[发明专利]一种基于农业固废增值利用的环保缓释磷肥及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于农业固废增值利用的环保缓释磷肥及其制备方法，属于农林废弃物资源化利用以及绿色农业技术领域。本发明以农作物秸秆、草木灰、鸡蛋壳、鸡毛为原料，通过微波辅助热解、活化扩孔，表面功能修饰制备环保型改性多孔生物炭，最后将改性多孔生物炭与富磷废液富集即可实现环保缓释磷肥的制备。本发明原料广泛可再生，廉价易得、工艺简单、耗时短、能够很好地实现“变废为宝，以废治废”；所得环保缓释磷肥有效磷含量不低于12.74％，在28d内有效磷的累积释放率不高于70％，能够改良土壤、避免肥力受雨水侵蚀而快速流失、缓释时间长。

技术领域

本发明涉及农林废弃物资源化利用以及绿色农业的技术领域，具体涉及一种基于农业固废增值利用的环保缓释磷肥及其制备方法。

背景技术

当前水体磷污染问题日益突出，大量磷素由土壤侵蚀、农业径流、生活污水和工业废水进入河流和湖泊，造成了生态环境破坏和用水安全隐患。缓释肥料一直被认为是解决传统水溶性肥料引起的各种环境问题的有效方案，使用缓释肥料，降低了肥料用量要求，提高了利用效率。利用生物炭作为缓释肥料的基质已成为制备缓释肥的有效方法，我国每年农作物秸秆废弃达到7亿多吨，分布广泛，资源丰富，是制备生物炭的良好原料。生物炭是生物质原料在无氧或贫氧条件下热解炭化得到的多孔芳构化炭质材料，具有良好的吸附性能，吸附法除磷占地面积小、工艺简单、操作方便，且以生物炭为吸附剂回收磷素，将负载磷后的生物炭作为炭基缓释肥料，不仅能“以废治废”、节肥改土，同时还增加农业碳汇，实现碳、磷的生态循环，有效缓解了环境污染问题。

然而，采用普通热解炭化技术制备的生物炭孔隙结构匮乏，表面活性位点较少，导致生物炭用于磷回收存在吸附负载容量偏小、缓释性能不好等技术瓶颈，限制了该技术的推广应用。中国专利授权公告号为CN 106006819 B、授权公告日为2017.04.19的发明公开了一种含磷废水中除磷并生产缓释型炭基磷肥的方法。该方法将林木废弃物与镁盐混合在400～700℃热解1～3h得到镁改性生物炭，然后投加到含磷废水中烘干得到缓释型炭基磷肥。这种方法采用了镁盐改性炭，证明了镁改性生物炭吸附磷的效果优秀，但是它们只考虑了表面活性位点增强磷吸附性能的影响，却忽略孔隙结构的作用，孔隙结构中的大中孔在吸附缓释过程中起输送通道作用，微孔起吸附养分离子作用，它们将影响生物炭对养分离子的吸附负载容量以及阻碍养分吸附、释放过程的通畅性。最终导致养分离子不能顺利进入生物炭内部被吸附或无法通过孔道缓慢释放，在植物的生长期内无法提供营养而失去了肥料的功效。柳等在《热解温度对松树锯末炭吸附硝基苯酚的响应研究》中通过改变热解温度达到调控生物炭比表面积(最高达到432.7m²/g)和孔体积的作用，从而起到改变吸附量的效果，并没有考虑改变生物炭表面性质，仅仅依靠热解温度变化调控生物炭孔隙，改变生物炭的吸附性能是有限的。

为解决上述不足，采用“炭化扩孔-表面修饰”两步协同调控生物炭，对生物炭进行品质调控以及吸附缓释性能评价。以增强生物炭对磷的吸附容量为起点，以将负载磷的生物炭用作缓释肥为落脚点。本发明以农业废弃生物质及环保物质为原料，在实现生物炭上述价值的同时，也可促进农业废弃物的资源化利用，对减小环境压力，降低环境污染具有一定的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于农业固废增值利用的环保缓释磷肥的制备方法，以及提供一种通过该制备方法得到的环保缓释磷肥。本发明充分利用了农作物秸秆为原料，以鸡蛋壳和鸡毛为改性剂，以微波加热的方式来提供热量，首先进行炭化扩孔使生物炭具有多孔结构，再掺杂改性剂调控生物炭表面性质，使生物炭同时具有空间孔隙结构和表面活性位点。在提高磷吸附量的同时又能利用分级孔结构完成吸附、转运和释放过程，达到养分缓释效果。并且利用微波加热来提供所需热量，可以大幅度缩短炭化和修饰时间，在材料内部产生热量使生物炭受热更加均匀，制备出吸附缓释性能优良的环保缓释磷肥。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于农业固废增值利用的环保缓释磷肥的制备方法，包括如下步骤：

(1)将农作物秸秆、鸡蛋壳和鸡毛粉碎。