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一种生物炭基尿素缓释肥的制备方法

文献发布时间:2024-02-23 22:56:42



技术领域

本发明属于农业生物质肥料制备技术领域,具体涉及一种生物炭基尿素缓释肥的制备方法。

背景技术

尿素(Urea),又称脲,作为一种中性的化学氮肥,而被广泛用于各种土壤和作物,是全世界农业中使用最多的氮肥。近年来,随着人口数量的增加,全球对主要粮食作物的需求量会进一步扩大,但由于土壤盐碱化和酸化的现象逐渐严重,大量作物质量差、减产严重,因此需要越来越多的化肥用于作物种植和增产。由于氮是植物生长过程中必需的元素,因此在这些肥料中,氮肥的消耗量是最大的。由于作物对氮肥的吸收效率一般为35%~50%,而施入的氮素有50%~60%会流失,为了达到增产的目的,会施用大量的氮肥,流失的氮肥造成了严重的资源浪费和巨大的经济损失。在这样长期大量施用氮肥的背景下,土壤中大量的氮肥未被植物吸收,并随着雨水和地表径流流失,引起了水体富营养化、地下水污染等环境问题,又造成了土壤酸化、板结等生态问题,产生大量的温室气体,带来了严重的气候问题。

由于生物炭具有多孔结构、大比表面积和高阳离子交换量等理化性质,能够显著提高尿素利用率和提高作物产量。生物炭还可通过对微生物和酶活性的作用,从而对土壤中尿素的转化产生影响。生物炭可以吸附尿素,使其进入内部孔隙,尿素还会与生物碳表面的官能团(羟基、羧基和羰基)发生化学反应,大大降低了尿素的释放速率。因此,开发一种生物炭基缓释尿素的方法至关重要。

发明内容

本发明提供一种方法简单、有效、易产业化的尿素缓释的方法,采用包埋技术,将吸附尿素的生物炭颗粒进行包埋,得到生物炭基尿素缓释肥,从而有效改善尿素在土壤中的快速流失,提高尿素的利用效率,以达到尿素减施的目的。

为实现上述发明目的,本发明采取的技术方案如下:

一种生物炭基尿素缓释肥的制备方法,具体步骤如下:

(1)按照生物炭与饱和尿素溶液的固液比(g:mL)为1-10:100的比例进行混合,混合物在20-60℃,搅拌转速为100-200转/分钟,处理2-4h,过滤得到负载尿素的生物炭颗粒;

(2)通过添加包埋剂对步骤(2)制备的负载尿素的生物炭颗粒进行包埋,得到生物炭基尿素缓释肥。

所述生物炭的制备方法如下:

将粒径为60-120目的生物质原料进行水洗、烘干,加水后在180-260℃水热反应2-4小时,水热反应结束之后烘干,在炭化炉中进行热解,热解气氛是氮气、二氧化碳、氦气中一种或几种气氛,热解温度为400-800℃,热解时间为1-4小时,冷却后得到生物炭。

所述生物质包括烟梗颗粒、花生壳颗粒、蔗渣颗粒、麻杆芯颗粒、玉米芯颗粒、藏木香颗粒等原料。

步骤(2)所述包埋剂为淀粉、壳聚糖、瓜尔胶、羟甲基纤维素钠、环糊精中的一种或几种。

步骤(2)所述包埋的具体方法是:将负载尿素的生物炭颗粒与包埋剂按照质量比2-10:1的比例进行混合,混合物料在50-60℃处理2h。

与现有技术相比,本发明的优点是:

(1)本发明选用烟梗颗粒、花生壳颗粒、蔗渣颗粒、麻杆芯颗粒、玉米芯颗粒、藏木香颗粒等生物质原料,经过水洗、烘干、水热反应,再进行热解反应,制备成吸附载体颗粒;将吸附载体颗粒与饱和尿素溶液进行充分混合吸附,最后使用包埋技术进行包埋,干燥得到生物炭基尿素缓释肥。与其他方法相比,本发明方法能够实现尿素完全被包裹在生物炭内。

(2)本发明工艺制作简单,成本低,易工业化,可以作为制备生物炭基尿素缓释肥的有效方法。

附图说明

图1是实施例1生物炭基尿素缓释肥的尿素淋溶缓释图;

图2是实施例2生物炭基尿素缓释肥的尿素淋溶缓释图;

图3是实施例3生物炭基尿素缓释肥的尿素淋溶缓释图;

图4是实施例4生物炭基尿素缓释肥的尿素淋溶缓释图;

图5是实施例5生物炭基尿素缓释肥的尿素淋溶缓释图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明,但并不限制本发明。

实施例1

一种生物炭基尿素缓释肥的制备方法,具体步骤如下:

(1)取60-120目的烟梗颗粒1000g,按照质量比1:10加入超纯水进行振荡0.5h,转速设定为100r/min,静置后抽滤并烘干,重复操作10次,得到水洗后的烟梗颗粒,按照质量比1:10加水后在180℃下进行4小时水热反应,水热反应结束后烘干,然后在炭化炉中,在氮气气氛下,600℃热解1h,得到60-120目的烟梗生物炭颗粒;

(2)按照生物炭与饱和尿素溶液的固液比(g:mL)为1:100的比例,将生物炭与饱和尿素溶液在振荡机混合,转速为100r/min,吸附温度为25℃,吸附4h后干燥,得到负载尿素的烟梗生物炭颗粒;

(3)采用淀粉对步骤(2)负载尿素的烟梗生物炭颗粒进行包埋,具体是将淀粉与负载尿素的烟梗生物炭颗粒按照质量比为2:1混合,在60℃包埋处理2h,得到生物炭基尿素缓释肥。

由图1可以看出,本发明实施例1制备的生物炭基尿素缓释肥的缓释效果较好,前三次淋溶,尿素只累积释放了8.32%,淋溶次数4到8次时,尿素的释放均大于10%,淋溶11次时,尿素的释放为1.18%。

实施例2

一种生物炭基尿素缓释肥的制备方法,具体步骤如下:

(1)取60-120目的麻杆芯颗粒1000g,按照质量比1:10加入超纯水进行振荡0.5h,转速设定为140r/min,静置后抽滤并烘干,重复操作10次,得到水洗的麻杆芯颗粒,按照质量比1:10加水后在200℃下进行3小时水热反应,水热反应结束后烘干,然后在炭化炉中,在氮气气氛下,400℃热解4h,得到60-120目的麻杆芯生物炭颗粒;

(2)按照生物炭与饱和尿素溶液的固液比(g:mL)为1:100的比例,将生物炭与饱和尿素溶液在振荡机混合,转速为200r/min,吸附温度为35℃,吸附2h后干燥,得到负载尿素的麻杆芯生物炭颗粒;

(3)采用淀粉对步骤(2)负载尿素的麻杆芯生物炭颗粒进行包埋,具体是将淀粉与负载尿素的麻杆芯生物炭颗粒的质量比为5:1混合,在60℃包埋处理2h,得到生物炭基尿素缓释肥。

由图2可以看出,本发明实施例2制备的生物炭基尿素缓释肥在前三次淋溶,尿素只累积释放了7.27%,淋溶次数4到7次时,尿素的释放在20%左右,淋溶10次时,尿素的释放为2.41%。

实施例3

一种生物炭基尿素缓释肥的制备方法,具体步骤如下:

(1)取60-120目的玉米芯颗粒1000g,按照质量比1:10加入超纯水进行振荡0.5h,转速设定为180r/min,静置后抽滤并烘干,重复操作10次,得到水洗的玉米芯颗粒,按照质量比1:10加水后在200℃下进行3小时水热反应,水热反应结束后烘干,然后在炭化炉中,在氮气气氛下,500℃热解3h,得到60-120目的玉米芯生物炭颗粒;

(2)按照生物炭与饱和尿素溶液的固液比(g:mL)为2:100的比例,将生物炭与饱和尿素溶液在振荡机混合,转速为200r/min,吸附温度为45℃,吸附2h后干燥,得到负载尿素的玉米芯生物炭颗粒;

(3)采用淀粉对步骤(2)负载尿素的玉米芯生物炭颗粒进行包埋,具体是将淀粉与负载尿素的玉米芯生物炭颗粒的质量比为7:1混合,在60℃包埋处理2h,得到生物炭基尿素缓释肥。

由图3可以看出,本发明实施例3制备的生物炭基尿素缓释肥的缓释效果较好,淋溶次数可达12次,淋溶次数4到8次时,尿素的释放均大于10%,淋溶12次时,尿素的释放为1.50%。

实施例4

一种生物炭基尿素缓释肥的制备方法,具体步骤如下:

(1)取60-120目的藏木香颗粒1000g,按照质量比5:100加入超纯水进行振荡0.5h,转速设定为200r/min,静置后抽滤并烘干,重复操作10次,得到水洗的藏木香颗粒,按照质量比1:10加水后在260℃下进行2小时水热反应,水热反应结束后烘干,然后在炭化炉中,在氮气气氛下,700℃热解1.5h,得到60-120目的藏木香生物炭颗粒;

(2)按照生物炭与饱和尿素溶液的固液比(g:mL)为10:100的比例,将生物炭与饱和尿素溶液在振荡机混合,转速为150r/min,吸附温度为50℃,吸附3h后干燥,得到负载尿素的藏木香生物炭颗粒;

(3)采用淀粉对步骤(2)负载尿素的藏木香生物炭颗粒进行包埋,具体是将淀粉与负载尿素的藏木香生物炭颗粒的质量比为10:1混合,在50℃包埋处理2h,得到生物炭基尿素缓释肥。

由图4可以看出,本发明实施例4制备的生物炭基尿素缓释肥的淋溶次数可达10次,前三次淋溶,尿素只累积释放了12.70%,淋溶次数4到7次时,尿素的释放均大于10%,淋溶10次时,尿素的释放为2.40%。

实施例5

一种生物炭基尿素缓释肥的制备方法,具体步骤如下:

(1)取60-120目的花生壳颗粒1000g,按照质量比1:10加入超纯水进行振荡0.5h,转速设定为200r/min,静置后抽滤并烘干,重复操作10次,得到水洗的花生壳颗粒,按照质量比1:10加水后在180℃下进行4小时水热反应,水热反应结束后烘干,然后在炭化炉中,在氮气气氛下,800℃热解1h,得到60-120目的花生壳生物炭颗粒;

(2)按照生物炭与饱和尿素溶液的固液比(g:mL)为2.5:100的比例,将生物炭与饱和尿素溶液在振荡机混合,转速为150r/min,吸附温度为60℃,吸附2h后干燥,得到负载尿素的花生壳生物炭颗粒;

(3)采用壳聚糖对步骤(2)负载尿素的花生壳生物炭颗粒进行包埋,具体是将壳聚糖与负载尿素的花生壳生物炭颗粒的质量比为10:1混合,在55℃包埋处理2h,得到生物炭基尿素缓释肥。

由图5可以看出,本发明实施例5制备的生物炭基尿素缓释肥的缓释效果较好,前三次淋溶,尿素只累积释放了10.15%,淋溶次数4到8次时,尿素的释放均大于10%,淋溶12次时,尿素的释放为0.50%。

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