一种高生物基含量的聚氨酯包膜缓释氮肥及其在发酵生产秸秆有机肥中的应用

本发明涉及有机肥，具体涉及一种高生物基含量的聚氨酯包膜缓释氮肥及其在发酵生产秸秆有机肥中的应用。

背景技术：

1、秸秆作为农业生产的重要副产物和有机肥源，富含多种营养成分，可以改良土壤、培肥地力和实现农业可持续发展，是世界上第一大可再生资源。利用秸秆加工成有机肥来合理替代化肥，是农业生产中化肥减量、增效的重要手段。

2、秸秆废弃物经粉碎后，常规采用堆肥发酵工艺加工成有机肥产品，堆肥发酵是通过调控水分、碳氮比(c/n)、通风量等参数，经微生物的发酵作用和一系列的物理、化学反应，将不稳定有机物通过分解转化为安全、稳定的腐殖质物质的过程。与其他技术相比，堆肥能有效实现秸秆废弃物的减量化、无害化和资源化。但是由于秸秆的碳氮比为80左右，在这种高碳氮比的条件下，微生物所需要氮元素受到限制，微生物增殖较慢，发酵时间较长，物料腐殖化程度低，发酵不彻底。因此，现有技术中通过增施尿素的方式降低堆肥过程中的碳氮比，但是在堆肥的升温阶段，会释放出大量的热量，尿素受热后挥发大量氨，导致在发酵前期氮素挥发损失高，发酵后期氮素又不足，无法保证整个发酵过程的氮素供应。为了保证氮素的供给，现有技术中往往通过加入保氮剂的方式减缓氮素的挥发损失，但是加入过多的保氮剂会增加堆肥的成本，尤其是高质量的保氮剂价格较高，会增加堆肥的经济负担，另外一些保氮剂含有杂质或化学物质，如农药残留、重金属等，长期使用对堆肥产物的质量造成影响，甚至对土壤和植物产生负面影响。因此如何缩短堆肥时间，使新鲜废弃秸秆快速腐熟，制备高质量的有机肥，是现代农业生产中急待解决的问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种高生物基含量的聚氨酯包膜缓释氮肥及其在发酵生产秸秆有机肥中的应用。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一方面，提供一种聚氨酯包膜缓释氮肥，包括肥料核芯，以及喷涂在肥料核芯表面的聚氨酯包膜材料；

4、所述聚氨酯包膜材料由多元醇、生物源异氰酸酯和石化源异氰酸酯反应得到；

5、所述生物源异氰酸酯为1,5-戊二异氰酸酯(pdi)；

6、所述石化源异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯(papi)、甲苯二异氰酸酯(tdi)、异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)、二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)、二环己基甲烷二异氰酸酯(hmdi)、六亚甲基二异氰酸酯(hdi)、l-赖氨酸二异氰酸酯(ldi)中的一种或多种。

7、作为优选，所述石化源异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯(papi)。

8、作为优选，制备聚氨酯包膜材料的反应条件为：在60-90℃下反应2-20min。

9、作为优选，所述多元醇、生物源异氰酸酯和石化源异氰酸酯的质量比为50：(15-50)：(15-50)

10、作为优选，所述多元醇为大豆油多元醇、蓖麻油多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇中的一种或多种。

11、本发明的第二方面，提供上述聚氨酯包膜缓释氮肥的制备方法，包括以下步骤：

12、将肥料核心在包衣机中加热到60-90℃，将上述聚氨酯包膜材料分批泵入不断运动的肥料核心表面，所述聚氨酯包膜材料每次的输入量为颗粒肥料总重量的1-2％，固化3-6分钟；重复上述步骤直至聚氨酯包膜材料占肥料核心总重量的2％-5％。

13、本发明的第三方面，提供上述聚氨酯包膜缓释氮肥在发酵生产秸秆有机肥中的应用。

14、本发明的第四方面，提供一种发酵生产秸秆有机肥的方法，包括以下步骤：

15、(1)将秸秆粉碎后和禽畜粪便混合均匀得到混合物料，加入发酵菌剂和上述聚氨酯包膜缓释氮肥，混合均匀后堆放成堆，并覆盖ptfe疏水透气膜进行密封发酵；

16、(2)当发酵堆表面22cm处温度为50℃时，进行翻堆，每次翻堆间隔3天，持续3次后，待发酵堆温度降到50℃以下，然后在自然条件下腐熟发酵。

17、作为优选，所述发酵菌剂为乳酸菌、嗜热放线菌、芽孢杆菌、假单胞菌、木霉菌、白腐菌、曲霉中的一种或多种。

18、作为优选，所述发酵菌剂的添加量为秸秆质量的0.5-1.5‰，发酵菌剂的活菌数≥1×108cfu/g；聚氨酯包膜缓释氮肥的添加量为秸秆质量的3-7％。

19、本发明的有益效果：

20、1、本发明采用低廉易得，生物相容性好的生物源异氰酸酯部分替代石化源异氰酸酯，制备了高生物基含量的膜材，相较于石化源材料，具有良好的降解性，更加绿色环保；利用1,5-戊二异氰酸酯(pdi)良好的流畅性，提高包膜过程的反应流动性，减少结块现象，为控释肥生产时的颗粒黏连与挂壁提供了解决思路；使用植物油多元醇与两种固化剂交联互穿改性即可实现50-90天的氮素缓释，无需额外添加交联剂。

21、2、本发明采用缓释氮肥发酵生产秸秆有机肥逐步释放氮素，提供持续的营养供给，有利于微生物的稳定和持续活动，能减少氮素的挥发和流失，提高氮素利用率，从而提升堆肥的氮含量和整体肥效；覆盖ptfe疏水透气膜，可以有效控制堆肥过程中的水分蒸发和保持适宜的湿度，有利于微生物的活动和堆肥的正常进行，保持堆肥堆的温度稳定，促进有益微生物的生长和有机物的降解，减少有害气体(如氨气)的排放，降低对环境的污染，同时保留更多的养分在堆肥中。

22、3、本发明同时采用缓释氮肥和ptfe疏水透气膜对于促进微生物活动、提高养分保留以及改进肥效和质量方面具有共同作用，缓释氮肥提供稳定的氮源，ptfe疏水透气膜维持适宜的温湿度环境，两者结合能显著促进微生物的活动和繁殖，加速有机物的分解；缓释氮肥减少氮素流失，ptfe疏水透气膜减少气体挥发和水分蒸发，共同提高堆肥过程中养分的保留率；缓释氮肥和ptfe疏水透气膜的综合使用可以生产出更高质量的有机肥，具有更高的氮含量和更好的养分平衡，从而提升肥效。

技术特征：

1.一种聚氨酯包膜缓释氮肥，其特征在于，包括肥料核芯，以及喷涂在肥料核芯表面的聚氨酯包膜材料；

2.根据权利要求1所述的聚氨酯包膜缓释氮肥，其特征在于，所述石化源异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯(papi)。

3.根据权利要求1所述的聚氨酯包膜缓释氮肥，其特征在于，制备聚氨酯包膜材料的反应条件为：在60-90℃下反应2-20min。

4.根据权利要求1所述的聚氨酯包膜缓释氮肥，其特征在于，所述多元醇、生物源异氰酸酯和石化源异氰酸酯的质量比为50：(15-50)：(15-50)。

5.根据权利要求1所述的聚氨酯包膜缓释氮肥，其特征在于，所述多元醇为大豆油多元醇、蓖麻油多元醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇中的一种或多种。

6.权利要求1-5任一项所述的聚氨酯包膜缓释氮肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.权利要求1-5任一项所述的聚氨酯包膜缓释氮肥在发酵生产秸秆有机肥中的应用。

8.一种发酵生产秸秆有机肥的方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述发酵菌剂为乳酸菌、嗜热放线菌、芽孢杆菌、假单胞菌、木霉菌、白腐菌、曲霉中的一种或多种。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述发酵菌剂的添加量为秸秆质量的0.5-1.5‰，发酵菌剂的活菌数≥1×108cfu/g；聚氨酯包膜缓释氮肥的添加量为秸秆质量的3-7％。

技术总结本发明公开了一种高生物基含量的聚氨酯包膜缓释氮肥及其在发酵生产秸秆有机肥中的应用，所述聚氨酯包膜缓释氮肥，包括肥料核芯，以及喷涂在肥料核芯表面的聚氨酯包膜材料；所述聚氨酯包膜材料由多元醇、生物源异氰酸酯和石化源异氰酸酯反应得到。本发明采用缓释氮肥发酵生产秸秆有机肥逐步释放氮素，提供持续的营养供给，有利于微生物的稳定和持续活动，能减少氮素的挥发和流失，提高氮素利用率，从而提升堆肥的氮含量和整体肥效；并覆盖PTFE疏水透气膜，可以有效控制堆肥过程中的水分蒸发和保持适宜的湿度，有利于微生物的活动和堆肥的正常进行，保持堆肥堆的温度稳定，减少有害气体(如氨气)的排放，同时保留更多的养分在堆肥中。技术研发人员：刘之广,董晶晶,王俊熙,李军慧受保护的技术使用者：山东农业大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14