
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】葉協(xié)鋒, 于曉娜, 王勇, 胡戰(zhàn)軍, 徐敏, 朱曉偉, 湯術(shù)開, 曲平志, 張要旭, 劉迎昌, 吳樹成, 歐聰敏 申請人:河南農(nóng)業(yè)大學