CN110790615A - 缓释型生物有机肥 - Google Patents

Abstract

本发明涉及缓释型生物有机肥，主要解决现有生物有机肥吸水和保水能力差的问题，通过采用缓释型生物有机肥，其原料各组分质量百分含量为：粘合剂10%~30%、粪便10%~30%、膨润土5%~25%、有机质5%~25%、营养元素混合物5%~20%、酸碱调节剂0.1%~1%的技术方案，较好地解决了该技术问题，可用于种植植物的土壤中。

Description

缓释型生物有机肥

技术领域

本发明涉及缓释型生物有机肥其制备方法以及在种植植物的土壤中的应用。

背景技术

中国是一个干旱缺水严重的国家，淡水资源人均占有量仅为世界平均水平的1/4，在世界上名列109位，是全球人均水资源最贫乏的13个国家之一。总体来说，中国北方偏干旱，从新疆一直绵延到华北平原，北方偏干旱这个特征比较明显。干旱是在较长时间内，降水量严重不足，致使土壤因蒸发而水分亏损，破坏正常的农作物生长，因而研究吸水、保水性好的有机肥是当前社会持续发展的必然要求。

生物有机肥的作用包含了降解白色污染和保水增肥两方面。一方面，生物有机肥中具有粘合剂，三维网络结构在土壤中可形成有一定强度的防护层，能够吸收超过自身重量几百倍的水分，同时能控制释放的速度，很大程度上保持水分及肥料，提高植物成活率。另一方面，生物有机肥中的微生物对土壤中白色污染物进行吸收、氧化、还原和降解等，降低或消除土壤中污染物的毒性，达到控制和改善土壤环境的目的。Bakass M等使用高吸水树脂保水，促进植物的生长，实现固沙。CN104788619公开了一种星型网状有机-无机复合型超强吸水剂及其制备方法，常温状态下即可制备超强吸水剂，具有稳定优异的吸水保水性能，具有很好的耐盐性，可用于干旱/半干旱地区的防沙治沙、农业种植庄稼等方面。

高吸水性树脂是一种含有羧基、羟基等强亲水性基团，并具有一定交联度的水溶胀型的高分子聚合物，无毒、无害、无污染，可反复释水、吸水，重复利用。环境友好型的高分子聚合物类材料是当前生物降解领域的研究热点。本研究将淀粉与聚乙烯醇、丙烯酸接枝共聚而形成高分子粘合剂，同时在表面进行交联形成特殊的网络结构，并将有机质、微生物包覆在网络结构中，具有优异的吸水和保水能力，且在土壤中易生物降解，有效改善土壤环境。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一是现有生物有机肥吸水和保水能力差的问题，提供新的缓释型生物有机肥，该生物有机肥具有吸水能力好，保水性强的特点。

本发明要解决的技术问题之二是上述技术问题之一所述缓释型生物有机肥的制备方法。

本发明所要解决的技术问题之三是上述问题之一所述新的缓释型生物有机肥在种植植物的土壤中的应用。

为解决上述技术问题之一，本发明的技术方案如下：

缓释型生物有机肥，其原料各组分质量百分含量为：粘合剂10%~30%、粪便10%~30%、膨润土5%~25%、有机质5%~25%、营养元素混合物5%~20%、酸碱调节剂0.1%~1%。

上述技术方案中，粘合剂是通过聚乙烯醇、丙烯酸与淀粉聚合反应制备，聚乙烯醇、丙烯酸与淀粉的质量百分比为（1%~50%）：1：（1%~40%）。

上述技术方案中，淀粉选自小麦淀粉、糯米淀粉、粘米淀粉、绿豆淀粉、玉米淀粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、莲藕淀粉中的一种或多种。

上述技术方案中，粪便是鸡粪、鸭粪、狗粪、猪粪、牛粪、羊粪、马粪、人粪便中的一种或多种。

上述技术方案中，有机质选自煤灰粉、灰渣、秸秆、木屑、树叶、杂草、蔗渣、木质素、纤维素、玉米芯中的一种或多种。

上述技术方案中，营养元素混合物包含大量元素氮磷钾化合物（≥90%），及少量铁、锌、锰、铜、钼、硼、氯等微量元素化合物（≤10%）。

为解决上述技术问题之二，本发明的技术方案如下：

上述技术问题之一的技术方案中任一项所述的新的缓释型生物有机肥的制备方法，包括：

粘合剂乳液的制备；

粘合剂乳液与各原料混合；

干燥挤条成型。

上述技术方案中，所述粘合剂制备时的聚合方法没有特别限制，比如可以是本体聚合、反相乳液聚合、溶液聚合和反相悬浮聚合，均可获得可对比的技术效果，本领域技术人员可以合理选择。

上述技术方案中，聚合反应中各原料组分混合顺序、溶解方法步骤没有特别的限制，具体混合、溶解的程序和工艺条件本领域技术人员可以合理选择并且不必付出创造性劳动。

上述技术方案中，干燥成型后缓释型生物有机肥粒径形状没有明确的限制，仅作为举例，缓释型生物有机肥粒径为0.1~10mm，形状为球型、正方体、长方体、圆柱体、锥型、拉西环等，具体造粒方法和工艺条件本领域技术人员可以合理选择。

上述技术方案中，所述的缓释型生物有机肥可以采用如下的方式制备，具体如下：

1、粘合剂乳液的制备

将高分子单体分别溶解后混合，分别加入引发剂，交联剂，控制合适的条件进行聚合反应，得到粘合剂乳液。

2、粘合剂乳液与各原料混合

将所需的原料粪便、膨润土、有机质、营养元素混合物、酸碱调节剂按照一定配比加入混合机中，控制条件及混合时间使其混合均匀，再将粘合剂乳液均匀撒到混合原料的表面上，得到缓释型生物有机肥前体。混合机转速可以是但不限于1~100r/min，混合时间可以是但不限于1~30小时。

3、干燥挤条成型

将步骤2缓释型生物有机肥前体加入到挤条机中，调节合适的工艺条件进行挤条，再接入造粒机中，调节造粒条件，使得粒径控制在1~5mm。再干燥处理，得到缓释型生物有机肥。干燥的温度可以是但不限于30~150℃，干燥的时间例如可以是但不限于1~30小时。

上述技术方案中，所用引发剂为过硫酸钾和抗坏血酸。

上述技术方案中，所用交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、乙二醇二缩水甘油醚、聚马来酸酐、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、环氧氯丙烷、氧化铝、硫酸铝、柠檬酸铝、乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、丙三醇中的一种或多种。

上述技术方案中，作为优选的技术方案之一，交联剂优选同时包括N,N-亚甲基双丙烯酰胺与柠檬酸铝，N,N-亚甲基双丙烯酰胺与柠檬酸铝在有机肥吸水性和保水性方面具有协同增效作用。

上述技术方案中，作为优选的技术方案之二，交联剂优选同时包括N,N-亚甲基双丙烯酰胺与丙三醇，N,N-亚甲基双丙烯酰胺与丙三醇在有机肥吸水性和保水性方面具有协同增效作用。

上述技术方案中，作为优选的技术方案之三，交联剂优选同时包括柠檬酸铝与丙三醇，柠檬酸铝与丙三醇在有机肥吸水性和保水性方面具有协同增效作用。

上述技术方案中，作为更加优选的技术方案，交联剂优选同时包括N,N-亚甲基双丙烯酰胺、柠檬酸铝与丙三醇，三者在有机肥吸水性和保水性方面具有三元组合协同增效作用。

通过此方式制备的缓释型生物有机肥在吸水性和保水性方面出奇地好。

为解决上述技术问题之三，本发明的技术方案如下：上述技术问题之一的技术方案中任一项所述的缓释型生物有机肥在种植植物的土壤中的应用。

本发明的技术关键是缓释型生物有机肥的选择，对于具体应用的方法和工艺条件本领域技术人员可以合理选择并且不需付出创造性劳动，例如可以是：

缓释型生物有机肥，包括在上述技术问题之一的技术方案中任一项所述缓释型生物有机肥存在下，可以充分固定雨水或渗透水，而又可以控制释放速度，土壤环境得到有效改善，从而大幅度提高植被的成活率，保护植被正常生长，改善生态环境。

上述技术方案中，所述生物有机肥的用量为10-100kg/亩，pH可根据土壤情况在5~9范围内调节。

上述技术方案中，生物有机肥施工需配合机械作业，与土壤搅拌混合均匀。

上述技术方案中，生物有机肥配合植物种植的土壤吸水保水效果更好。生物有机肥与植物种子同时混入土壤中，或者生物有机肥混入土壤后1~300天内进行植物种植。

上述技术方案中，植物选择根系比较发达的，比如选自可以是但不限于香根草、榕树、红树、金银花、石榴、君子兰、仙客、吊兰、兰花、茉莉花、绿萝的一种或多种。

上述技术方案中，植物种植时需保持24小时渗透状态，并每隔2~6周浇一次水，以土壤中水完全渗透为宜。

上述技术方案中，从节水环保的角度，采用滴灌的方式将水滴缓慢均匀的滴入植物根部附近的土壤中。

上述技术方案中，所用生物有机肥可进行生物降解，进入土壤后1~3月开始降解，1~2年降解完全。

本发明具有以下有益效果：

（1）植物赖以生存的营养元素得到补充，土壤环境得到有效改善；

（2）吸水性明显增强，如在一些具体的实施例中，饱和吸水率大于300g/g；同时具有良好的保水性，10天的保水率大于30%；

（3）在水资源缺乏的情况下，大幅度提高植被的成活率，保持植被正常生长。

附图说明

图1为使用不同交联剂制得的生物有机肥的饱和吸水率和保水率（1天、3天、10天）对比，其中，■代表各实施例制得的生物有机肥的饱和吸水率；●代表各实施例制得的生物有机肥的保水率（1天）；▲代表各实施例制得的生物有机肥的保水率（3天）；▼代表各实施例制得的生物有机肥的保水率（10天）。

具体实施方式

下面结合具体实施方式及实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的实施方式及实施例仅用于说明和解释本发明，其并不用于限定本发明。

以下实施例中使用的生物有机肥评价方法为：

（一）吸水性的测定：

称取质量为m0的样品于烧杯中，加入足量的质量为m1去离子水，室温下磁力搅拌30分钟，采用滤纸进行过滤，称量未被吸收去离子水的质量m2，得到该样品的吸水率。吸水率=(m1-m2)/m0；

（二）保水性的测定

称取一定质量的样品加入到茶叶袋中，加入去离子水使其达到吸水饱和，测得质量为m1。将足量疏松土壤放入大烧杯中，称量质量为m0，将装有吸水饱和样品的茶叶袋放入土壤中，置于室外通风环境自然干燥，分别隔1天、3天、10天进行测量烧杯总质量m2。保水率=(m2-m0)/m1。

【实施例1】

1、粘合剂乳液的制备

将10g玉米淀粉加入到100ml去离子水的三口烧瓶中，搅拌速度300r/min，温度控制在70℃，糊化1小时后冷却到室温。将30g丙烯酸加入烧杯中，再加入20%的氢氧化钠溶液30g，中和后一并转入到三口烧瓶中。然后加入20g聚乙烯醇。再分别加入0.6g过硫酸钾和0.4g抗坏血酸，将***内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应1小时。再加入0.3g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，继续反应1h后得到粘合剂乳液。

2、粘合剂乳液与各原料混合

将30g羊粪、25g膨润土、25g木质素、10g营养元素混合物、0.5g酸碱调节剂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间1小时使其混合均匀。再将粘合剂乳液均匀撒到混合原料的表面上，混合均匀，得到缓释型生物有机肥前体。

3、干燥挤条成型

将步骤2缓释型生物有机肥前体加入到挤条机中，进行挤条，再接入造粒机中，调节造粒机内物料温度为50℃，使得粒径控制在3mm左右。在烘箱80℃干燥5小时干燥处理，得到缓释型生物有机肥。

通过前述生物有机肥评价方法对所得有机肥进行测评，结果如图1所示。

【实施例2】

1、粘合剂乳液的制备

将10g玉米淀粉加入到100ml去离子水的三口烧瓶中，搅拌速度300r/min，温度控制在70℃，糊化1小时后冷却到室温。将30g丙烯酸加入烧杯中，再加入20%的氢氧化钠溶液30g，中和后一并转入到三口烧瓶中。然后加入20g聚乙烯醇。再分别加入0.6g过硫酸钾和0.4g抗坏血酸，将***内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应1小时。再加入0.3g 柠檬酸铝，继续反应1h后得到粘合剂乳液。

2、粘合剂乳液与各原料混合

将30g羊粪、25g膨润土、25g木质素、10g营养元素混合物、0.5g酸碱调节剂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间1小时使其混合均匀。再将粘合剂乳液均匀撒到混合原料的表面上，混合均匀，得到缓释型生物有机肥前体。

3、干燥挤条成型

将步骤2缓释型生物有机肥前体加入到挤条机中，进行挤条，再接入造粒机中，调节造粒机内物料温度为50℃，使得粒径控制在3mm左右。在烘箱80℃干燥5小时干燥处理，得到缓释型生物有机肥。

通过前述生物有机肥评价方法对所得有机肥进行测评，结果如图1所示。

【实施例3】

1、粘合剂乳液的制备

将10g玉米淀粉加入到100ml去离子水的三口烧瓶中，搅拌速度300r/min，温度控制在70℃，糊化1小时后冷却到室温。将30g丙烯酸加入烧杯中，再加入20%的氢氧化钠溶液30g，中和后一并转入到三口烧瓶中。然后加入20g聚乙烯醇。再分别加入0.6g过硫酸钾和0.4g抗坏血酸，将***内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应1小时。再加入0.3g 丙三醇，继续反应1h后得到粘合剂乳液。

2、粘合剂乳液与各原料混合

将30g羊粪、25g膨润土、25g木质素、10g营养元素混合物、0.5g酸碱调节剂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间1小时使其混合均匀。再将粘合剂乳液均匀撒到混合原料的表面上，混合均匀，得到缓释型生物有机肥前体。

3、干燥挤条成型

将步骤2缓释型生物有机肥前体加入到挤条机中，进行挤条，再接入造粒机中，调节造粒机内物料温度为50℃，使得粒径控制在3mm左右。在烘箱80℃干燥5小时干燥处理，得到缓释型生物有机肥。

通过前述生物有机肥评价方法对所得有机肥进行测评，结果如图1所示。

【实施例4】

1、粘合剂乳液的制备

将10g玉米淀粉加入到100ml去离子水的三口烧瓶中，搅拌速度300r/min，温度控制在70℃，糊化1小时后冷却到室温。将30g丙烯酸加入烧杯中，再加入20%的氢氧化钠溶液30g，中和后一并转入到三口烧瓶中。然后加入20g聚乙烯醇。再分别加入0.6g过硫酸钾和0.4g抗坏血酸，将***内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应1小时。再加入0.15g N,N-亚甲基双丙烯酰胺与0.15g柠檬酸铝，继续反应1h后得到粘合剂乳液。

2、粘合剂乳液与各原料混合

将30g羊粪、25g膨润土、25g木质素、10g营养元素混合物、0.5g酸碱调节剂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间1小时使其混合均匀。再将粘合剂乳液均匀撒到混合原料的表面上，混合均匀，得到缓释型生物有机肥前体。

3、干燥挤条成型

将步骤2缓释型生物有机肥前体加入到挤条机中，进行挤条，再接入造粒机中，调节造粒机内物料温度为50℃，使得粒径控制在3mm左右。在烘箱80℃干燥5小时干燥处理，得到缓释型生物有机肥。

通过前述生物有机肥评价方法对所得有机肥进行测评，结果如图1所示。

【实施例5】

1、粘合剂乳液的制备

将10g玉米淀粉加入到100ml去离子水的三口烧瓶中，搅拌速度300r/min，温度控制在70℃，糊化1小时后冷却到室温。将30g丙烯酸加入烧杯中，再加入20%的氢氧化钠溶液30g，中和后一并转入到三口烧瓶中。然后加入20g聚乙烯醇。再分别加入0.6g过硫酸钾和0.4g抗坏血酸，将***内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应1小时。再加入0.15g N,N-亚甲基双丙烯酰胺与0.15g丙三醇，继续反应1h后得到粘合剂乳液。

2、粘合剂乳液与各原料混合

将30g羊粪、25g膨润土、25g木质素、10g营养元素混合物、0.5g酸碱调节剂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间1小时使其混合均匀。再将粘合剂乳液均匀撒到混合原料的表面上，混合均匀，得到缓释型生物有机肥前体。

3、干燥挤条成型

将步骤2缓释型生物有机肥前体加入到挤条机中，进行挤条，再接入造粒机中，调节造粒机内物料温度为50℃，使得粒径控制在3mm左右。在烘箱80℃干燥5小时干燥处理，得到缓释型生物有机肥。

通过前述生物有机肥评价方法对所得有机肥进行测评，结果如图1所示。

【实施例6】

1、粘合剂乳液的制备

将10g玉米淀粉加入到100ml去离子水的三口烧瓶中，搅拌速度300r/min，温度控制在70℃，糊化1小时后冷却到室温。将30g丙烯酸加入烧杯中，再加入20%的氢氧化钠溶液30g，中和后一并转入到三口烧瓶中。然后加入20g聚乙烯醇。再分别加入0.6g过硫酸钾和0.4g抗坏血酸，将***内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应1小时。再加入0.15g 柠檬酸铝与0.15g丙三醇，继续反应1h后得到粘合剂乳液。

2、粘合剂乳液与各原料混合

将30g羊粪、25g膨润土、25g木质素、10g营养元素混合物、0.5g酸碱调节剂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间1小时使其混合均匀。再将粘合剂乳液均匀撒到混合原料的表面上，混合均匀，得到缓释型生物有机肥前体。

3、干燥挤条成型

将步骤2缓释型生物有机肥前体加入到挤条机中，进行挤条，再接入造粒机中，调节造粒机内物料温度为50℃，使得粒径控制在3mm左右。在烘箱80℃干燥5小时干燥处理，得到缓释型生物有机肥。

通过前述生物有机肥评价方法对所得有机肥进行测评，结果如图1所示。

【实施例7】

1、粘合剂乳液的制备

将10g玉米淀粉加入到100ml去离子水的三口烧瓶中，搅拌速度300r/min，温度控制在70℃，糊化1小时后冷却到室温。将30g丙烯酸加入烧杯中，再加入20%的氢氧化钠溶液30g，中和后一并转入到三口烧瓶中。然后加入20g聚乙烯醇。再分别加入0.6g过硫酸钾和0.4g抗坏血酸，将***内空气置换为氮气，调节温度70℃，反应1小时。再加入0.1g N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.1g 柠檬酸铝与0.1g丙三醇，继续反应1h后得到粘合剂乳液。

2、粘合剂乳液与各原料混合

将30g羊粪、25g膨润土、25g木质素、10g营养元素混合物、0.5g酸碱调节剂分别加入混合机中，控制转速为10r/min，混合时间1小时使其混合均匀。再将粘合剂乳液均匀撒到混合原料的表面上，混合均匀，得到缓释型生物有机肥前体。

3、干燥挤条成型

将步骤2缓释型生物有机肥前体加入到挤条机中，进行挤条，再接入造粒机中，调节造粒机内物料温度为50℃，使得粒径控制在3mm左右。在烘箱80℃干燥5小时干燥处理，得到缓释型生物有机肥。

通过前述生物有机肥评价方法对所得有机肥进行测评，结果如图1所示。

Claims (10)

1.缓释型生物有机肥，其原料各组分质量百分含量为：粘合剂10%~30%、粪便10%~30%、膨润土5%~25%、有机质5%~25%、营养元素混合物5%~20%、酸碱调节剂0.1%~1%。

2.根据权利要求1所述的缓释型生物有机肥，其特征是粘合剂是通过聚乙烯醇、丙烯酸与淀粉聚合反应制备，聚乙烯醇、丙烯酸与淀粉的质量百分比为：1%~50%：1：1%~40%。

3.根据权利要求1所述的缓释型生物有机肥，其特征是淀粉选自小麦淀粉、糯米淀粉、粘米淀粉、绿豆淀粉、玉米淀粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、莲藕淀粉中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的缓释型生物有机肥，其特征是粪便是鸡粪、鸭粪、狗粪、猪粪、牛粪、羊粪、马粪、人粪便中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的缓释型生物有机肥，其特征是有机质选自煤灰粉、灰渣、秸秆、木屑、树叶、杂草、蔗渣、木质素、纤维素、玉米芯中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的缓释型生物有机肥，其特征是营养元素混合物包含大量元素氮磷钾化合物（≥90%），及少量铁、锌、锰、铜、钼、硼、氯等微量元素化合物（≤10%）。

7.根据权利要求1所述的缓释型生物有机肥，其特征是缓释型生物有机肥的制备方法包括如下步骤：

粘合剂乳液的制备；

粘合剂乳液与各原料混合；

干燥挤条成型。

8.根据权利要求7所述的制备方法，粘合剂制备时的聚合方法可以是但不限于本体聚合、反相乳液聚合、溶液聚合和反相悬浮聚合。

9.根据权利要求7所述的制备方法，缓释型生物有机肥形状可以是但不限于球型、正方体、长方体、圆柱体、锥型、拉西环。

10.权利要求1所述的缓释型生物有机肥在种植植物的土壤中的应用。

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