CN106008018A - 一种石墨烯新型肥料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种石墨烯新型肥料及其制备方法，该肥料的主要成分包括石墨烯、膨胀蛭石粉、豆饼、酒糟、厩肥、秸秆、菜籽油、米糠和水；通过将膨胀蛭石粉与石墨烯共同球磨，提高了石墨烯的分散效果；同时由于肥料中使用了含有植物纤维的原料，大大的降低肥料中的有效成分流失，提高肥料的使用效果，实际使用过程中，肥料的用量可以减少50％以上，增产15‑20％。

Description

一种石墨烯新型肥料及其制备方法

技术领域

本发明涉及肥料技术领域，具体来说，涉及一种石墨烯新型肥料及其制备方法。

背景技术

石墨烯(Graphene)是由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

在2015年末硼烯发现之前，石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。

石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。

另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。

作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

中国发明专利CN1105585380A公开了一种由氧化石墨烯改性的复合肥增效剂，该肥料增效剂通过将氧化石墨烯和环糊精对肥料组成的纳米凝胶微粒进行包覆，从而提高了复合肥的肥效。

中国发明专利CN105110849A公开了一种木糖渣的有机肥及其制备方法，该肥料将石墨烯加入到菌种中，然后进行喷洒，可以减少菌种用量，促进木糖渣的费解，使菌种发挥最大功效。

但是以上的石墨烯在肥料中使用时，对石墨烯仅是简单加入；由于石墨烯是单层结构，如何最大程度的发挥其功效，从而减少肥料的使用量仍有待研究。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种石墨烯新型肥料及其制备方法，该方法大大提高石墨烯的使用效果，减少肥料的使用量。

一种石墨烯新型肥料，按重量份计，包括以下主要成份：

豆饼 15-25％

米糠 12-28％

酒糟 18-25％

厩肥 25-40％

膨胀蛭石粉 2-5％

菜籽油 0.5-0.8％

石墨烯 0.01-0.05％

秸秆 余量。

豆饼又称”吉祥饼“是从大豆榨油后所得油饼，可做饲料、肥料。大豆(主要是黄豆和黑豆)榨油后的副产品，在各种植物中营养价值最高。一般来讲，每千克豆饼的干物质中消化能均在3000千卡以上，粗蛋白质含量在40％以上，蛋白质的生物学价值高于任何一种饼类饲料。其中畜禽所必需的赖氨酸含量达2.5％～3％，比玉米高10倍。

稻谷是我国第1大粮食品种.目前年产2.06亿吨左右，占全国粮食总产量的42％。世界上稻谷产量占粮食总产量的37％。稻谷在加工成精米的过程中要去掉外壳和占总重10％左右的果皮、种皮、外胚乳、糊糊层和胚，传统的米糠也就是现行国家标准米糠主要是由果皮、种皮、外胚乳、糊粉层和胚加工制成的，因此在加工过程中会混进少量的稻壳和一定量的灰尘和微生物，所以只能用于饲料，是稻谷加工的主要副产品。国内外的研究结果和资料表明，米糠中富含各种营养素和生理活性物质。由于加工米糠的原料和所采用的加工技术不同.米糠的组成成分并不完全一样。一般来说，米糠中平均含蛋白质15％，脂肪16％-22％，糖3％-8％，水分10％，热量大约为125.1KJ/g。脂肪中主要的脂肪酸大多为油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸，并含高量维生素、植物醇、膳食纤维、氨基酸及矿物质等。

酒糟，别名红糟、酒醅糟、粕等等，是米、麦、高梁等酿酒后剩余的残渣。酒糟是酿酒过程中的直接下脚料，它不仅含有一定比例的粮食可以节省喂牛的精料，它还含有丰富的粗蛋白，约高出玉米含量的2-3倍，同时还含有多种微量元素、维生素、酵母菌等，赖氨酸、蛋氨酸和色氨酸的含量也很高，这是农作物秸秆所不能提供的。酒糟都是经发酵后高温蒸煮后形成的，所以它的粗纤维含量较低。

厩肥是家畜粪尿和垫圈材料、饲料残茬混合堆积并经微生物作用而成的肥料。富含有机质和各种营养元素。各种畜粪尿中，以羊粪的氮、磷、钾含量高，猪、马粪次之，牛粪最低；***量则牛粪最多，猪、马类次之，羊粪最少。垫圈材料有秸秆、杂草、落叶、泥炭和干土等。厩肥分圈内积制(将垫圈材料直接撒入圈舍内吸收粪尿)和圈外积制(将牲畜粪尿清出圈舍外与垫圈材料逐层堆积)。经嫌气分解腐熟。在积制期间，其化学组分受微生物的作用而发生变化。

厩肥的作用：

①提供植物养分。包括必需的大量元素氮、磷、钾、钙、镁、硫和微量元素铁、锰、硼、锌、钼、铜等无机养分；氨基酸、酰胺、核酸等有机养分和活性物质如维生素B1、B6等。保持养分的相对平衡。

②提高土壤养分的有效性。厩肥中含大量微生物及各种酶(蛋白酶、脲酶、磷酸化酶)，促使有机态氮、磷变为无机态，供作物吸收。并能使土壤中钙、镁、铁、铝等形成稳定络合物，减少对磷的固定，提高有效磷含量。

③改良土壤结构。腐殖质胶体促进土壤团粒结构形成，降低容重，提高土壤的通透性，协调水、气矛盾。还能提高土壤的缓冲性和改良矿毒田。

④培肥地力，提高土壤的保肥、保水力。厩肥腐熟后主要作基肥用。新鲜厩肥的养分多为有机态，碳氮比(C/N)值大，不宜直接施用，尤其不能直接施入水稻田。

蛭石是一种层状结构的含镁的水铝硅酸盐次生变质矿物，原矿外似云母，通常由黑(金)云母经热液蚀变作用或风化而成，因其受热失水膨胀时呈挠曲状，形态酷似水蛭，故称蛭石。生蛭石片经过高温焙烧后，其体积能迅速膨胀数倍至数十倍，体积膨胀后的蛭石就叫膨胀蛭石。蛭石可用作土壤改良剂，由于其具有良好的阳离子交换性和吸附性，可改善土壤的结构，储水保墒，提高土壤的透气性和含水性，使酸性土壤变为中性土壤；蛭石还可起到缓冲作用，阻碍PH值的迅速变化，使肥料在作物生长介质中缓慢释放，且允许稍过量地使用肥料而对植物没有危害；蛭石还可向作物提供自身含有的K、Mg、Ca、Fe以及微量的Mn、Cu、Zn等元素。蛭石的吸水性、阳离子交换性及化学成分特性，使其起着保肥、保水、储水、透气和矿物肥料等多重作用。试验表明：将0.5-1％的膨胀蛭石掺入复合肥中，可使农作物产量提高15-20％。

秸秆是成熟农作物茎叶(穗)部分的总称。通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花、甘蔗和其它农作物(通常为粗粮)在收获籽实后的剩余部分。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中，秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是一种具有多用途的可再生的生物资源，秸秆也是一种粗饲料。特点是粗纤维含量高(30％-40％)，并含有木质素等。木质素纤维素虽不能为猪、鸡所利用，但却能被反刍动物牛、羊等牲畜吸收和利用。

一种石墨烯新型肥料的制备方法，包括以下步骤：

A、将膨胀蛭石放入粉碎机中，粉碎至粉状，过250目筛，将筛下物放入湿式球磨机中，并加入水、石墨烯和菜籽油，采用球磨法进行研磨，得到混合料；

B、将豆饼放入搅拌机中，将搅拌速度调整到150-200rpm，搅拌10-15min，将搅拌速度调节到250-300rpm，加入米糠和秸秆，搅拌20-25min；

C、将搅拌速度调节到380-400rpm，加入厩肥、酒糟和步骤A的混合料，搅拌25-30min；

D、干燥、造粒，得到石墨烯新型肥料。

优选的，所述的步骤A中，各原料的加入量之和与水的质量比为1∶(10-15)。

优选的，所述的步骤A中的混合料的粒径为10-30μm。

优选的，由于酒糟和厩肥中含有大量的微生物和各种酶，故所述的石墨烯新型肥料在干燥、造粒之前进行发酵效果更佳。

本发明所提供的石墨烯新型肥料的制备方法，一是将膨胀蛭石粉与石墨烯共同球磨，由于膨胀蛭石粉具有层状结构，与石墨烯共同球磨后，有利于石墨烯贴合在膨胀蛭石粉的外层表面，从而有利于石墨烯的分散，而不会聚集在一起；二是在研磨时加入少量菜籽油有利于增加润滑效果，研磨效果更佳；三是通过本发明的各种原料的配比，使肥料的使用效果更好；四是肥料中使用了酒糟、厩肥、米糠、秸秆等各种含有植物纤维的原料，这些原料与膨胀蛭石粉与石墨烯相配合可以进一步增强石墨烯对肥料中有效成分的保护作用，减少营养成分的流失，而且酒糟、厩肥、米糠、秸秆中的植物纤维的粗细、在土壤中的分解速度不一样，故可以长时间的与膨胀蛭石粉与石墨烯相配合，增强肥料对有效成分的保护效果。综上所述，本发明的肥料及肥料的制备方法可以大大的降低肥料中的有效成分流失，提高原肥料的使用效果，实际使用过程中，肥料的用量可以减少50％以上，增产15-20％。

具体实施方式

如下实施例，对本发明进一步详细分析：

实施例1

一种石墨烯新型肥料的制备方法，按照下述步骤进行：

A、将膨胀蛭石放入粉碎机中，粉碎至粉状，过250目筛，将筛下物放入湿式球磨机中，并加入水、石墨烯和菜籽油，采用球磨法进行研磨，得到混合料；

B、将豆饼放入搅拌机中，将搅拌速度调整到180rpm，搅拌12min，将搅拌速度调节到275rpm，加入米糠和秸秆，搅拌20min；

C、将搅拌速度调节到390rpm，加入厩肥、酒糟和步骤A的混合料，搅拌28min；

D、将肥料取出并密封发酵10天；

E、干燥、造粒，得到石墨烯新型肥料。

所述的步骤A中，各原料的加入量之和与水的质量比为1∶12。

所述的步骤A中的混合料的粒径为10-30μm。

所述的石墨烯新型肥料，按重量份计，包括以下主要成份：

豆饼 20％

米糠 15％

酒糟 25％

厩肥 30％

膨胀蛭石粉 4％

菜籽油 0.8％

石墨烯 0.03％

秸秆 余量。

实施例2

一种石墨烯新型肥料的制备方法，按照下述步骤进行：

A、将膨胀蛭石放入粉碎机中，粉碎至粉状，过250目筛，将筛下物放入湿式球磨机中，并加入水、石墨烯和菜籽油，采用球磨法进行研磨，得到混合料；

B、将豆饼放入搅拌机中，将搅拌速度调整到200rpm，搅拌10min，将搅拌速度调节到300rpm，加入米糠和秸秆，搅拌25min；

C、将搅拌速度调节到380rpm，加入厩肥、酒糟和步骤A的混合料，搅拌30min；

D、将肥料取出并密封发酵12天；

E、干燥、造粒，得到石墨烯新型肥料。

所述的步骤A中，各原料的加入量之和与水的质量比为1∶15。

所述的步骤A中的混合料的粒径为10-30μm。

所述的石墨烯新型肥料，按重量份计，包括以下主要成份：

豆饼 20％

米糠 12％

酒糟 18％

厩肥 40％

膨胀蛭石粉 5％

菜籽油 0.5％

石墨烯 0.01％

秸秆 余量。

实施例3

一种石墨烯新型肥料的制备方法，按照下述步骤进行：

A、将膨胀蛭石放入粉碎机中，粉碎至粉状，过250目筛，将筛下物放入湿式球磨机中，并加入水、石墨烯和菜籽油，采用球磨法进行研磨，得到混合料；

B、将豆饼放入搅拌机中，将搅拌速度调整到200rpm，搅拌10min，将搅拌速度调节到300rpm，加入米糠和秸秆，搅拌25min；

C、将搅拌速度调节到400rpm，加入厩肥、酒糟和步骤A的混合料，搅拌25min；

D、将肥料取出并密封发酵8天；

E、干燥、造粒，得到石墨烯新型肥料。

所述的步骤A中，各原料的加入量之和与水的质量比为1∶10。

所述的步骤A中的混合料的粒径为10-30μm。

所述的石墨烯新型肥料，按重量份计，包括以下主要成份：

豆饼 15％

米糠 28％

酒糟 18％

厩肥 25％

膨胀蛭石粉 2％

菜籽油 0.8％

石墨烯 0.05％

秸秆 余量。

实施例4

一种石墨烯新型肥料的制备方法，按照下述步骤进行：

A、将膨胀蛭石放入粉碎机中，粉碎至粉状，过250目筛，将筛下物放入湿式球磨机中，并加入水、石墨烯和菜籽油，采用球磨法进行研磨，得到混合料；

B、将豆饼放入搅拌机中，将搅拌速度调整到180rpm，搅拌12min，将搅拌速度调节到275rpm，加入米糠和秸秆，搅拌20min；

C、将搅拌速度调节到390rpm，加入厩肥、酒糟和步骤A的混合料，搅拌28min；

D、干燥、造粒，得到石墨烯新型肥料。

所述的步骤A中，各原料的加入量之和与水的质量比为1∶12。

所述的步骤A中的混合料的粒径为10-30μm。

所述的石墨烯新型肥料，按重量份计，包括以下主要成份：

豆饼 18％

米糠 28％

酒糟 20％

厩肥 30％

膨胀蛭石粉 3％

菜籽油 0.7％

石墨烯 0.03％

秸秆 余量。

实施例5

一种石墨烯新型肥料的制备方法，按照下述步骤进行：

A、将膨胀蛭石放入粉碎机中，粉碎至粉状，过250目筛，将筛下物放入湿式球磨机中，并加入水、石墨烯和菜籽油，采用球磨法进行研磨，得到混合料；

B、将豆饼放入搅拌机中，将搅拌速度调整到180rpm，搅拌12min，将搅拌速度调节到250rpm，加入米糠和秸秆，搅拌20min；

C、将搅拌速度调节到400rpm，加入厩肥、酒糟和步骤A的混合料，搅拌28min；

D、干燥、造粒，得到石墨烯新型肥料。

所述的步骤A中，各原料的加入量之和与水的质量比为1∶10。

所述的步骤A中的混合料的粒径为10-30μm。

所述的石墨烯新型肥料，按重量份计，包括以下主要成份：

豆饼 15％

米糠 22％

酒糟 22％

厩肥 28％

膨胀蛭石粉 4％

菜籽油 0.5％

石墨烯 0.02％

秸秆 余量。

将实施例1-5的肥料应用于小麦生长试验中，并将实施例1中的步骤A制备的混合料去除，作为对照组1，将对照组1中的肥料的使用量加倍作为对照组2(此用量为一般小麦田的肥料用量)，后续播种的小麦品种和田间管理，7块地保持一致，收获时，测算亩产量。

组别	平均亩产量(kg)
		实施例1	575
实施例2	565
		实施例3	560
实施例4	540
		实施例5	545
对照组1	405
		对照组2	480

对比实施例1

将实施例1中的膨胀蛭石粉去除，其余制备条件不同，得到石墨烯新型肥料，并将其使用于小麦种植，种植条件与实施例1相同，得到如下亩产量数据：

由对比实施例1可以知道，在不加入膨胀蛭石粉的条件下，加入石墨烯仅可以比同等加入量的肥料的亩产量增加约10％；不加入膨胀蛭石粉的条件下比加入膨胀蛭石粉的亩产减少了约30％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种石墨烯新型肥料，其特征在于，包括以下重量百分比的成份：

豆饼 15-25％

米糠 12-28％

酒糟 18-25％

厩肥 25-40％

膨胀蛭石粉 2-5％

菜籽油 0.5-0.8％

石墨烯 0.01-0.05％

秸秆 余量。

2.一种石墨烯新型肥料的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：

A、将膨胀蛭石放入粉碎机中，粉碎至粉状，过250目筛，将筛下物放入湿式球磨机中，并加入水、石墨烯和菜籽油，采用球磨法进行研磨，得到混合料；

B、将豆饼放入搅拌机中，将搅拌速度调整到150-200rpm，搅拌10-15min，将搅拌速度调节到250-300rpm，加入米糠和秸秆，搅拌20-25min；

C、将搅拌速度调节到380-400rpm，加入厩肥、酒糟和步骤A的混合料，搅拌25-30min；

D、干燥、造粒，得到石墨烯新型肥料。

3.根据权利要求2所述的石墨烯新型肥料的制备方法，其特征在于，所述的步骤A中，各原料的加入量之和与水的质量比为1∶(10-15)。

4.根据权利要求2所述的石墨烯新型肥料的制备方法，其特征在于，所述的步骤A中的混合料的粒径为10-30μm。

5.根据权利要求2所述的石墨烯新型肥料的制备方法，其特征在于，所述的石墨烯新型肥料在干燥、造粒之前进行发酵。

6.根据权利要求2所述的石墨烯新型肥料的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：

A、将膨胀蛭石放入粉碎机中，粉碎至粉状，过250目筛，将筛下物放入湿式球磨机中，并加入水、石墨烯和菜籽油，采用球磨法进行研磨，得到混合料；

B、将豆饼放入搅拌机中，将搅拌速度调整到180rpm，搅拌12min，将搅拌速度调节到275rpm，加入米糠和秸秆，搅拌20min；

C、将搅拌速度调节到390rpm，加入厩肥、酒糟和步骤A的混合料，搅拌28min；

D、将肥料取出并密封发酵10天；

E、干燥、造粒，得到石墨烯新型肥料；

所述的步骤A中，各原料的加入量之和与水的质量比为1∶12；

所述的步骤A中的混合料的粒径为10-30μm；

所述的石墨烯新型肥料，按重量份计，包括以下主要成份：

豆饼 20％

米糠 15％

酒糟 25％

厩肥 30％

膨胀蛭石粉 4％

菜籽油 0.8％

石墨烯 0.03％

秸秆 余量。