一种有效降低N2O排放的环保友好型包膜尿素制造技术

本发明专利技术公开了一种有效降低N2O排放的环保友好型包膜尿素。所述包膜尿素由包膜材料、硝化抑制剂和粘结剂组成，其中包膜材料选自粘土矿物和生物炭。其中，利用膨润土和水稻秸秆生物炭进行复配效果最佳。生物炭主要调节土壤结构，补充有机质，提供养分，为微生物创造良好环境。膨润土发挥其粘结性和吸水膨胀性能，可以实现同时固持水分和养分这一目的。结合硝化抑制剂能最大限度的降低氮素淋溶损失和N2O排放，将氮素控制在有效态。通过实验证实，在模拟南方持续暴雨条件下，本发明专利技术制备的包膜尿素的效果大大优于常规尿素，可以降低67%的N2O排放量。非暴雨条件下，本发明专利技术制备的包膜尿素相对常规尿素平均降低N2O排放量77.83%。

【技术实现步骤摘要】
一种有效降低N2O排放的环保友好型包膜尿素
本专利技术属于农用肥料领域，具体涉及一种有效降低N2O排放的环保友好型包膜尿素。
技术介绍
增加氮肥投入是农业领域最为直接、有效的增产措施。常规尿素水溶性强，易分解易损失，肥料利用率低。在湿润的土壤环境中常规尿素数小时便全部溶解，一周左右全部分解，以铵态氮形式存在于土壤中，铵态氮又在硝化细菌作用下，发生硝化作用变成硝态氮(NO3-N，NO2等)，造成硝氮淋失和N2O排放。研究表明在热带亚热带多雨湿润区氮素平均淋失率为25.5％，通过淋溶和径流损失的氮素约占施氮量的30％-55％。部分地区农田土壤中气态损失氮素占总氮素损失量的30％-45％，致使肥料中能被植物利用的氮仅为30％～40％。这不仅造成资源浪费还会引起生态环境恶化。其中氨氮会造成养分流失，硝氮淋失会引起水体富营养化和地下水硝酸盐污染问题。另一方面单位分子N2O的增温潜势在100年时间尺度上为CO2的298倍，因此施氮导致的N2O排放还会加剧温室效应。包膜肥料是采用一定的技术和材料在普通化肥表面包裹控释材料，控制肥料在土壤中的释放速率，达到持久供应植物养分的目的。被认为是提高氮肥利用效率和作物产量的重要途径。包膜肥料通过其缓释性能提高土壤中铵态氮含量和土壤酶活性，通过调节土壤硝化-反硝化作用的相对强弱提高化肥利用率，降低硝态氮含量和N2O排放，减少因施氮引起的环境污染。影响包膜肥料养分释放的最主要因素是包膜材料本身的特点，包括材料的水溶性、透水性以及微生物降解性等，除此之外还要考虑肥料包覆膜的耐磨性、耐冲击性等。首先，有机聚合物包膜肥料的优点是控释效果好，但这些聚合物本身是难以降解的，且在生产过程中大多要用到有机溶剂，可能导致二次污染；其次，聚合物包膜肥料的成本过高，限制了其在生产上大规模应用。而环境友好、成本低廉型包膜材料主要集中在天然产物和一些水溶性的高分子聚合物上，如果胶、壳聚糖、聚乳酸、淀粉、木质素、聚乙烯醇等。在实际生产中通过单一生物降解材料做成的包膜肥料其控释效果并不理想，通常会用到多种包裹材料，工艺相对复杂。市面上的包膜尿素均没有考虑南方持续暴雨条件下包膜尿素的氮素淋溶损失性能和N2O排放规律。而暴雨极易导致土壤氮素淋溶损失，影响土壤温度，湿度，微生物和空气温度，从而影响土壤N2O排放。鉴于南方地区春夏季长期湿润多雨，研发长期暴雨条件下集降低土壤氮素流失和N2O排放于一体的包膜尿素是解决农田氮素面源污染的有效途径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种有效降低N2O排放的环保友好型包膜尿素。本专利技术所采取的技术方案是：一种环保友好型包膜尿素，该包膜尿素由包膜材料、硝化抑制剂和粘结剂组成，其中包膜材料选自粘土矿物和生物炭，粘土矿物包括膨润土、高岭土。优选的，高岭土的粒径为3-6μm，pH为4-5.5。优选的，膨润土为钠基纳米膨润土，粒径为10-15μm，pH为8-9。钠基纳米膨润土，其pH值高，分散性强，阳离子交换量高。吸水速度慢，但吸水率和膨胀倍数大，有较高的可塑性和较强的粘结性。优选的粘土矿物为钠基纳米膨润土。依据如下：(1)膨润土是以蒙脱石为主要成分的无机矿物，属2:1型粘土类胀缩性矿物，晶层之间结合松散，水分容易进入，具有较高的分散度和粘着性。(2)无机材料越细，比重越大，越有利于降低水分浸润速度。矿物粒度越细其包膜肥料表面整齐度增加，肥料颗粒的比表面越小，可以减缓水分浸润速度。(3)无机材料比重越大，越有利于包膜过程中固体粉末颗粒的紧密排列和粘性高聚物从颗粒缝隙渗出，使得固体颗粒与粘性高聚物充分压实，进而减小膜的孔隙度和孔径大小，降低水分浸润速度，缓解养分释放。(4)钠基纳米膨润土的pH值偏碱性，更适合南方严重酸化的土壤。本专利技术实验证明：相对高岭土较高的持水机能和固持NH4+-N离子作用，而膨润土不仅具有较高的养分固定和离子交换性能，而且具有较强的缓释性能，更有利于吸附NO3-N，从而有效降低硝氮损失。优选的，生物炭为秸秆生物炭，粒径为20-25μm，pH为8-9，包括水稻秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭、玉米秸秆生物炭。优选的，秸秆生物炭是利用秸秆在400-500℃条件下厌氧热解1.8-2.5h制备得到的，利用此方法可以制备得到的秸秆生物炭控制在粒径为20-25μm，pH为8-9，呈碱性。生物炭是生物有机材料(生物质)在缺氧或绝氧环境中，经高温热裂解后生成的固态产物。生物炭富含微孔，不但可以补充土壤有机质含量，还可以有效地持留土壤水分，提高土壤肥力。本专利技术优选水稻秸秆生物炭。水稻是南方地区广为种植的粮食作物，收割后的水稻秸秆通常进行焚烧处理，既污染空气，又浪费资源。本专利技术技术就地取材利用南方地区丰富的废弃水稻秸秆作为资源制备包膜尿素，可实现污染减排和资源综合利用于一体。研究表明，水稻秸秆生物碳含有丰富的有机碳组分和无机矿物组分，随着裂解温度升高，生物碳中有机组分的含碳量逐渐升高、极性减弱、芳香性增强，而无机矿物组分的相对含量则不断增加；当裂解温度从300℃升至400℃时，比表面积突然增大(0.16到110m2·g-1)、微孔结构被打开。因此本专利技术优选水稻秸秆生物炭的制备温度为400-500℃，不仅可以获得较大的比表面积，而且可富含土壤养分。优选的，硝化抑制剂为二甲基吡唑磷酸盐，相对于硝化抑制剂双氰胺，二甲基吡唑磷酸盐硝化抑制剂所需含量低，抑制效果好。尿素中氮素折纯含量(简称氮素含量)的1％即可达到很好的抑制效果。优选的，二甲基吡唑磷酸盐为3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)。优选的，粘结剂为聚丙烯酸钠。聚丙烯酸钠具有亲水和疏水基团的高分子化合物，吸湿性极强。碱性时则粘性增大。具有极强的增稠保水功能。优选的，所述包膜尿素包括下述质量百分比的组分：膨润土20-30％，水稻秸秆生物炭20-30％，尿素40-60％；还需要添加含量为尿素中氮素折纯含量0.8-1.5％的二甲基吡唑磷酸盐，并利用质量百分比浓度为2-5％的聚丙烯酸钠溶液进行粘合。优选的，所述包膜尿素包括下述质量百分比的组分：膨润土25％，水稻秸秆生物炭25％，尿素50％；还需要添加含量为尿素中氮素折纯含量1％的二甲基吡唑磷酸盐，并利用质量百分比浓度为2％的聚丙烯酸钠溶液进行粘合。本专利技术利用膨润土和水稻秸秆生物炭进行复配作为包膜材料，生物炭主要调节土壤结构，补充有机质，提供养分，为微生物创造良好环境。膨润土发挥其粘结性和吸水膨胀性能。可以同时实现固持土壤水分和养分这一目的。结合硝化抑制剂能最大限度的降低氮素淋溶损失和N2O排放，将氮素控制在有效态。一种环保友好型包膜尿素的制备方法：筛选颗粒均匀的尿素颗粒放入转鼓包膜机中，使尿素颗粒在转鼓中滚动，利用喷枪向其表面分别喷洒粘结剂溶液和硝化抑制剂溶液，边喷洒边均匀撒施包膜材料，使颗粒尿素表面形成一层紧密的包裹层；继续进行包膜处理，直到粘结剂浸润包裹层，外表出现油亮光泽为止；取出包膜尿素，撒施少量粉末包膜材料，防止粘结；于45-55℃烘干后冷却得到环保友好型包膜尿素；其中包膜尿素中的各组分如上述任一项所述。本专利技术的适用性：本专利技术的环保友好型包膜尿素适用于高温多雨地区，特别适合高温多雨的南方地区。包膜尿素中的包膜材质有助于改善土壤物理环境，提高土壤pH，固持土壤养分，达到降低硝态氮淋失，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环保友好型包膜尿素，其特征在于：该包膜尿素由包膜材料、硝化抑制剂和粘结剂组成，其中包膜材料选自粘土矿物和生物炭，粘土矿物包括膨润土、高岭土。

【技术特征摘要】
1.一种环保友好型包膜尿素，其特征在于：该包膜尿素由包膜材料、硝化抑制剂和粘结剂组成，其中包膜材料选自粘土矿物和生物炭，粘土矿物包括膨润土、高岭土。2.根据权利要求1所述的包膜尿素，其特征在于：高岭土的粒径为3-6μm，pH为4-5.5。3.根据权利要求1所述的包膜尿素，其特征在于：膨润土为钠基纳米膨润土，粒径为10-15μm，pH为8-9。4.根据权利要求1所述的包膜尿素，其特征在于：生物炭为秸秆生物炭，粒径为20-25μm，pH为8-9，包括水稻秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭、玉米秸秆生物炭。5.根据权利要求4所述的包膜尿素，其特征在于：秸秆生物炭是利用秸秆在400-500℃条件下厌氧热解1.8-2.5h制备得到的。6.根据权利要求1所述的包膜尿素，其特征在于：硝化抑制剂为二甲基吡唑磷酸盐。7.根据权利要求1所述的包膜尿素，其特征在于：粘结剂为聚丙烯酸钠。8.根据权利要求1-7任一项所述的包膜尿素，其特征在于：所述包膜尿素包括下述质量百...

【专利技术属性】
技术研发人员：王思源，艾绍英，李盟军，宁建凤，姚建武，王荣辉，
申请(专利权)人：广东省农业科学院农业资源与环境研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44