CN102775236A - 一种农林废弃物炭基缓释肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农林废弃物炭基缓释肥及其制备方法。它将农林废弃物粉碎成生物质颗粒，热解制备成生物炭；将磷酸一铵和磷酸二氢钾溶解于水中，配制成磷酸一铵和磷酸二氢钾的饱和水溶液，然后将步骤a的生物炭浸泡于磷酸一铵和磷酸二氢钾的饱和水溶液，使得生物炭的对磷酸根离子、铵离子、钾离子的吸附量达到平衡吸附量的80-90%，然后取出生物炭在干燥温度为100~105℃下，使其含水率低于5%，由此得到农林废弃物炭基缓释肥。本发明的农林废弃物炭基缓释肥其成本低廉、缓释时间长、缓释效果好、可长期使用，并能长期保持土壤肥力。

Description

一种农林废弃物炭基缓释肥及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种肥料及其制备方法，具体涉及一种农林废弃物炭基缓释肥及其制备方法。

背景技术：

最早的缓释肥属于微溶型肥料，如脲甲醛和其它脲醛缩合物和主要以化学降解的化合物（如异丁烯环二脲）。微溶型肥料主要是微溶有机氮化合物，主要提供氮养分，低分子量脲醛部分提供的氮素比例在作物生长前期超过了作物所需要的量，然而高分子量部分提供氮素又太慢，养分释放特性不能很好地满足作物成长的需求。随后发展了一种物理障碍控制型肥料，如包膜颗粒肥料和基质复合肥料，然而目前这种肥料的包膜材料均采用不可降解高分子聚合物，极易残留在土壤中造成污染和土壤退化。生物炭是一类由农林废弃物热解得到的固体产物，生物炭是高度芳香化的含碳有机物，能够长期稳定地存在于土壤中，自身含有一些养分，同时生物炭发达的孔隙结构可有效提高土壤的持水性和养分保持能力。

因此，将农林废弃物生物炭转化与缓释肥生产技术结合，探索一种新型生物炭基缓释肥在环境保护、农业生产等方向具有良好的应用前景。中国专利授权公告号为：CN102219604A，授权公告日为2011.10.19的发明公开了一种水稻基缓释肥及制备方法。该缓释肥以氮磷钾复合肥为肥芯，外包覆水稻秸秆生物质炭、膨润土和腐殖酸酸的颗粒，其粘结方法为：将氮磷钾复合肥、水稻秸秆生物质炭粉、膨润土和腐殖酸酸物料喷洒淀粉溶液并搅拌形成。这种方法形成的缓释肥，养分主要集中在肥芯，依靠外包覆的物理阻碍实现缓释效果。

发明内容：

本发明的目的是提供一种成本低廉、缓释时间长、缓释效果好、可长期使用，并能长期保持土壤肥力的农林废弃物炭基缓释肥及其制备方法。

本发明的农林废弃物炭基缓释肥是通过以下方法制备的，该方法包括以下步骤：

a、将农林废弃物粉碎成生物质颗粒，热解制备成生物炭；

b、将磷酸一铵和磷酸二氢钾溶解于水中，配制成磷酸一铵和磷酸二氢钾的饱和水溶液，然后将步骤a的生物炭浸泡于磷酸一铵和磷酸二氢钾的饱和水溶液，使得生物炭的对磷酸根离子、铵离子、钾离子的吸附量达到平衡吸附量的80-90%，然后取出生物炭在干燥温度为100~105℃下，使其含水率低于5%，由此得到农林废弃物炭基缓释肥。

所述的步骤a的生物质颗粒优选其粒径不超过0.3cm，所述的步骤a的热解制备成生物炭优选步骤为：将生物质颗粒在加热速率为10~15℃/min，热解温度为600~800℃，停留时间为2~3h，热解保护气为氮气的条件下制备成生物炭。

在热解制备成生物炭的过程中产生的热解气、热解油燃烧可作为生物炭热解制备过程的能量，这样有利于节约能源。

所述的将步骤a的生物炭浸泡于磷酸一铵和磷酸二氢钾的饱和水溶液，优选是在磷酸一铵和磷酸二氢钾的饱和水溶液被搅拌的条件下浸泡，浸泡时间优选为6~8小时，经过6~8小时的浸泡，一般可以使生物炭对磷酸根离子、铵离子、钾离子的吸附量达到平衡吸附量的80-90%之间。

所述的步骤b中取出生物炭后的溶液，可以进一步再往里面添加磷酸一铵和磷酸二氢钾，使其饱和，再继续使用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、该农林废弃物炭基缓释肥的敷料生物炭来自农林废弃物，成本极为低廉，且分布广泛；

2、农林废弃物炭基缓释肥中的生物炭可长久存在于土壤中，提高土壤炭库存，自身包含一定含量养分元素；

3、该农林废弃物炭基缓释肥的养分来自磷酸一铵、磷酸二氢钾，为普通化肥原料，来源可靠；

4、该农林废弃物炭基缓释肥的肥效密度高，缓释时间长，可长期使用，并能长期保持土壤肥力。

具体实施方式：

以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1：

利用稻草粉碎机将水稻秸秆粉碎，过直径为0.3cm的筛网，取滤过物，然后在外热式热解炉中热解，保护气为氮气，从常温以10℃/min的加热速率加热到600℃并保持2h得到生物炭。热解得到的热解气、热解油燃烧为热解炉提供热量。用自来水配制磷酸一铵和磷酸二氢钾的饱和水溶液，磷酸一铵、磷酸二氢钾可从市场采购。将生物炭浸泡在磷酸一铵和磷酸二氢钾的饱和水溶液中，饱和水溶液由叶轮搅拌，使其流动，浸泡时间为6h，生物炭对磷酸根离子、铵离子、钾离子的吸附量达到平衡吸附量的80-90%之间。然后从磷酸一铵、磷酸二氢钾溶液中过滤出生物炭，剩余溶液继续添加磷酸一铵和磷酸二氢钾使其饱和，留做下次用，滤出的生物炭在热风炉中以105℃干燥1h，其含水率为2.5%，即得到农林废弃物炭基缓释肥。

根据缓释肥料标准（GB/T23348-2009），测定了本实施例的农林废弃物炭基缓释肥的初期养分释放率，28天累积养分释放率，养分释放期，养分释放期的累积养分释放率，平均释放率数据，如表1所示。表1的测定结果表明，实施例1得到的农林废弃物炭基缓释肥符合我国关于缓释肥料的国家标准，具有良好的缓释效果。

表1：实施例1缓释肥料相关测定数据及国家标准指标

项目	测定数据	国家标准指标
			初期养分释放率(%)	13.4	≤15
28天累积养分释放率(%)	73.6	≤80
			养分释放期(月)	6	——
养分释放期的累积养分释放率(%)	85	≥80
			平均释放率(%/d)	0.47	——

实施例2：

利用稻草粉碎机将水稻秸秆粉碎，过直径为0.3cm的筛网，取滤过物，然后在外热式热解炉中热解，保护气为氮气，从常温以15℃/min的加热速率加热到800℃并保持3h得到生物炭。热解得到的热解气、热解油燃烧为热解炉提供热量。用自来水配制磷酸一铵和磷酸二氢钾的饱和水溶液，磷酸一铵、磷酸二氢钾可从市场采购。将生物炭浸泡在磷酸一铵和磷酸二氢钾的饱和水溶液中，饱和水溶液由叶轮搅拌，使其流动，浸泡时间为8h，生物炭对磷酸根离子、铵离子、钾离子的吸附量达到平衡吸附量的80-90%之间。然后从磷酸一铵、磷酸二氢钾溶液中过滤出生物炭，剩余溶液继续添加磷酸一铵和磷酸二氢钾使其饱和，留做下次用，滤出的生物炭在热风炉中以100℃干燥1h，含水率为2.5%，即得到农林废弃物炭基缓释肥。

根据缓释肥料标准（GB/T23348-2009），测定了本实施例的农林废弃物炭基缓释肥的初期养分释放率，28天累积养分释放率，养分释放期，养分释放期的累积养分释放率，平均释放率数据，如表2所示。表2的测定结果表明，实施例2得到的农林废弃物炭基缓释肥符合我国关于缓释肥料的国家标准，具有良好的缓释效果。

表2：实施例2的农林废弃物炭基缓释肥相关测定数据及国家标准指标

项目	测定数据	国家标准指标
			初期养分释放率(%)	11.5	≤15
28天累积养分释放率(%)	70.5	≤80
			养分释放期(月)	6	——
养分释放期的累积养分释放率(%)	85	≥80
			平均释放率(%/d)	0.47	——

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例，其目的是为了说明实施本发明方法所取得的显著效果。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种农林废弃物炭基缓释肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、将农林废弃物粉碎成生物质颗粒，热解制备成生物炭；

b、将磷酸一铵和磷酸二氢钾溶解于水中，配制成磷酸一铵和磷酸二氢钾的饱和水溶液，然后将步骤a的生物炭浸泡于磷酸一铵和磷酸二氢钾的饱和水溶液，使得生物炭的对磷酸根离子、铵离子、钾离子的吸附量达到平衡吸附量的80-90%，然后取出生物炭在干燥温度为100~105℃下，使其含水率低于5%，由此得到农林废弃物炭基缓释肥。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤a的生物质颗粒其粒径不超过0.3cm，所述的步骤a的热解制备成生物炭，其步骤为：将生物质颗粒在加热速率为10~15℃/min，热解温度为600~800℃，停留时间为2~3h，热解保护气为氮气的条件下制备成生物炭。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在热解制备成生物炭的过程中产生的热解气、热解油燃烧能作为生物炭热解制备过程的能量。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的将步骤a的生物炭浸泡于磷酸一铵和磷酸二氢钾的饱和水溶液，是在磷酸一铵和磷酸二氢钾的饱和水溶液被搅拌的条件下浸泡，浸泡时间为6~8小时。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤b中取出生物炭后的溶液，能再往里面添加磷酸一铵和磷酸二氢钾，使其饱和，再继续使用。

6.一种根据权利要求1或2所述的农林废弃物炭基缓释肥的制备方法制备得到的农林废弃物炭基缓释肥。