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利用铁氧化物纳米材料降低堆肥过程中氮素损失并提高堆肥产品肥效的方法技术

技术编号:20928576 阅读:21 留言:0更新日期:2019-04-20 12:24
本发明专利技术公开了一种利用铁氧化物纳米材料降低堆肥过程中氮素损失并提高堆肥产品肥效的方法,该方法包括以下步骤:将铁氧化物纳米材料与堆肥原料混合,对所得混合物进行堆肥。本发明专利技术利用铁氧化物纳米材料降低堆肥过程中氮素损失并提高堆肥产品肥效的方法,既能够有效降低堆肥过程中的氮素损失,又能够提高堆肥产品的肥效,具有工艺简单、操作方便、处理效率高、处理效果好等优点,适合于大规模制备堆肥产品,对于提高堆肥产品的应用价值和应用范围具有十分重要的意义。

A Method of Reducing Nitrogen Loss and Improving the Fertilizer Efficiency of Composting Products by Using Iron Oxide Nanomaterials

The invention discloses a method for reducing nitrogen loss in composting process and improving composting efficiency of composting products by using iron oxide nanomaterials. The method comprises the following steps: mixing iron oxide nanomaterials with composting raw materials and composting the obtained mixture. The method of reducing nitrogen loss in composting process and improving composting efficiency of composting products by using iron oxide nano-materials can not only effectively reduce nitrogen loss in composting process, but also improve composting efficiency of composting products. The method has the advantages of simple process, convenient operation, high treatment efficiency and good treatment effect, and is suitable for large-scale preparation of composting products, and for improving composting products. The application value and scope are of great significance.

【技术实现步骤摘要】
利用铁氧化物纳米材料降低堆肥过程中氮素损失并提高堆肥产品肥效的方法
本专利技术堆肥过程氮素损失及堆肥产品肥效控制方法,具体涉及一种利用铁氧化物纳米材料降低堆肥过程中氮素损失并提高堆肥产品肥效的方法。
技术介绍
目前,堆肥化技术已经被广泛推荐为一种环保经济实用的农业废物循环利用方式。在堆肥过程中,农业废物被生物分解为稳定的腐殖质类物质,同时病原微生物也得以消除,从而可以将其作为土壤改良剂肥料和修复剂来循环利用。堆肥过程中氮的转化由一系列微生物完成,主要包括硝化微生物和反硝化微生物。堆肥过程中氮素转运特征已经被广泛研究,许多研究关注堆肥过程中NH3、N2O等含氮气体的释放,以及总氮损失等。目前,科研人员采取许多方法来减少堆肥过程中氮素损失,增加堆肥成品中氮的含量,如添加生物碳、沸石等,或是通过控制堆肥环境的温度、含水率、pH、通风状况等来减少氮素的损失,这些方法没有直接对氮素循环功能微生物造成抑制或促进,而氮素循环是由相关功能微生物完成的活动。因此,获得一种在堆肥过程中降低氮素损失并提高堆肥产品肥效的方法具有重要意义。纳米材料独特的性质使其产量不断增加并应用于越来越多的领域,如:商业、工业、医疗产品以及农业等方面,但是,目前很少有研究关注纳米材料特别是铁氧化物纳米材料对堆肥过程中氮素转化的影响。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种工艺简单、操作方便、处理效率高、处理效果好的利用铁氧化物纳米材料降低堆肥过程中氮素损失并提高堆肥产品肥效的方法。为解决上述技术问题,本专利技术采用的技术方案是:一种利用铁氧化物纳米材料降低堆肥过程中氮素损失并提高堆肥产品肥效的方法,包括以下步骤:将铁氧化物纳米材料与堆肥原料混合,对所得混合物进行堆肥。上述的方法,进一步改进的,所述铁氧化物纳米材料为α-Fe2O3纳米材料或Fe3O4纳米材料。上述的方法,进一步改进的,所述α-Fe2O3纳米材料的制备方法,包括以下步骤:将Fe3+溶液滴加到沸腾的超纯水中,搅拌,待滴加完成后冷却,纯化,得到α-Fe2O3纳米材料。上述的方法,进一步改进的,所述α-Fe2O3纳米材料的制备方法中,所述Fe3+溶液与超纯水的体积比为2∶25~4∶25;所述Fe3+溶液为Fe(NO3)3·9H2O溶液;所述Fe3+溶液的浓度为1M~2M;所述搅拌在转速为1000r/min~2000r/min下进行;所述冷却的时间为12h~24h;所述纯化采用的是纤维素透析袋。上述的方法,进一步改进的,所述Fe3O4纳米材料的制备方法,包括以下步骤:将FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O的混合溶液加热至85℃~95℃,加入氢氧化铵溶液,搅拌,清洗搅拌所得固体物质,得到Fe3O4纳米材料。上述的方法,进一步改进的,所述Fe3O4纳米材料的制备方法中,FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O的混合溶液与氢氧化铵溶液的体积比为20∶3~10∶1;所述FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O的混合溶液中FeCl3·6H2O与FeSO4·7H2O的质量比为12.3∶8.5~27∶13.9;所述氢氧化铵溶液的质量浓度为25%~28%;所述搅拌在转速为1000r/min~2000r/min下进行;所述搅拌的时间为0.5h~1h。上述的方法,进一步改进的,所述铁氧化物纳米材料与堆肥原料的比例为0.1mg∶1kg~10mg∶1kg;所述堆肥原料包括稻草秸秆、土壤、蔬菜叶、麸皮;所述稻草秸秆、土壤、蔬菜叶、麸皮的质量比为15∶12∶5∶12~30∶27∶8∶5。上述的方法,进一步改进的,所述稻草秸秆的长度为10mm~20mm;所述稻草秸秆为风干稻草秸秆;所述土壤为过60目~100筛的土壤;所述蔬菜的长度为10mm~20mm;所述蔬菜为风干蔬菜;所述麸皮为风干麸皮。上述的方法,进一步改进的,所述堆肥过程中混合物的初始含水率为55%~65%,初始碳氮比为25∶1~30∶1。上述的方法,进一步改进的,所述堆肥在外层包裹有保温装置的堆肥容器中进行;所述堆肥容器的盖子上设有5个通孔;所述堆肥过程中,前两个星期内每天翻堆一次,之后每个星期翻堆一次;所述堆肥过程的持续时间为2~3个月。与现有技术相比,本专利技术的优点在于:(1)本专利技术提供了一种利用铁氧化物纳米材料降低堆肥过程中氮素损失并提高堆肥产品肥效的方法,通过将铁氧化物纳米材料与堆肥原料混合,对所得混合物进行堆肥,即可实现降低堆肥过程中氮素损失并提高堆肥产品肥效。本专利技术中,通过添加铁氧化物纳米材料,降低氨氧化细菌和古菌功能基因丰度,其中添加氧化铁纳米材料之后,氨氧化细菌数量从空白对照组平均值为4.14×109拷贝数/kg堆肥干样降低到2.30×108拷贝数/kg堆肥干样,氨氧化古菌从2.15×108拷贝数/kg堆肥干样降低到9.32×107拷贝数/kg堆肥干样;添加四氧化三铁之后,氨氧化细菌降低到5.61×108拷贝数/kg堆肥干样,氨氧化古菌降低到1.68×108拷贝数/kg堆肥干样,从而使得氨氧化过程受阻,因此在堆肥过程中可以保留更多的NH4+-N(堆肥结束时,对照组、氧化铁纳米材料组以及四氧化三铁纳米材料组中NH4+-N含量分别为662.79mg/kg堆肥干样、846.42mg/kg堆肥干样、682.09mg/kg堆肥干样)及更多的矿物质氮(堆肥结束时,对照组、氧化铁纳米材料组以及四氧化三铁纳米材料组中矿物质氮含量分别为782.67mg/kg堆肥干样、916.16mg/kg堆肥干样、778.09mg/kg堆肥干样),从而提高堆肥产品肥效;同时通过添加铁氧化物纳米材料,使硝化作用受阻,此时堆体中NO3--N含量降低(其中对照组、氧化铁纳米材料组以及四氧化三铁纳米材料组中平均NO3--N含量分别为150.32mg/kg堆肥干样、128.00mg/kg堆肥干样、106.49mg/kg堆肥干样),这不利于反硝化作用,从而可以降低因反硝化作用带来的氮素损失(堆肥结束时,对照组、氧化铁纳米材料组以及四氧化三铁纳米材料组中氮素损失分别为40.2%、26.7%、32.1%)。本专利技术利用铁氧化物纳米材料降低堆肥过程中氮素损失并提高堆肥产品肥效的方法,既能够有效降低堆肥过程中的氮素损失,又能够提高堆肥产品的肥效,具有工艺简单、操作方便、处理效率高、处理效果好等优点,适合于大规模制备堆肥产品,对于提高堆肥产品的应用价值和应用范围具有十分重要的意义。(2)本专利技术方法中,所用铁氧化物纳米材料的制备方法具有工艺简单、制作迅速等优点,适合于大规模制备,便于工业化利用。附图说明为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。图1为本专利技术实施例1中制得的α-Fe2O3纳米材料的透射电镜图。图2为本专利技术实施例1中制得的Fe3O4纳米材料的透射电镜图。图3为本专利技术实施例1的堆肥过程中总氮损失的变化趋势图。图4为本专利技术实施例1的堆肥过程中NH4+-N含量的变化趋势图。图5为本专利技术实施例1的堆肥过程中NO3--N含量的变化趋势图。图6为本专利技术实施例1的堆肥过程中矿物质氮含量的变化趋势图。图7为本专利技术实施例1的堆肥过程中氨氧化细菌及氨氧化古菌功能基因的平均丰度图。具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用铁氧化物纳米材料降低堆肥过程中氮素损失并提高堆肥产品肥效的方法,其特征在于,包括以下步骤:将铁氧化物纳米材料与堆肥原料混合,对所得混合物进行堆肥。

【技术特征摘要】
1.一种利用铁氧化物纳米材料降低堆肥过程中氮素损失并提高堆肥产品肥效的方法,其特征在于,包括以下步骤:将铁氧化物纳米材料与堆肥原料混合,对所得混合物进行堆肥。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述铁氧化物纳米材料为α-Fe2O3纳米材料或Fe3O4纳米材料。3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述α-Fe2O3纳米材料的制备方法,包括以下步骤:将Fe3+溶液滴加到沸腾的超纯水中,搅拌,待滴加完成后冷却,纯化,得到α-Fe2O3纳米材料。4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述α-Fe2O3纳米材料的制备方法中,所述Fe3+溶液与超纯水的体积比为2∶25~4∶25;所述Fe3+溶液为Fe(NO3)3·9H2O溶液;所述Fe3+溶液的浓度为1M~2M;所述搅拌在转速为1000r/min~2000r/min下进行;所述冷却的时间为12h~24h;所述纯化采用的是纤维素透析袋。5.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述Fe3O4纳米材料的制备方法,包括以下步骤:将FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O的混合溶液加热至85℃~95℃,加入氢氧化铵溶液,搅拌,清洗搅拌所得固体物质,得到Fe3O4纳米材料。6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述Fe3O4纳米材料的制备方法中,FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O的混合溶液与氢氧...

【专利技术属性】
技术研发人员:张立华曾光明董浩然张嘉超陈耀宁袁玉洁
申请(专利权)人:湖南大学
类型:发明
国别省市:湖南,43

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