超微秸秆炭基缓释复混肥及其制备方法技术

本发明专利技术所设计的超微秸秆炭基缓释复混肥，该复混肥由以下重量份的原料组成：超微水稻秸秆5～8份、超微棉花秸秆5～8份、超微水稻秸秆生物炭15～20份、超微棉花秸秆生物炭15～20份、腐殖酸5～10份、尿素3～6份、碳酸铵15～20份、磷酸氢二钾20～25份、玉米淀粉2～4份、膨润土2～4份和水5～15份；本发明专利技术的超微秸秆炭基复混肥中N、P、K和有机质含量丰富，含有大量活性含氧官能团，有利于微生物细胞的黏附。超微秸秆炭基复混肥施用到土壤中，受潮后缓慢裂解，释放里面的营养元素，同时，超微秸秆生物炭具有良好的吸附营养元素的能力，使其不至于流失过快，达到缓释施肥的目的，提高肥料利用率。

Superfine Straw Carbon-based Sustained Release Compound Fertilizer and Its Preparation Method

The ultra-micro straw carbon-based slow-release compound fertilizer designed by the invention consists of the following weight components: 5-8 parts of Ultra-micro rice straw, 5-8 parts of Ultra-micro cotton straw, 15-20 parts of Ultra-micro rice straw biochar, 15-20 parts of Ultra-micro cotton straw biochar, 5-10 parts of humic acid, 3-6 parts of urea, 15-20 parts of ammonium carbonate, 20-25 parts of dipotassium phosphate, 2-4 parts of corn starch. The ultra-fine straw carbon-based compound fertilizer contains abundant N, P, K and organic matter, contains a large number of active oxygen-containing functional groups, and is conducive to the adhesion of microbial cells. Ultra-micro straw carbon-based compound fertilizer is applied to soil, which slowly cracks after being wetted and releases nutrient elements. At the same time, ultra-micro straw biochar has good ability to absorb nutrient elements, so that it does not lose too fast, so as to achieve the purpose of slow-release fertilization and improve the utilization rate of fertilizer.

【技术实现步骤摘要】
超微秸秆炭基缓释复混肥及其制备方法
本专利技术涉及生物质炭基肥的工艺
，具体涉及一种超微秸秆炭基缓释复混肥及其制备方法。技术背景炭基缓释复混肥是一种以生物质炭为基质，添加有机质或无机质配制而成的肥料，是指生物质炭与有机无机复混肥合理配伍从而形成的生态环保型肥料。我国秸秆资源丰富，每年作物秸秆的可收集资源量为8.42亿吨。秸秆中的纤维素、半纤维素和木质素含量丰富，在一定的条件下，可以起到一定的粘结作用。秸秆生物炭中的C元素含量大约为50～60％，还含有N、P和K等植物必需的营养元素，因此，秸秆和秸秆生物炭是制备生物炭基缓释复混肥的重要原料。秸秆生物炭基缓释复混肥可以补充植物所需的C元素和有机质，改善土壤的团粒结构，平衡土壤中的盐和水分，提高肥料利用率。目前，炭基缓释复混肥中的粘结剂一般直接采用无机粘结剂，例如高岭土、膨润土等，这样会大大增加缓释肥中的非营养物质。秸秆木质纤维含量丰富，是较好的纤维类粘结剂，加入秸秆作为粘结剂，可以在一定程度上增加复混肥中的有机质含量，降低无机粘结剂的使用量。同时，目前炭基缓释复混肥中的生物炭，一般是普通粉碎的生物质在惰性气体中进行制备的，绝氧环境中制备的普通粉碎的生物炭的比表面积相对较小，表面活性含氧官能团较少，吸附能力和离子交换能力较弱，且芳香杂环结构非常丰富，容易影响生物炭对肥料的吸附和缓释性能，还不利于微生物细胞的黏附。而微氧环境制备的超微秸秆生物炭正好可以克服这些缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供一种超微秸秆炭基缓释复混肥及其制备方法，本专利技术的超微秸秆炭基复混肥为具有一定缓释效果的肥料，超微秸秆炭基复混肥施用到土壤中，受潮后缓慢裂解，释放里面的营养元素，同时，超微秸秆生物炭具有吸附营养元素的能力，使其不至于流失过快，达到缓释施肥的目的，节省和提高肥料利用率。为实现此目的，本专利技术所设计的一种超微秸秆炭基缓释复混肥，其特征在于，该复混肥由以下重量份的原料组成：超微水稻秸秆5～8份、超微棉花秸秆5～8份、超微水稻秸秆生物炭15～20份、超微棉花秸秆生物炭15～20份、腐殖酸5～10份、尿素3～6份、碳酸铵15～20份、磷酸氢二钾20～25份、玉米淀粉2～4份、膨润土2～4份和水5～15份；所述超微水稻秸秆的粒度为1～50um，超微棉花秸秆的粒度为1～50um，超微水稻秸秆生物炭的粒度为0.01～30um，所述超微棉花秸秆生物炭的粒度为0.01～30um。一种超微秸秆炭基缓释复混肥的制备方法，它包括以下步骤：步骤1：将水稻秸秆和棉花秸秆在100～110℃的烘箱中，烘3～4小时后，将水稻秸秆和棉花秸秆粗粉至长度为1～3cm，再通过115～125目筛进行细粉；步骤2：将能通过115～125目筛的细粉水稻秸秆和细粉棉花秸秆，放在管式炉中，在氮气保护下，采用150～200℃烘焙0.5～1小时；步骤3：将烘焙后的细粉水稻秸秆和细粉棉花秸秆置于高能纳米冲击磨中，粉碎1～3小时，最后得到粒度为1～50um的超微水稻秸秆和超微棉花秸秆；步骤4：将上述粒度为1～50um的超微水稻秸秆和超微棉花秸秆置于管式炉中，在氮气保护下进行炭化，炭化温度为450～550℃，升温速率为10～20℃/min，保温时间为30～60min。保温过程中通入1次氮气和氧气的混合气，制造微氧环境，从而得到粒度为0.01～30um的超微水稻秸秆生物炭和超微棉花秸秆生物炭；步骤5：按以下重量份的原料混合成混合粘结剂：所述超微水稻秸秆5～8份、超微棉花秸秆5～8份、玉米淀粉2～4份和膨润土2～4份；步骤6：按以下重量份的原料进行混合制备炭基缓释复混肥：超微水稻秸秆生物炭15～20份、超微棉花秸秆生物炭15～20份、腐殖酸5～10份、尿素3～6份、碳酸铵15～20份、磷酸氢二钾20～25份，然后加入步骤5中得到的混合粘结剂，再加入水5～15份进行混合，混合后挤压制成超微秸秆炭基缓释复混肥。本专利技术中秸秆经过150～200℃烘焙后，秸秆中的具有热力学运动的自由水可以完全去掉，经磨介质的相互摩擦后，更容易破碎，烘焙能大大降低超微粉碎秸秆时的能耗。超微粉碎后的秸秆维管束结构被破坏，纤维素晶型转变，暴露出纤维素、半纤维素和木质素，且可溶性的碳水化合物显著增加。木质素被认为是生物质固有的最好的内在黏结剂，半纤维素在一定的储藏和水解后可以转化为木质素，达到黏合剂的作用，纤维素成为黏合“骨架”，可提高成型颗粒的强度。当超微秸秆温度达到70～100℃，暴露的木质素就开始软化，并有一定的黏度。当超微粉碎秸秆达到150℃以上时，木质素呈熔融状，黏度变高，施加一定的外力，可使木质素与暴露的纤维素紧密粘结，使体积大量减少，密度显著增加。取消外力后，由于非弹性的纤维分子间的相互缠绕，其仍能保持给定形状，冷却后强度进一步增加。合理控制秸秆热解的炭化温度、升温速率、保温时间等反应条件，可以提高秸秆的热解炭化效率，生产出品质好、营养丰富的生物炭产品，炭化过程中的微氧环境可以增加超微秸秆生物炭的比表面积，增加生物炭的活性含氧官能团，降低生物炭的芳香杂环结构，增强吸附和缓释性能。生物炭是秸秆热解炭化后的稳定性碳物质，具有一定的吸附能力，生物炭的碳含量极其丰富，富含微孔，孔洞结构十分容易聚集营养物质和有益微生物。秸秆和生物炭中的C、N、P、K等是肥料化利用中重要的营养元素，可以补充土壤的有机物含量，提高土壤肥力，减少对炭密集肥料的需求。超微秸秆经炭化后，比表面积和表面活性增大，静电作用或表面粘度也增大。粒度较大或粒度不均匀时，成型造粒机能耗大、产量小，成型颗粒的密度、强度低，表面易产生裂纹。超微秸秆和生物炭粒径分布范围窄，均一度高，颗粒间以分子间的范德华力、静电引力、毛细管力黏结为主，可压缩性变大，填充程度也变大，压缩颗粒密度、强度也大，表面光滑。超微秸秆生物炭，加入有机和无机肥料物质，再加入一定量纤维素类黏结剂，压缩性能得到改善，成型部件的磨损和能耗明显降低。因此，开发超微秸秆作粘结剂，优化热解反应条件，严控保温过程中的微氧环境，合理调控超微生物炭的表面结构和营养特性，以促进超微秸秆炭基复混肥的成型造粒与高值化利用，达到节约能源和保护环境的目的。本专利技术的超微秸秆炭基复混肥要做到合理施用，成为具有一定缓释效果的肥料，超微秸秆炭基复混肥施用到土壤中，受潮后缓慢裂解，释放里面的营养元素，同时，超微秸秆生物炭具有吸附营养元素的能力，使其不至于流失过快，达到缓释施肥的目的，节省和提高肥料利用率。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术制备的超微水稻和棉花秸秆，是细粉秸秆经过150～200℃烘焙后，秸秆中的具有热力学运动的自由水可以完全去掉，经磨介质的相互摩擦后，更容易破碎，烘焙能大大降低超微粉碎秸秆时的能耗。2、本专利技术的超微水稻和棉花秸秆作为粘结剂，超微粉碎后的秸秆维管束结构被破坏，纤维素晶型转变，暴露出纤维素、半纤维素和木质素，且可溶性的碳水化合物显著增加，超微水稻和棉花秸秆的粘结性增强。3、在热解保温过程中，通入1次氮气和氧气的混合气，保温中的微氧环境可以增加超微秸秆生物炭的比表面积和活性含氧官能团含量，减少生物炭的芳香杂环结构，增强超微秸秆生物炭的吸附和缓释性能。4、相比于普通粒度，超微秸秆和生物炭的比表面积和活性含氧官能团增加，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超微秸秆炭基缓释复混肥，其特征在于，该复混肥由以下重量份的原料组成：超微水稻秸秆5～8份、超微棉花秸秆5～8份、超微水稻秸秆生物炭15～20份、超微棉花秸秆生物炭15～20份、腐殖酸5～10份、尿素3～6份、碳酸铵15～20份、磷酸氢二钾20～25份、玉米淀粉2～4份、膨润土2～4份和水5～15份；所述超微水稻秸秆的粒度为1～50um，超微棉花秸秆的粒度为1～50um，超微水稻秸秆生物炭的粒度为0.01～30um，所述超微棉花秸秆生物炭的粒度为0.01～30um。

【技术特征摘要】
1.一种超微秸秆炭基缓释复混肥，其特征在于，该复混肥由以下重量份的原料组成：超微水稻秸秆5～8份、超微棉花秸秆5～8份、超微水稻秸秆生物炭15～20份、超微棉花秸秆生物炭15～20份、腐殖酸5～10份、尿素3～6份、碳酸铵15～20份、磷酸氢二钾20～25份、玉米淀粉2～4份、膨润土2～4份和水5～15份；所述超微水稻秸秆的粒度为1～50um，超微棉花秸秆的粒度为1～50um，超微水稻秸秆生物炭的粒度为0.01～30um，所述超微棉花秸秆生物炭的粒度为0.01～30um。2.一种超微秸秆炭基缓释复混肥的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：步骤1：将水稻秸秆和棉花秸秆在100～110℃的烘箱中，烘3～4小时后，将水稻秸秆和棉花秸秆粗粉至长度为1～3cm，再通过115～125目筛进行细粉；步骤2：将能通过115～125目筛的细粉水稻秸秆和细粉棉花秸秆，放在管式炉中，在氮气保护下，采用150～200℃烘焙0.5～1小时；步骤3：将烘焙后的细粉水稻秸秆和细粉棉花秸秆置于高能纳米冲击磨中，粉碎1～3小时，最后得到粒度为1～50um的超微水稻秸秆和超微棉花秸秆；步骤4：将上述粒度为1～50um的超微水稻秸秆和超微棉花秸秆置于管式炉中，在氮气保护下进行炭化，得到粒度为0.01～30um的超微水稻秸秆生物炭和超微棉花秸秆生物炭；步骤5：按以下重量份的原料混合成混合粘结剂：所述超微水稻秸秆5～8份、超微棉花秸秆5～8份、玉米淀粉2～4份和膨润土2～4份；步...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛文娟，刘朝霞，刘佳政，袁巧霞，牛智有，刘鸣，周檀，张诗麟，洪自宇，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42