專利名稱：木質(zhì)素增效氮肥的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種增效氮肥的制備方法。其特征在于所用增效劑的主要材料是制漿造紙黑液回收的木質(zhì)素。本發(fā)明將肥料改性、提高化學(xué)肥料利用率與制漿造紙廢水處理回收物利用、削減肥料流失對(duì)環(huán)境的污染、改善生態(tài)環(huán)境融為一體。本發(fā)明從屬新型肥料與生態(tài)環(huán)境改善技術(shù)研究領(lǐng)域。
根據(jù)世界糧農(nóng)組織調(diào)查，世界糧食增產(chǎn)的50％左右是增施化肥的結(jié)果。人口的快速增長(zhǎng)和糧食供需矛盾的加劇，使得以追求農(nóng)作物產(chǎn)量為目的的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)化肥的依賴性日益增強(qiáng)。1995年我國(guó)的化肥總用量達(dá)到了約3600萬(wàn)噸。為滿足人口不斷增長(zhǎng)對(duì)糧食的供求需要，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，化肥施用仍然是提高糧食產(chǎn)量的主要措施之一。
近40年來(lái)，世界化肥施用量增加了近20倍，而糧食產(chǎn)量?jī)H增加約4倍。我國(guó)在1994年前的10年中化肥增施了近1倍，但是糧食產(chǎn)量的增加不足10％。無(wú)疑，肥料利用率不高是最主要的原因之一。我國(guó)化肥利用率較發(fā)達(dá)國(guó)家低約15個(gè)百分點(diǎn)，這不僅給國(guó)家?guī)?lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，增加了農(nóng)民的負(fù)擔(dān)，造成了能源和資源的巨大浪費(fèi)，同時(shí)，流失到環(huán)境中的肥料也給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)日益增多的環(huán)境危害。構(gòu)成了影響我國(guó)農(nóng)業(yè)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展、國(guó)民生存環(huán)境的又一個(gè)重大問(wèn)題。因此，化肥利用率的下降已經(jīng)成為當(dāng)今世界各國(guó)，特別是中國(guó)這樣耕地資源短缺、人口壓力巨大的國(guó)家所迫切需要解決的重大問(wèn)題，是我國(guó)21世紀(jì)16億人口食物安全保證和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展所需要解決的重要的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，意義重大。
氮素肥料是植物生長(zhǎng)的生命要素。統(tǒng)計(jì)資料表明，我國(guó)每年氮素化肥施用量約兩千萬(wàn)噸。傳統(tǒng)的氮素化學(xué)肥料施入田間損失嚴(yán)重，利用率低。研究表明，氮肥利用率平均約30-40％，也就是說(shuō)，在整個(gè)作物生長(zhǎng)期有約60％的肥料氮素流失而不能得到利用。施入田間的氮素肥料，在不良的氣候等條件下，揮發(fā)逸入大氣環(huán)境；隨水下滲脫離作物可吸收層，徑流進(jìn)入水體環(huán)境造成損失和環(huán)境污染。因此，研究增效肥料生產(chǎn)技術(shù)，提高化肥的利用率，減少有效成分損失及因此造成的生態(tài)環(huán)境影響十分必要。
我國(guó)對(duì)氮肥利用率的研究開(kāi)展的較早，近些年取得了多項(xiàng)研究成果和發(fā)明專利，如硝化抑制劑、脲酶抑制劑、氨穩(wěn)定劑等的研究；如大顆粒尿素、涂層尿素、尿素衍生物、高聚物肥料、包衣肥料、長(zhǎng)效碳銨等長(zhǎng)效肥料研制。部分品種陸續(xù)得到應(yīng)用，取得了較好的效果。綜合分析國(guó)內(nèi)外增效肥料的研制方法和應(yīng)用實(shí)踐表明，多數(shù)技術(shù)的注意力集中在提高肥效、增加肥料利用率，而忽略了對(duì)肥料持續(xù)應(yīng)用對(duì)改善土壤環(huán)境質(zhì)量、提高土壤綜合肥力、減輕土壤污染、保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境方面的考慮和必要的措施。對(duì)所用的材料多注重增長(zhǎng)肥效，而其在累計(jì)應(yīng)用后對(duì)土壤結(jié)構(gòu)及其在環(huán)境中的行為與綜合生物效應(yīng)尚未顧及。如過(guò)量硫在土壤中積累對(duì)植物生長(zhǎng)不利，某類物質(zhì)如氫醌使用時(shí)稍有過(guò)量就會(huì)造成對(duì)植物、土壤的毒性危害。一些聚合物很難被土壤生物降解而逐年積累在土壤中，對(duì)土壤、植物造成潛在的、如白色污染性的危害。這種短期效應(yīng)不符合農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的要求。另一些技術(shù)由于工藝繁復(fù)，條件苛刻，材料來(lái)源缺乏，價(jià)格昂貴，加工成本高，也使得推廣應(yīng)用受到限制。因此研究開(kāi)發(fā)提高氮素肥料利用率、增加農(nóng)作物產(chǎn)量并有益農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)綜合效益的增效肥料是更加必要的。
我國(guó)是個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)作物秸桿十分豐富，每年可自然再生約5億余噸，是一種具有巨大潛在應(yīng)用價(jià)值的資源。木質(zhì)素是廣泛存在于各種植物中的十分豐富的天然高分子聚合物，約占植物秸桿總重量的20％。當(dāng)前，植物秸桿利用的一種最有效方式之一是制漿造紙。然而，植物秸桿中的木質(zhì)素多數(shù)在制漿過(guò)程中以無(wú)效成分被分離出去，形成制漿黑液污染物，不僅可貴的資源被浪費(fèi)，而且造成嚴(yán)重的水體環(huán)境污染。回收木質(zhì)素是處理制漿黑液最有效的途徑之一。將木質(zhì)素應(yīng)用于制備增效肥料，即可促進(jìn)制漿造紙黑液嚴(yán)重的環(huán)境污染，又可以開(kāi)辟新的資源途徑，對(duì)消減礦儲(chǔ)資源開(kāi)采日間枯竭對(duì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)的后患有重要作用。木質(zhì)素是一種酚型三度空間帶分枝的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子聚合物，具有同腐殖質(zhì)相同和更優(yōu)良的性能。木質(zhì)素對(duì)土壤脲酶活性有一定的抑制作用。木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元中的活性官能團(tuán)，對(duì)肥料活性離子有較強(qiáng)的吸附、螯合、絡(luò)合能力。以木質(zhì)素為主要材料對(duì)化肥改性，一方面可以改善化肥性能，降低普通肥料的水溶性，減少環(huán)境流失，提高肥料利用率；另一方面，其自身最終被轉(zhuǎn)變成腐殖質(zhì)溶入土壤，有助于改良土壤性能，增加肥力，提高土壤保肥保水的性能，可實(shí)現(xiàn)節(jié)肥增產(chǎn)、保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。這種優(yōu)良的性能是其他合成材料都不能比擬的。
本發(fā)明利用造紙黑液回收的木質(zhì)素作為肥料增效劑對(duì)化學(xué)肥料進(jìn)行改性，與氮化肥復(fù)配、合成，制成緩釋、增效的氮肥料，達(dá)到提高肥效、改善土壤結(jié)構(gòu)的作用。
改性后的化學(xué)肥料水溶性降低；引入肥料中的木質(zhì)素分子的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和其分子中的活性基團(tuán)，對(duì)肥料離子有效地吸附、螯合、絡(luò)合，必然減少肥料元素隨水下滲、徑流以及揮發(fā)損失和流失到環(huán)境中造成的環(huán)境污染；實(shí)現(xiàn)節(jié)肥增產(chǎn)與保護(hù)生態(tài)環(huán)境的綜合效益，推動(dòng)以農(nóng)作物秸桿為主要原料的制漿造紙業(yè)的良性發(fā)展。
肥料物性試驗(yàn)與田間施用結(jié)果表明，改性后的尿素脲酶活性較普通尿素降低，活性高峰后移；土壤有效氮素供給明顯增加；施肥作物冬小麥、夏玉米產(chǎn)量分別提高22.4％和12.1％。
本發(fā)明之目的通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)1．以亞硫酸酸化堿法制漿造紙黑液，沉淀分離并干燥脫水提取木質(zhì)素；2．按確定比例分別對(duì)使用的木質(zhì)素及輔料、粘結(jié)助劑與肥料計(jì)量；3．按各物料以氮肥、木質(zhì)素、輔助填料、粘結(jié)劑等分次混合勻化；4．將勻化物料以物料流的方式用傳送或人工送入特制的反應(yīng)器；5．根據(jù)不同肥料的特性、反應(yīng)后增效肥料的粘結(jié)強(qiáng)度與水分等要等要求，通過(guò)調(diào)整特制反應(yīng)器的轉(zhuǎn)速和(或)溫度，使反應(yīng)物料在其中停留必要的時(shí)間，完成粘結(jié)、成型反應(yīng)；6．完成反應(yīng)后經(jīng)過(guò)冷卻后計(jì)量包裝?！ぴ鲂У手饕|(zhì)量指標(biāo)粒度(φ0.6～2.5mm,＞)80％氮素含量(≥) 25-42％水分(≤) 1％外觀 棕褐色顆粒·木質(zhì)素增效氮肥制備實(shí)施例實(shí)施例1以亞硫酸酸化法處理制漿黑液回收木質(zhì)素。取回收的木質(zhì)素20公斤、普通尿素200公斤，將木質(zhì)素與氮素肥充分混合；稱取填充料和粘結(jié)劑分別為5公斤和1.5公斤。將填充料與粘結(jié)劑和木質(zhì)素與氮素的混合物充分混合、勻化。開(kāi)動(dòng)特制的肥料反應(yīng)器，升溫，調(diào)整機(jī)器轉(zhuǎn)速，將勻化的物料均勻地送入反應(yīng)器中。調(diào)節(jié)溫度，控制轉(zhuǎn)速，使出料溫度80±30℃完成增效肥料的制備合成。冷卻后計(jì)量包裝。
所得產(chǎn)品氮含量≥41％。
實(shí)施例2-4條件如下表
·增效肥料對(duì)作物產(chǎn)量與產(chǎn)量因素作用效果(試驗(yàn)地單位面積基本苗相同)對(duì)夏玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量因素的作用效果 對(duì)冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量因素的作用效果 本方法說(shuō)明書(shū)附圖
見(jiàn)工藝流程簡(jiǎn)圖。
權(quán)利要求
1．木質(zhì)素增效氮肥的制備方法，其特征在于以堿法造紙制漿黑液中回收的木質(zhì)素為增效劑的主要成分，輔用少量填充材料、粘結(jié)助劑等，對(duì)普通氮素化肥進(jìn)行復(fù)配、改性處理，制成肥效長(zhǎng)、肥料利用率高的增效肥料。本發(fā)明的特征在于包括以下步驟·以亞硫酸酸化堿法制漿造紙黑液，沉淀分離并干燥脫水提取木質(zhì)素；·按確定的比例分別對(duì)使用的木質(zhì)素以及輔助材料、粘結(jié)助劑、肥料按比例計(jì)量；·按各物料以氮素肥、木質(zhì)素、填充材料、粘結(jié)劑等分次混合勻化；·用傳送或人工方式將勻化物料以物料流的方式送入反應(yīng)器；·根據(jù)不同肥料的特性、反應(yīng)后增效肥料的粘結(jié)強(qiáng)度與水分等要求，通過(guò)調(diào)整反應(yīng)器的轉(zhuǎn)速和(或)溫度，使反應(yīng)物料在反應(yīng)器中停留必要的時(shí)間，完成粘結(jié)、成型反應(yīng)；·完成反應(yīng)的物料經(jīng)過(guò)冷卻后計(jì)量包裝。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于造紙制漿黑液是包括堿法、硫酸鹽法、堿性亞硫酸鹽法造紙制漿過(guò)程產(chǎn)生的廢液；
3．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于增效劑木質(zhì)素是通過(guò)亞硫酸酸化法對(duì)造紙制漿黑液處理獲得的；
4．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于木質(zhì)素的含量為80±10％、水分為0-10％、用量為5-20％；
5．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于木質(zhì)素的形態(tài)為20-200目的固體粉末；
6．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于改性合成的反應(yīng)溫度為45-120℃；
7．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所指的普通氮肥是尿素、碳酸氫銨等含氮化學(xué)肥料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種增效氮肥的制備方法。以造紙廢液回收的木質(zhì)素為增效劑及少量粘結(jié)助劑等,與普通氮肥復(fù)配后粘結(jié)合成為增效氮肥。本方法工藝過(guò)程簡(jiǎn)短、處理成本低。對(duì)照普通肥料,其水溶性弱、揮發(fā)性低;可減少氮肥隨水流失與大氣揮發(fā)損失及對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的破壞。田間施用肥效長(zhǎng),可提高肥料利用率、節(jié)肥增產(chǎn);木質(zhì)素?zé)o毒無(wú)害、不殘留、來(lái)源廣泛,在土壤中轉(zhuǎn)為腐殖質(zhì)起土壤改良劑作用。其應(yīng)用可獲得良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
文檔編號(hào)C08H7/00GK1300727SQ01103928
公開(kāi)日2001年6月27日 申請(qǐng)日期2001年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月15日
發(fā)明者穆環(huán)珍, 曾文, 黃衍初, 楊問(wèn)波 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心