一種利用碧根果殼制備生物碳基緩釋肥料的方法
【專利摘要】一種利用碧根果殼制備生物碳基緩釋肥料的方法，它是以碧根果殼為原料，經(jīng)厭氧熱解制備改性生物碳，再與牛糞沼渣、化肥、脲酶抑制劑和硝化抑制劑等混合制備高效緩釋肥料。本發(fā)明制備的緩釋肥料，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，原料易得，生產(chǎn)成本低，不但能夠有效提高氮磷鉀的利用率，減少養(yǎng)分流失，同時(shí)可以改善土壤質(zhì)量，提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，并利于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的良性發(fā)展。
【專利說(shuō)明】一種利用碧根果殼制備生物碳基緩釋肥料的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物碳基肥料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用碧根果殼制備生物炭基緩釋肥料的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)化肥年使用量已達(dá)到4214萬(wàn)噸，平均368 kg/hm2，并且化肥在施用過(guò)程中還存在結(jié)構(gòu)不合理的現(xiàn)象，化肥利用率極低。據(jù)資料顯示，目前我國(guó)氮肥平均利用率只有30%?40%、磷肥只有10%?20%、鉀肥只有35%?50%?；实牧魇В粌H增加生產(chǎn)成本，還造成湖泊、水庫(kù)、江河等水體富營(yíng)養(yǎng)化，土壤性質(zhì)改變，生產(chǎn)力下降，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降等諸多問(wèn)題。因此，減輕農(nóng)業(yè)化肥面源污染，發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，改善生態(tài)環(huán)境是當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要任務(wù)。為此，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量研究工作，研發(fā)各型緩釋肥料，極大降低了化肥面源污染。
[0003]緩釋肥料又稱長(zhǎng)效肥料或控釋肥料，指由于化學(xué)成分改變或表面包涂半透水性或不透水性物質(zhì)，而使其中有效養(yǎng)分慢慢釋放，保持肥效的長(zhǎng)效性。緩釋氮肥的最重要特性是可以控制其釋放速度，在施入土壤以后逐漸分解，逐漸為作物吸收利用，使肥料中養(yǎng)分能滿足作物整個(gè)生長(zhǎng)期中各個(gè)生長(zhǎng)階段的不同需要，一次施用后，肥效可維持?jǐn)?shù)月至一年以上。施用緩釋/控釋肥料，既可以降低生產(chǎn)成本，又可以減少農(nóng)業(yè)化肥面源污染，利用農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
[0004]生物炭是生物質(zhì)材料在缺氧或限氧條件下熱解，去除生物質(zhì)中的油和氣后剩下的固體物質(zhì)。生物碳具有優(yōu)異的吸附性能，能直接吸附廢水中的污染物質(zhì)；施用土壤后還可以改善土壤理化性質(zhì)、減少養(yǎng)分流失、促進(jìn)作物生長(zhǎng)、吸附固定土壤污染物質(zhì)，并能起到土壤碳庫(kù)增匯減排的作用。因此，生物炭已成為近年來(lái)環(huán)境和農(nóng)業(yè)科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供上述生物碳基緩釋肥料的制備方法和施用方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種生物碳基緩釋肥料的制備方法，主要包括生物炭、有機(jī)質(zhì)和化肥，所述的生物炭由碧根果殼低溫碳化改性制得。
[0007]本發(fā)明提供的生物碳基緩釋肥料，其原料包括如下質(zhì)量比例的成分:
改性后的生物碳產(chǎn)物:25?40
牛糞沼渣:25?35 化肥:30?40
脲酶抑制劑和硝化抑制劑的混合溶液:2?5 粘合劑:5-10
所述生物炭與沼渣、化肥、脲酶抑制劑和硝化抑制劑的混合溶液、粘合劑的質(zhì)量比為(25 ?40):(25 ?35):(30 ?40):(2 ?5):(5 ?10)，優(yōu)選為 31:27:34:3:5。
[0008]所述的生物碳基緩釋肥，其總養(yǎng)分(N+P205+K20) ^ 20%,生物炭會(huì)30%,有機(jī)質(zhì)^ 30%ο
[0009]此外，本發(fā)明首先提供一種上述生物碳基緩釋肥料的制備方法，包括以下具體步驟:
(I)將收集的碧根果殼粉碎過(guò)篩。
[0010](2)在上述粉碎后的碧根果殼加入稀鹽酸攪拌混勻，密封靜置24h，再加入硝酸銫溶液混勻密封靜置12h，自然風(fēng)干。
[0011](3)將上述處理過(guò)的生物質(zhì)置于瓷坩堝中壓實(shí)，蓋上蓋子進(jìn)行厭氧熱解；熱解反應(yīng)結(jié)束后，待坩堝冷卻至室溫后取出。
[0012](4)將上述制備的生物碳與一定濃度的H2O2混勻，在振蕩器中震蕩24h取出，用蒸餾水洗凈后烘干，即獲得高吸附性能生物碳。
[0013](5)將上述制備的生物炭置入密閉容器中，加入一定量的濃氨水、硝酸鉬溶液后加熱反應(yīng)，待反應(yīng)3-10小時(shí)后取出。反應(yīng)期間調(diào)節(jié)反應(yīng)容器壓力，使其維持在5-15個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
[0014](6)以上述反應(yīng)后的改性生物炭為主體，加入一定量的沼渣、化肥(氮肥、磷肥、鉀肥)、脲酶抑制劑/硝化抑制劑混合液、粘合劑等，在有機(jī)無(wú)機(jī)肥料造粒機(jī)中造粒，造粒后的物料進(jìn)入烘干機(jī)中烘干，經(jīng)冷卻即獲得生物碳基緩釋肥料。
[0015]為確保熱解時(shí)的缺氧環(huán)境以及熱解效果，所述步驟I中生物質(zhì)原料粉碎粒徑為20?100目。
[0016]所述步驟2中稀鹽酸濃度為0.5-2.5mol/L，硝酸銫溶液濃度為0.05-1.5mol/L。
[0017]所述步驟3中生物質(zhì)熱解溫度400?700°C，熱解時(shí)間60_300min，升溫速度為5-15。。/min。
[0018]所述步驟4中H2O2濃度為I?10%。
[0019]為提高生物炭與氨水間的反應(yīng)效果，增加改性生物炭官能團(tuán)中結(jié)合的氨含量，所述步驟5中濃氨水濃度為5%-28%，硝酸鉬溶液濃度為0.02-1.0moI/L,反應(yīng)期間反應(yīng)容器壓力維持在5-15個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
[0020]為提高步驟5中氨水利用率，在調(diào)節(jié)步驟5所述反應(yīng)容器壓力時(shí)，可將減壓閥出口置于水中，并將吸收氨氣后的水溶液用于制備肥料。
[0021]所述步驟6中脲酶抑制劑為氫醌、硫酸銅、鄰-苯基磷酰二胺(PPD)、兒茶酚、硫代磷酰三胺(NBPT)、硫脲或其他常溫下以固態(tài)存在的具有脲酶抑制作用的可溶于水的材料；硝化抑制劑為2-氯-6-(三氯甲苯)吡啶(又稱西吡)、脒基硫脲(ASU)、雙氰胺(DCD)、2-甲基-4，6-雙(三氯甲苯)均三嗪(MDCT)、2_磺胺噻唑(ST)等或其他常溫下以固態(tài)存在的具有硝化抑制劑作用的可溶于水的材料。所述步驟6中的脲酶抑制劑、硝化抑制劑混合液為脲酶抑制劑、硝化抑制劑按質(zhì)量比1:1的混合液。
[0022]所述步驟6中沼渣為經(jīng)過(guò)沼氣發(fā)酵處理后殘留的牛糞固體(使用前先自然風(fēng)干粉碎至20-50目)，氮肥為尿素、碳酸銨、硝酸銨、氯化銨中的一種或幾種，磷肥為過(guò)磷酸鈣、重過(guò)磷酸鈣、磷酸二鈣、鈣鎂磷肥、脫氟磷肥、磷礦粉肥、爐渣磷肥、鋼渣磷肥中的一種或幾種，鉀肥為氯化鉀、硫酸鉀、磷酸二氫鉀、鉀石鹽、鉀鎂鹽中的一種或幾種，粘合劑為膨潤(rùn)土。
[0023]本發(fā)明具有如下的有益效果:
本發(fā)明利用碧根果殼制備的改性生物碳和牛糞沼渣為原料制備緩釋肥料，其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，原料易得，生產(chǎn)成本低。
[0024]生物碳具有極強(qiáng)的吸附能力，可延緩養(yǎng)分的釋放速度；經(jīng)過(guò)改性的生物碳吸附能力進(jìn)一步得到加強(qiáng)，且在改性反應(yīng)過(guò)程中增加了大量氨基，進(jìn)一步增強(qiáng)了肥料的緩釋特性；同時(shí)，肥料中的牛糞沼渣也具有較強(qiáng)的吸附能力，也可延緩養(yǎng)分的釋放。
[0025]生物碳基緩釋肥料不但能夠有效提高氮磷鉀的利用率，減少養(yǎng)分流失，同時(shí)可以改善土壤質(zhì)量，提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，并利于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的良性發(fā)展。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是以下實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)上述
【發(fā)明內(nèi)容】
對(duì)本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
[0027]實(shí)施例1
1、生物碳基緩釋肥料制備
生物碳基緩釋肥料的原料包括以下質(zhì)量比例的成分:
改性后的生物碳30，牛糞沼渣(30目)30、化肥31、氫醌與西吡質(zhì)量比1:1的混合溶液3、膨潤(rùn)土 6。
[0028]其中化肥是將尿素、過(guò)磷酸鈣、硫酸鉀按質(zhì)量比1:2:2混合。
[0029]制備方法:將各成分按上述比例混合，在模具中通過(guò)擠壓造粒，造粒后的物料篩分后放入烘箱中烘干，經(jīng)冷卻即獲得生物碳基緩釋肥料。
[0030]2、改性生物碳制備方法:
(I)將收集的碧根果殼粉碎過(guò)80目篩。
[0031](2)取10g上述粉碎后的碧根果殼加入1.0moI/L的稀鹽酸25ml攪拌混勻，密封靜置24h，再加入0.lmol/L硝酸銫溶液2ml混勻密封靜置12h，自然風(fēng)干。
[0032](3)將上述處理過(guò)得生物質(zhì)置于瓷坩堝中壓實(shí)，蓋上蓋子在600°C環(huán)境下厭氧熱解3小時(shí)，升溫速度為10°C /min ;熱解反應(yīng)結(jié)束后，待坩堝冷卻至室溫后取出。
[0033](4)將上述制備生物碳與10ml濃度為8%的H2O2混勻，在振蕩器中震蕩24h取出，用蒸餾水洗凈后烘干，即獲得高吸附性能生物碳。
[0034](5)將上述制備的生物炭置入密閉容器中，加入25ml濃度為25%的氨水、0.5mol/L硝酸鉬溶液Iml后加熱反應(yīng)，反應(yīng)2小時(shí)后取出。反應(yīng)期間調(diào)節(jié)反應(yīng)容器壓力，使其維持在8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
[0035]實(shí)施例2
1、生物碳基緩釋肥料制備
生物碳基緩釋肥料的原料包括以下質(zhì)量比例的成分:
改性后的生物碳32，牛糞沼渣(30目)30、化肥33、氫醌與西吡質(zhì)量比1:1的混合溶液
3、膨潤(rùn)土 6。
[0036]其中化肥是將尿素、過(guò)磷酸鈣、硫酸鉀按質(zhì)量比1:2:2混合。
[0037]制備方法:將各成分按上述比例混合，在模具中通過(guò)擠壓造粒，造粒后的物料篩分后放入烘箱中烘干，經(jīng)冷卻即獲得生物碳基緩釋肥料。
[0038]2、改性生物碳制備方法:
(I)將收集的碧根果殼粉碎過(guò)80目篩。
[0039](2)取10g上述粉碎后的碧根果殼加入1.0moI/L的稀鹽酸25ml攪拌混勻，密封靜置24h，再加入0.lmol/L硝酸銫溶液2ml混勻密封靜置12h，自然風(fēng)干。
[0040](3)將上述處理過(guò)得生物質(zhì)置于瓷坩堝中壓實(shí)，蓋上蓋子在600°C環(huán)境下厭氧熱解3小時(shí)，升溫速度為10°C /min ;熱解反應(yīng)結(jié)束后，待坩堝冷卻至室溫后取出。
[0041](4)將上述制備生物碳與10ml濃度為8%的H2O2混勻，在振蕩器中震蕩24h取出，用蒸餾水洗凈后烘干，即獲得高吸附性能生物碳。
[0042](5)將上述制備的生物炭置入密閉容器中，加入25ml濃度為25%的氨水、0.5mol/L硝酸鉬溶液Iml后加熱反應(yīng)，反應(yīng)2小時(shí)后取出。反應(yīng)期間調(diào)節(jié)反應(yīng)容器壓力，使其維持在8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
[0043]實(shí)施例3
1、生物碳基緩釋肥料制備生物碳基緩釋肥料的原料包括以下質(zhì)量比例的成分:
改性后的生物碳32，牛糞沼渣(30目)27、化肥33、氫醌與西吡質(zhì)量比1:1的混合溶液3、膨潤(rùn)土 5。
[0044]其中化肥是將尿素、過(guò)磷酸鈣、硫酸鉀按質(zhì)量比1:2:2混合。
[0045]制備方法:將各成分按上述比例混合，在模具中通過(guò)擠壓造粒，造粒后的物料篩分后放入烘箱中烘干，經(jīng)冷卻即獲得生物碳基緩釋肥料。
[0046]2、改性生物碳制備方法:
(I)將收集的碧根果殼粉碎過(guò)80目篩。
[0047](2)取10g上述粉碎后的碧根果殼加入1.0moI/L的稀鹽酸25ml攪拌混勻，密封靜置24h，再加入0.lmol/L硝酸銫溶液2ml混勻密封靜置12h，自然風(fēng)干。
[0048](3)將上述處理過(guò)得生物質(zhì)置于瓷坩堝中壓實(shí)，蓋上蓋子在600°C環(huán)境下厭氧熱解3小時(shí)，升溫速度為10°C /min ;熱解反應(yīng)結(jié)束后，待坩堝冷卻至室溫后取出。
[0049](4)將上述制備生物碳與10ml濃度為8%的H2O2混勻，在振蕩器中震蕩24h取出，用蒸餾水洗凈后烘干，即獲得高吸附性能生物碳。
[0050](5)將上述制備的生物炭置入密閉容器中，加入25ml濃度為25%的氨水、0.5mol/L硝酸鉬溶液Iml后加熱反應(yīng)，反應(yīng)2小時(shí)后取出。反應(yīng)期間調(diào)節(jié)反應(yīng)容器壓力，使其維持在8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
[0051]實(shí)施例4
1、生物碳基緩釋肥料制備生物碳基緩釋肥料的原料包括以下質(zhì)量比例的成分:
改性后的生物碳30，牛糞沼渣(30目)27、化肥30、氫醌與西吡質(zhì)量比1:1的混合溶液3、膨潤(rùn)土 5。
[0052]其中化肥是將尿素、過(guò)磷酸鈣、硫酸鉀按質(zhì)量比1:2:2混合。
[0053]制備方法:將各成分按上述比例混合，在模具中通過(guò)擠壓造粒，造粒后的物料篩分后放入烘箱中烘干，經(jīng)冷卻即獲得生物碳基緩釋肥料。
[0054]2、改性生物碳制備方法:
(I)將收集的碧根果殼粉碎過(guò)80目篩。
[0055](2)取10g上述粉碎后的碧根果殼加入1.0moI/L的稀鹽酸25ml攪拌混勻，密封靜置24h，再加入0.lmol/L硝酸銫溶液2ml混勻密封靜置12h，自然風(fēng)干。
[0056](3)將上述處理過(guò)得生物質(zhì)置于瓷坩堝中壓實(shí)，蓋上蓋子在60(TC環(huán)境下厭氧熱解3小時(shí)，升溫速度為10°C /min ;熱解反應(yīng)結(jié)束后，待坩堝冷卻至室溫后取出。
[0057](4)將上述制備生物碳與10ml濃度為8%的H2O2混勻，在振蕩器中震蕩24h取出，用蒸餾水洗凈后烘干，即獲得高吸附性能生物碳。
[0058](5)將上述制備的生物炭置入密閉容器中，加入25ml濃度為25%的氨水、0.5mol/L硝酸鉬溶液Iml后加熱反應(yīng)，反應(yīng)2小時(shí)后取出。反應(yīng)期間調(diào)節(jié)反應(yīng)容器壓力，使其維持在8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
[0059]實(shí)施例5
1、生物碳基緩釋肥料制備生物碳基緩釋肥料的原料包括以下質(zhì)量比例的成分:
改性后的生物碳30，牛糞沼渣(30目)27、化肥32、氫醌與西吡質(zhì)量比1:1的混合溶液
3、膨潤(rùn)土 5。
[0060]其中化肥是將尿素、過(guò)磷酸鈣、硫酸鉀按質(zhì)量比1:2:2混合。
[0061]制備方法:將各成分按上述比例混合，在模具中通過(guò)擠壓造粒，造粒后的物料篩分后放入烘箱中烘干，經(jīng)冷卻即獲得生物碳基緩釋肥料。
[0062]2、改性生物碳制備方法:
(I)將收集的碧根果殼粉碎過(guò)80目篩。
[0063](2)取10g上述粉碎后的碧根果殼加入1.0moI/L的稀鹽酸25ml攪拌混勻，密封靜置24h，再加入0.lmol/L硝酸銫溶液2ml混勻密封靜置12h，自然風(fēng)干。
[0064](3)將上述處理過(guò)得生物質(zhì)置于瓷坩堝中壓實(shí)，蓋上蓋子在600°C環(huán)境下厭氧熱解3小時(shí)，升溫速度為10°C /min ;熱解反應(yīng)結(jié)束后，待坩堝冷卻至室溫后取出。
[0065](4)將上述制備生物碳與10ml濃度為8%的H2O2混勻，在振蕩器中震蕩24h取出，用蒸餾水洗凈后烘干，即獲得高吸附性能生物碳。
[0066](5)將上述制備的生物炭置入密閉容器中，加入25ml濃度為25%的氨水、0.5mol/L硝酸鉬溶液Iml后加熱反應(yīng)，反應(yīng)2小時(shí)后取出。反應(yīng)期間調(diào)節(jié)反應(yīng)容器壓力，使其維持在8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
[0067]實(shí)施例6
生物碳基緩釋肥料施用試驗(yàn)例:
盆栽試驗(yàn):
1、本試驗(yàn)共設(shè)兩個(gè)處理，即對(duì)照組和試驗(yàn)組。試驗(yàn)釆用盆栽種植，盆缽口徑30cm、底徑20cm、高30cm,每盆裝土 8kg。以普通施肥(施普通復(fù)混肥5g為基肥)為對(duì)照，施用5g自制緩釋肥料為試驗(yàn)組，以水稻為供試作物，移栽后全生育期保持2-3cm水層。4月播種，5月移栽，每盆I穴，每穴I苗。每一處理均重復(fù)三次。
[0068]2、試驗(yàn)結(jié)果:試驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)照組植株于9月2日收割，植株生物量238g，谷粒102g ;對(duì)照組植株根系發(fā)達(dá)，植株生長(zhǎng)健壯，抽穗期較對(duì)照組推遲5-10天，成熟期較對(duì)照組推遲10-15天。收獲后植株生物量較對(duì)照組高5%-15%，谷粒產(chǎn)量高2%-10%。將植株收獲后的土壤風(fēng)干，分析測(cè)試發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組土壤TN、TP、TK有機(jī)質(zhì)較對(duì)照土壤高18%-22%、11%-16%、13%-18%、20%-25%。
【權(quán)利要求】
1.一種利用碧根果殼制備生物碳基緩釋肥料，其特征在于，主要包括改性生物碳、牛糞沼渣、化肥、脲酶抑制劑/硝化抑制劑混合溶液，所述改性生物碳是將碧根果殼高吸附性能生物碳與氨水改性制得。
2.如權(quán)利要求1所述生物碳基緩釋肥料，其特征在于，所述生物炭與沼渣、化肥、脲酶抑制劑和硝化抑制劑的混合溶液、粘合劑的質(zhì)量比為(25?40):(25?35):(30?40):(2 ?5):(5 ?10)。
3.如權(quán)利要求1所述生物碳基緩釋肥料，其特征在于，所述的生物碳基緩釋肥總養(yǎng)分(N+P205+K20) ^ 20%，生物炭蘭 30%，有機(jī)質(zhì)蘭 30%O
4.如權(quán)利要求1所述改性生物碳由以下方法制得: (1)將收集的碧根果殼粉碎過(guò)篩； (2)向上述粉碎后且按一定質(zhì)量比混合的碧根果殼殼中加入稀鹽酸攪拌混勻，密封靜置24h，再加入硝酸銫溶液混勻密封靜置12h，自然風(fēng)干； (3)將上述處理過(guò)得生物質(zhì)置于瓷坩堝中壓實(shí)，蓋上蓋子進(jìn)行厭氧熱解；熱解反應(yīng)結(jié)束后，待坩堝冷卻至室溫后取出； (4)將上述制備的生物碳與一定濃度的H2O2混勻，在振蕩器中震蕩24h取出，用蒸餾水洗凈后烘干，即獲得高吸附性能生物碳； (5)將上述制備的生物炭置入密閉容器中，加入一定量的濃氨水、硝酸鉬溶液后加熱反應(yīng)，待反應(yīng)3-10小時(shí)后取出；反應(yīng)期間調(diào)節(jié)反應(yīng)容器壓力，使其維持在5-15個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
5.如權(quán)利要求4所述改性生物碳的制備，其特征在于，步驟2中稀鹽酸濃度為0.5-2.5mol/L，硝酸銫溶液濃度為 0.05-1.5mol/L。
6.如權(quán)利要求4所述改性生物碳的制備，其特征在于，所述步驟3中生物質(zhì)熱解溫度400?700°C，熱解時(shí)間60-300min，升溫速度為5_15°C /min。
7.如權(quán)利要求4所述改性生物碳的制備，其特征在于，所述步驟4中H2O2濃度為I?10%。
8.如權(quán)利要求5所述改性生物碳的制備，其特征在于，所述步驟5中濃氨水濃度為5%-28%，硝酸鉬溶液濃度為0.02-1.0moI/L,反應(yīng)期間反應(yīng)容器壓力維持在5_15個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
【文檔編號(hào)】C05G3/08GK104447134SQ201410683381
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】朱啟紅, 夏紅霞 申請(qǐng)人:重慶文理學(xué)院