[发明专利]一种碳氮联合固定剂及其制备方法和在制备有机肥中的应用

说明书

本发明公开了一种碳氮联合固定剂的制备方法，该制备方法包括：（1）将凹凸棒石与磷酸混合反应，直至基本无气泡产生，反应终点pH值控制在1~3；（2）反应结束后，凹凸棒石不经水洗，直接干燥，得到所述的碳氮联合固定剂。与现有技术相比，本发明所述方法制备的碳氮联合固定剂不仅保留了凹凸棒石良好的吸附性，而且利用其内部的纳米孔道形成无数的微反应器，将吸附的氨氮快速转化成微溶铵盐，彻底解决现有凹凸棒石基固氮剂稳定性差易解吸的问题，是一种优良的降低有机肥发酵有机碳、氮素损失的固定剂。

技术领域

本发明属于有机肥领域，具体涉及一种降低有机肥发酵过程中有机碳和氮素损失的碳氮联合固定剂，及其制备方法。

背景技术

畜禽粪便、农作物秸秆等农业有机废弃物中富含氮、磷、钾等大量营养元素和钙、铜、铁、锌、锰等中微量营养元素，具有较高的肥料利用价值。好氧堆肥技术能有效杀灭病原菌，实现有机废弃物稳定化，有利于氮磷钾营养元素的循环利用，已成为当前有机废弃物无害化和资源化利用的有效途径之一。但是，在堆肥腐解有机物过程中普遍存在有机碳、氮素损失问题。堆肥过程堆体中的氮素存在形态主要有铵态氮、硝态氮、有机氮和氨气。堆肥过程中的氮素损失途径主要包括以下3个方面，一是有机质分解累积热量，使堆体温度升高造成的氨氮挥发；二是水溶性氮随着渗滤液的排放而流失，三是由于通风不足在堆体内部形成局部缺氧环境，硝态氮发生反硝化反应引起氮氧化物挥发。其中46.8%—77.4%以上的氮素损失由氨气挥发造成。有机碳损失主要是有机物矿化，转化成CO₂，碳氮损失不仅污染环境，也降低了堆肥产品的土壤利用价值，限制了堆肥技术的发展及应用。因此，如何降低堆肥中有机碳和氮素损失，对控制资源浪费和环境污染具有重要意义。

凹凸棒石是一种天然的一维纳米级含水富镁铝硅酸盐黏土矿物，基本结构单元由间接反转排列的硅氧四面体层和非连续排列的八面体层连接而成。其中两个连续的四面体层中间夹一层八面体层，形成2∶1型的“三明治”层链状结构。天然凹凸棒石粘土常伴有蛋白石、石英和碳酸盐等，同时由于范德华力和氢键作用，凹凸棒石粘土棒晶通常以聚集体形式存在，限制了凹凸棒石粘土的性能和应用范围。因此，使用前通常需要采用适当的方法去除杂质和解离棒晶聚集体。 通过酸活化处理可以部分解聚凹凸棒石粘土的棒晶束，提高凹凸棒石粘土的比表面积，去除当中的碳酸盐等矿物杂质，经过酸活化处理后一般用水洗涤纯化凹凸棒石，以便除去未反应完的酸及其它杂质产物。

中国发明专利（201310447583.8）一种以改性凹凸棒石粘土作为固氮剂的饲料发酵方法，其以高温氨化秸秆作为饲料发酵底物，以改性凹凸棒石粘土作为固氮剂，采用混合发酵菌使高温氨化秸秆在高温下发酵，改性凹凸棒石粘土的制备为：将凹凸棒石粘土粉碎后过100目筛, 然后将粉碎好的凹凸棒石粘土加入浓度为2mol/L 的硫酸溶液中, 凹凸棒石粘土与硫酸溶液的体积比为 1 ：10，室温下搅拌3h, 用蒸馏水水洗至pH 值为6，离心后将固相物于60℃下烘干, 制得改性凹凸棒石粘土。其改性凹凸棒石仍与常规酸活化处理一样，通过增大凹凸棒石的比表面积提高其吸附能力，但单纯地增加比表面积存在固氮量受比表面积及孔道结构的制约以及吸附稳定性差，容易发生解吸的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本申请发明人在对凹凸棒石结构、特性和有机肥发酵过程中碳氮损失产生原因深刻理解的基础上，提出了一种碳氮联合固定剂的制备方法。

本发明实现上述目的所采用技术方案如下：

一种碳氮联合固定剂的制备方法，包括：

（1）将凹凸棒石与磷酸混合反应，直至基本无气泡产生，反应终点pH值控制在1~3；

（2）反应结束后，凹凸棒石不经水洗，直接干燥，得到所述的碳氮联合固定剂。

优选地，磷酸为浓度为10~15 wt%的磷酸水溶液，磷酸的加入量控制在使凹凸棒石完全湿润即可，这样可以节约干燥能耗。

更优选地，凹凸棒石与磷酸水溶液的质量比1:0.3~1:0.4。