[发明专利]一种水热炭基缓释氮肥的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及废弃生物质处理处置，属于环境保护与资源综合利用领域的固体废弃物资源化利用新技术，尤其适合于数量巨大的秸秆、畜禽粪便、厨余垃圾等废弃生物质的高附加值资源化利用。

背景技术

我国用了28年时间将粮食总产从1978年的3048亿公斤增至2006年的4900多亿公斤，但与此同时全国化肥用量却增加了4倍多，单位面积化肥施用量是法国的151％、德国的159％、美国的329％，而单产水平仅是这些国家的7－9成。不难看出，现有的粮食作物种植方式不仅生产成本高、资源浪费，而且对环境产生巨大影响。发展养分精准管理和高效利用技术，提高养分和肥料利用率，已成为一个亟待解决的问题。发展新型肥料是提高肥料利用率的一项关键措施，但我国目前新型肥料的市场占有率仍然较低，而且拥有自主知识产权并适合我国实际的新型肥料还较少。另外，集约化养殖场大量畜禽粪便随意弃置，农作物秸秆大量焚烧。出现一方面地力较低，一方面大量的废弃生物质不能还田的不和谐问题。建立新的地力培育模式，研发有机废弃物资源化回田技术，已成为培肥土壤、提高地力的重要突破口。

本发明以可再生的废弃生物质为原料制备环境友好新型高效肥料水热炭基缓释氮肥，在提高地力、实现肥料精准高效利用的同时也为大量废弃生物质找到了一条行之有效的高附加值利用技术。

发明内容

本发明针对我国土壤肥力低下、养分亏缺、退化严重，肥料过度使用等现状，结合我国废弃生物质资源丰富的优势，确立了一种以废弃生物质为原料制备水热炭基缓释氮肥的新工艺。具体工艺包括：废弃生物质一定条件下转化为水热炭，水热炭与化学氮肥按照一定的比例混合后干燥。

一种水热炭基缓释氮肥的制备方法，其特征在于：将废弃生物质通过水热炭化转化为水热炭，然后将水热炭与化学氮肥按照一定比例混合，制备得到所述的水热炭基缓释氮肥。

所述的水热炭化步骤为，首先将废弃生物质与水混合，进行水热炭化处理，制备成水热炭，废弃生物质干基重量与水的重量比为1:1-1:10。

所述的水热炭化处理步骤中，水热温度为180-220℃,水热处理时间为30-90min。

所述的水热炭与化学氮肥以1:1-10:1充分混合。

所述的废弃生物质为秸秆和畜禽粪便等，所述的化学肥料为硝酸铵以及磷酸铵等。

上述制备方法制备得到的水热炭基缓释氮肥。

由此得到的缓释氮肥可以实现肥料的缓慢释放，提高了肥料的利用效率。该工艺的制备效果受水热炭制备温度、水热炭制备时间、肥料的加入量等因素的影响。

本发明的优点如下：

生物质水热处理转化为水热炭。废弃生物质水热处理过程中，生物质中部分有机质的水解溶出使得水热炭具有孔结构，这为生物炭和硝酸铵等化学氮肥发生物理的吸附创造了条件；另外水热处理同时会在水热炭表面引入丰富的极性官能团(如酚羟基、羧基、醛基、内酯基等)。一方面，这些极性官能团可以通过与铵根发生配位螯合反应而实现其限域限速释放(铵根跟水热炭表面的可发生氢键、羧基配位等)。另一方面，极性官能团能够增强水热炭与土壤的界面作用，利于水热炭与土壤之间发生物质和能量的交换。

水热过程中废弃生物质(干基)与水的混合比例优选在1:1-1:10之间。水加入量太低会因为水热反应体系自生压力太小而导致生物质炭化不彻底，而太高的水加入量会导致水热处理过程的能耗大大增加。

水热处理的温度优选介于180度到220度之间，处理时间为30-90分钟。太低的温度和太短的时间会因生物质炭化反应不完全导致水热炭孔结构不发达和表面官能团不丰富；而太高的反应温度和太长的反应时间会使得生物质因过度的炭化反应导致水热炭产率太低、孔结构坍塌以及表面官能团的脱落。另外，优选条件下制备的水热炭中的碳元素的无定型化程度非常高，所以，进入土壤后水热炭中的高活性的无定型碳会快速转化为土壤中的有机质，提高土壤肥力。

水热炭与化学氮肥的混合比例在1:1-10:1之间。过低的氮肥由于氮肥跟水热炭之间强的相互作用造成养分的释放速率太低，而过高的化学氮肥加入量则存在缓释效果不明显而导致肥料释放速率太高。

本发明中废弃生物质可以为秸秆、畜禽粪便等，并且根据缓释的原理可以看出，本缓释氮肥的缓释效果不针对某一特定化学氮肥，即具有广谱高效的特点。另外，水热炭的加入不仅仅可以实现肥料的缓释效果，还可以直接通过增加土壤的透气性，有机质等提高土壤肥力。

下面结合说明书附图及实施方案进一步阐述本发明的内容。

附图说明

图1水热炭基缓释氮肥的生产工艺流程示意图。