一种微生物友好型生物质肥料包膜剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种微生物友好型生物质肥料包膜剂及其制备方法，涉及生物质利用及肥料开发领域，本发明专利技术中由下述重量份的原料制备而成：木质素5‑10，增黏剂5‑10，生物质热解改性重质油80‑95，本发明专利技术以木质纤维素为原料，经热解制备生物油用作肥料包膜剂，具有原料廉价易得、过程简单易放大、产品品质易于调控、产品环境友好、易于降解等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种微生物友好型生物质肥料包膜剂及其制备方法
本专利技术涉及生物质利用及肥料开发领域，尤其涉及一种微生物友好型生物质肥料包膜剂及其制备方法。
技术介绍
现代农业生产离不开肥料的使用，我国是一个农业大国，也是全球最大的化肥生产和消费国。然而，我国肥料施用过程中普遍存在以下突出问题：1)肥料利用率低，如尿素等氮肥，其利用率仅为30-40％，远远低于世界平均水平。2)肥效短、损失快、作业成本高；肥料在施入田地之后迅速释放和转化，导致作物初期养分过剩而后期养分不足，需要频繁施肥，浪费了资源且增加了作业成本。3)环境污染严重；频繁过量施肥使得大量养分渗入地下水，并进入河流、湖泊，严重污染了水体，导致赤潮时常发生。对肥料进行复配和包裹，是控制其释放速度、提高其肥效的一种有效方法。然而，当前包膜肥普遍存在生产成本较高、包膜材料不易降解、生物相容性差、污染环境、肥料颗粒易破碎等问题，严重影响了其实际使用效果，并制约了其大规模应用。因此，开发新型包膜剂用于包膜肥迫在眉睫。我国年产农林废弃木质纤维素资源达10亿多吨，除少部分资源用作还田、饲料及制备生物质基材料和燃料外，大部分被随意丢弃或焚烧，不仅造成了巨大的资源浪费，而且带来了严重的环境污染。据报道，农林废弃物超过工业废弃物，已成为我国农业面源污染的首要因素，其缺乏合理利用途径也已成为制约我国农业农村发展、生态环境治理、能源结构调整和大宗农用品可持续化制备的重要因素。秸秆、农产品加工废弃物(如谷壳、麦皮等)、园林废弃物等都属于木质纤维素资源，其来源广泛、价格低廉、易于获取。目前已有一些利用天然有机材料，如壳聚糖、木质素、淀粉为原料制作复合肥或包膜肥的报道。然而，这些方法大都属于简单的掺混，所制备出的复合包膜肥结构较差，肥效不理想。也有少量文献报道以天然有机材料为原料，经复杂化学修饰改性，以提高原料的黏结性和包裹性来制备包膜肥，但这些方法涉及的工艺较复杂，成本较高，推广性较差。以木质纤维素材料为原料，开发简单的处理或改性方法，将其制备成包膜剂用于各类包膜肥的制备，不仅能充分利用自然资源，而且能解决我国农业生产和肥料施用过程中存在的一系列严重问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种微生物友好型生物质肥料包膜剂及其制备方法，以解决上述技术问题。本专利技术为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：一种微生物友好型生物质肥料包膜剂，其特征在于，由下述重量份的原料制备而成：木质素5-10，增黏剂5-10，生物质热解改性重质油80-95。优选的，所述木质素为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、碱性木质素、酶解木质素中的一种或以上几种物质任意质量比例的混合物。优选的，所述增黏剂为羧甲基纤维素、羧甲基淀粉或二者任意质量比例的混合物。优选的，所述生物质热解改性重质油为木质纤维素材料在一定的条件下，隔绝氧气热解液化所得到的生物油组分，所述生物油组分是生物油经过与低碳醇酯化、二氯甲烷萃取、蒸馏后制备获得的重质、中性、疏水性物质。优选的，所述木质纤维素材料为玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、麦壳、稻壳、园林加工废弃物中的一种或以上物质任意比例的混合。优选的，所述生物油是指木质纤维素热解生成的挥发分经冷凝得到的油状物质，所述油状物质中含有酸、醛、酮、酯、醇等化合物，所述用于与生物进行酯化反应的低碳醇包括甲醇、乙醇、丙醇或以上三种物质的混合物。一种微生物友好型生物质肥料包膜剂的制备方法，包括以下步骤：(1)基于低碳醇与生物油的体积比为0.5-1，酯化温度为80℃-120℃,酯化时间为40min-60min，来发生酯化反应，以及二氯甲烷与生物油的体积比为1-1.5条件下进行萃取操作，再者是二氯甲烷萃取后，取与二氯甲烷混溶的油相在100℃-160℃的条件下进行蒸馏，除去其中的易挥发份，留取生物油中的重质疏水性组分；(2)将木质素、增黏剂分散于生物质热解改性重质油中形成混合物；(3)将步骤(2)所得混合物置于高温、高压反应釜中加热至130℃-160℃，在上述温度条件下以100-150r/min的转速进行搅拌；(4)基于步骤(3)搅拌条件下，反应30min-60min后冷却，得到黑色、光亮、粘稠、沥青状的物质即为包膜剂。木质素是木质纤维素三大组分之一，是除纤维素外自然界最丰富的可再生资源，也是自然界最丰富的芳香性资源。日常生活及生产中的木质素主要来自制浆造纸工业，其作为废弃物每年全球产量超过6000万吨，仅有2％左右被高值利用，大部分被浪费，造成了严重的环境污染。木质素是天然的胶质物质，其分子上的酚羟基和醇羟基能和钾等金属离子形成螯合物，提升肥料的稳定性和缓释性。木质素具有两亲性和较好的黏结性，作为包膜剂组分能强化颗粒肥的物理结构、提升其稳定性。此外，木质素对生物友好，其本身可缓慢降解成为有机肥。增黏剂为羧甲基纤维素、羧甲基淀粉或二者混合物。纤维素是木质纤维素三大组成成份之一，是由葡萄糖通过β-1，4糖苷键链接而成的线性高聚物。纤维素是自然界含量最多、分布最广的多糖，其分子结构内存在大量的羟基。纤维素经醚化改性后，可制得羧甲基纤维素。羧甲基纤维素(CMC)水溶性较好，具有增稠、黏接、水分保持、乳化、成膜等作用，被称为工业味精，广泛应用于石油开采、纺织、造纸等行业，是最重要的纤维素材料之一。本专利技术将羧甲基纤维素用作肥料粘结剂，增强颗粒肥的稳定性。羧甲基纤维素来自于木质纤维素，具有较好的生物相容性，易于被微生物降解，且其自身可成为有机肥。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过利用甲醇、乙醇、丙醇或其混合物与生物油中的酸类物质发生酯化反应，提高生物油的pH值、降低其疏水性及生物毒性。本专利技术所涉及的酯化反应依靠生物油中的酸类物质自催化引发，无需添加额外催化剂，这也是本专利技术的一大优势。2、本专利技术中在酯化反应后，通过向生物油中添加非极性溶剂二氯甲烷，促使生物油中的水等极性物质与油状物质分层，便于除去上层极性物质，下层物质为二氯甲烷和木质纤维素裂解生成的大分子片段及其衍生物(如酚类单体或二聚体等)，之后通过简单的蒸馏可除去二氯甲烷及生物油中非极性小分子物质，除回收二氯甲烷溶剂及其溶解物可循环用于上一步的萃取操作，降低生产成本。3、本专利技术在蒸馏后剩下的物质为生物质热解重质油组分，其极性低、酸值低、分子量大、粘度大、对环境和微生物友好，且具有一定的黏结性和较好的成膜性，该生物质热解重质油组分作为肥料包膜剂使用能够在一定程度上提高肥料抗雨水侵淋、浸渍能力，提高包膜肥的稳定性，实现颗粒肥料根据作物需肥特性逐渐释放氮、钾及生物菌剂，满足农作物整个生育期对各类营养元素的需求，减少有效成分的损失，提高肥料利用率、降低环境污染。4、本专利技术以木质纤维素为原料，经热解制备生物油用作肥料包膜剂，具有原料廉价易得、过程简单易放大、产品品质易于调控、产品环境友好、易于降解等优点。5、本专利技术所涉及的肥料包膜剂制备方法具有操作简单、易于工业放大等优点，所制备出的产品具有廉价、性能优异、结构稳定、绿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微生物友好型生物质肥料包膜剂，其特征在于，由下述重量份的原料制备而成：/n木质素5-10，增黏剂5-10，生物质热解改性重质油80-95。/n

【技术特征摘要】
1.一种微生物友好型生物质肥料包膜剂，其特征在于，由下述重量份的原料制备而成：
木质素5-10，增黏剂5-10，生物质热解改性重质油80-95。


2.根据权利要求1所述的一种微生物友好型生物质肥料包膜剂，其特征在于：所述木质素为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、碱性木质素、酶解木质素中的一种或以上几种物质任意质量比例的混合物。


3.根据权利要求1所述的一种微生物友好型生物质肥料包膜剂，其特征在于：所述增黏剂为羧甲基纤维素、羧甲基淀粉或二者任意质量比例的混合物。


4.根据权利要求1所述的一种微生物友好型生物质肥料包膜剂，其特征在于：所述生物质热解改性重质油为木质纤维素材料在一定的条件下，隔绝氧气热解液化所得到的生物油组分，所述生物油组分是生物油经过与低碳醇酯化、二氯甲烷萃取、蒸馏后制备获得的重质、中性、疏水性物质。


5.根据权利要求4所述的一种微生物友好型生物质肥料包膜剂，其特征在于：所述木质纤维素材料为玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、纸壳、麦壳、稻壳、园林加工废弃物中的一种或以上物质任意比例的混合。

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【专利技术属性】
技术研发人员：温博婷，安保军，崔宗均，袁旭峰，郭铭男，王巍巍，
申请(专利权)人：山佳经典北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11