一种生物炭肥料及其制备方法

本发明属于肥料，特别是涉及一种生物炭肥料及其制备方法。

背景技术：

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3、沼液是畜禽排泄物发酵后得到的产物，其内含大量农作物生长必不可少的营养元素。传统的沼液处理方法一般将其作为废水进行处理，或是应用于农业，直接作为基肥使用，或用于沼液发电。在作为废水处理时，因水中含有大量的胶质容易黏附污泥，氨氮的含量高还会导致处理效果不稳定，废水很难处理至达标排放，作为农作物基肥时，因沼液的水量不小，作为基肥的肥效低，水量过大农作物不能承受，市场上基肥的价格也很低，因而造成沼液处理系统高成本低回报，用于发电则需要大量沼液，且对技术要求高，而且沼液发电的回报率偏低，这些都造成目前沼液处理和利用难状况的关键原因。

4、传统的生物炭基肥料的功能单一，比如专利cn103467192b公开了一种用棉花秸秆制备生物炭基肥料的方法，首先制备棉花秸秆生物炭，将粉碎石膏、膨润土和棉花秸秆生物炭过筛，再将磷酸铵、尿素、硫酸钾、硫酸锌、硼酸、硝基腐植酸、棉花秸秆生物炭、石膏和膨润土混合到一起并搅拌均匀，获得肥料混合物，对所述肥料混合物依次进行初步造粒、整型造粒和干燥处理，得到生物炭基肥料。该现有技术制备得到的生物炭基肥料仅具有改良土壤、保水和保肥的作用，功能过于单一。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种生物炭肥料及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、本发明提供的技术方案之一：

3、一种生物炭肥料，其为核壳结构，包括内核和膜层，所述内核的原料包括尿素和磷酸二氢钾，所述膜层的原料包括改性生物炭、聚丙烯酸钠、蒙脱石粉和沼液处理液。

4、本发明提供的技术方案之二：

5、一种生物炭肥料的制备方法，将尿素和磷酸二氢钾混合后造粒，制成内核，将改性生物炭、聚丙烯酸钠、蒙脱石粉和沼液处理液混合后对所述内核进行包膜，干燥后得到所述生物炭肥料，本发明中所述秸秆蒙脱石粉的粒径为100-250nm。

6、优选的，所述改性生物炭的制备方法为：将秸秆粉末与氧化石墨烯悬液混合、过滤，得到氧化石墨烯悬液浸渍后的秸秆粉末，将氧化石墨烯悬液浸渍后的秸秆粉末进行炭化、干燥，得到改性生物炭。本发明中所秸秆粉末的粒径为100-250nm。

7、秸秆粉末主要由木质纤维素构成，难溶于水，氧化石墨烯表面含有大量含氧官能团，这些官能团不仅具有吸附作用，还可以通过与秸秆发生化学反应(比如酰化反应或者酯化反应)来增加秸秆粉末的水溶性。

8、更为优选的，所述秸秆粉末与氧化石墨烯悬液的料液比为(1-1.2)kg∶(5-8)l，所述氧化石墨烯悬液的质量浓度为0.1-0.2％。

9、更为优选的，所述炭化的温度为300-400℃，所述炭化的时间为5-10h。

10、更为优选的，所述干燥的温度为100-110℃，所述干燥的时间为20-24h。

11、优选的，所述改性生物炭、聚丙烯酸钠、蒙脱石粉和沼液处理液的用量比为(5-10)kg∶(0.3-0.6)kg∶(1-1.4)kg∶(0.8-1)l。

12、优选的，所述尿素、磷酸二氢钾和改性生物炭的质量比为(1-3)∶(1-3)∶(5-10)。

13、本发明的技术原理为：

14、本发明将炭化温度控制在300-400℃范围内，在该温度范围内秸秆粉末中的有机组分开始热解，产生气体和液体产物。由于该炭化温度较低，所得生物质中的大部分营养物质得以保留，提高了生物炭的肥料价值。但孔隙结构尚未充分发展。当炭化温度过高(大于400℃)时，随着温度的升高，秸秆粉末中的有机组分继续热解，产生更多的气体和液体产物，导致生物炭的产率逐渐降低，致使其肥料价值下降，但是在较高的炭化温度下，生物炭中的微孔和中孔的数量增加，有利于提高其吸附性能。本发明为了能够提高生物炭产率，提高其肥料价值，将温度控制在300-400℃。沼液处理液不仅能够为生物质肥料提供大量的营养元素(包括氮、磷、钾等)，其含有大量的微生物，通过分解土壤中的有机物质，为作物提供养分，但是微生物在有机肥中的附着和生长是一个复杂的过程，受到微生物自身性质、表面特性等诸多因素的影响，可能导致微生物的脱落和流失，本发明为了提高膜层对微生物的吸附性，又加入了蒙脱石粉，以弥补低温制备得到的生物炭孔隙过低吸附性能下降引发的问题，蒙脱石粉具有层状结构，拥有较大比表面积，其层状结构中的氢键、氢键桥、al-oh基团等表面官能团，有助于吸附沼液中的微生物。此外，沼液处理液中还含有碳酸铵，内核中的磷酸二氢钾通过膜层中的孔隙进行释放的过程中，与沼液处理液中的碳酸铵发生化学反应，生成二氧化碳，从而在膜层上形成新的孔径，使吸附在膜层上的微生物得到缓慢释放。

15、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

16、尿素在土壤中需要经过微生物分解转化为铵态氮后才能被作物吸收利用。上述转化过程通常需要4至5天，还会伴随有氨的挥发损失，因此尿素的实际利用率偏低；此外，尿素在转变为铵态氮前不能被土壤吸收，流动性较大，容易被雨水淋失，导致肥料流失，引发水体污染。

17、本发明通过将尿素和磷酸二氢钾制成肥料的内核，以改性生物炭、聚丙烯酸钠、蒙脱石粉和沼液处理液为包膜材料，制备得到生物炭肥料，改性生物炭在提供营养物质的同时，还与蒙脱石粉共同形成具有多级微孔结构的膜层，该膜层能够实现对尿素的暂时包封，减少尿素流失；同时蒙脱石粉和改性生物炭还可以吸附沼液处理液中的微生物，防止微生物的流失和脱落，在内壳中的物质通过膜层上的多孔结构向外缓慢释放时，沼液处理液中的碳酸铵与磷酸二氢钾反应生产二氧化碳气体，提高了膜层上的孔隙率，实现微生物的缓慢释放。

18、本发明将废弃秸秆和沼液充分利用的同时还制备了一种多功效生物炭肥料，改善营养利用效率，提高农作物抗病能力和产量。

技术特征：

1.一种生物炭肥料，其特征在于，其为核壳结构，包括内核和膜层，所述内核的原料包括尿素和磷酸二氢钾，所述膜层的原料包括改性生物炭、聚丙烯酸钠、蒙脱石粉和沼液处理液。

2.一种如权利要求1所述的生物炭肥料的制备方法，其特征在于，步骤如下：将尿素和磷酸二氢钾混合后造粒，制成内核，将改性生物炭、聚丙烯酸钠、蒙脱石粉和沼液处理液混合后对所述内核进行包膜，干燥后得到所述生物炭肥料。

3.根据权利要求2所述的生物炭肥料的制备方法，其特征在于，所述改性生物炭的制备方法为：将秸秆粉末与氧化石墨烯悬液混合、过滤，得到氧化石墨烯悬液浸渍后的秸秆粉末，将氧化石墨烯悬液浸渍后的秸秆粉末进行炭化、干燥，得到改性生物炭。

4.根据权利要求3所述的生物炭肥料的制备方法，其特征在于，所述秸秆粉末与氧化石墨烯悬液的料液比为(1-1.2)kg∶(5-8)l。

5.根据权利要求3所述的生物炭肥料的制备方法，其特征在于，所述炭化的温度为300-400℃，所述炭化的时间为5-10h。

6.根据权利要求3所述的生物炭肥料的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为100-110℃，所述干燥的时间为20-24h。

7.根据权利要求2所述的生物炭肥料的制备方法，其特征在于，所述改性生物炭、聚丙烯酸钠、蒙脱石粉和沼液处理液的用量比为(5-10)kg∶(0.3-0.6)kg∶(1-1.4)kg∶(0.8-1)l。

8.根据权利要求2所述的生物炭肥料的制备方法，其特征在于，所述尿素、磷酸二氢钾和改性生物炭的质量比为(1-3)∶(1-3)∶(5-10)。

技术总结本发明公开了一种生物炭肥料及其制备方法，属于肥料技术领域，一种生物炭肥料，其为核壳结构，包括内核和膜层，所述内核的原料包括尿素和磷酸二氢钾，所述膜层的原料包括改性生物炭、聚丙烯酸钠、蒙脱石粉和沼液处理液。本发明中的改性生物炭在提供营养物质的同时，还与蒙脱石粉共同形成具有多级微孔结构的膜层，该膜层能够实现对尿素的包封，减少尿素流失；同时蒙脱石粉和改性生物炭还可以吸附沼液处理液中的微生物和营养物质，防止微生物的流失和脱落，在内壳中的物质通过膜层上的多孔结构向外缓慢释放时，沼液处理液中的碳酸铵与磷酸二氢钾反应生产二氧化碳气体，提高了膜层上的孔隙率，实现了微生物的缓慢释放。技术研发人员：徐晨曦,石佳,宋连城,赵长江,姚钦,苗如凤,白征明,郭悦,薛云泽受保护的技术使用者：黑龙江八一农垦大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2