[发明专利]一种以玉米秸秆生物炭为载体的缓释磷肥制备方法

说明书

本发明涉及一种以玉米秸秆生物炭为载体的缓释磷肥制备方法，该方法按如下步骤进行：1.收集的玉米秸秆清理、干燥后破碎成2cm小段；2.将破碎后的玉米秸秆填塞进封闭的坩埚，后放入马弗炉中600℃下热解2小时；3.马弗炉冷却后，取出生物炭研磨成2mm的颗粒；4.将研磨后的颗粒浸泡于饱和磷酸二氢钾溶液中24小时后取出洗净、干燥获得生物炭缓释磷肥；5.采用Olsen法测定生物缓释磷肥的含磷量；6.采用阴离子交换膜法测定生物炭缓释磷肥的缓释能力和对土壤有效磷的影响。本发明通过控制生物炭制备工艺，获得可以直接搭载足量磷素的生物炭，同时利用该生物炭直接搭载磷素制备成缓释磷肥。本发明具有成本低廉，工艺简单，效果显著等优点。

技术领域

本发明涉及一种利用玉米秸秆热解制备生物炭，并通过在生物炭上负载矿质磷素制备缓释磷肥的方法，属于环境技术与农业资源利用领域。具体地说是一种以玉米秸秆生物炭为载体的缓释磷肥制备方法。

背景技术

随着我国农业发展的推进，一系列环境问题日益突出。矿质磷肥的施用可以保证作物的高产量，然而过量施肥或者不恰当的施肥方式则造成了大量磷资源的流失。高浓度的农业氮磷面源污染也造成了严重的水体富营养化，并已经成为污染我国水体的最大因素。同时，目前市场上的磷肥绝大部分来自于磷矿石的开采，由于磷矿石的过度开采和其不可再生等特点使得可以利用的磷矿石资源日益紧张。因此，如何减少控制农业磷面源污染是目前亟待解决的重大问题。除面源污染问题，我国的农业系统还面临大量生物质废弃物处理的问题。随着近年来我国治理雾霾的举措，禁止焚烧农作物秸秆更是加剧处理农业生物质废弃物的难度。通过热解的手法将生物质材料制备成生物炭可以实现生物质废弃物的减量化。生物炭亦可以作为良好的土壤改良剂，改善土壤结构，提升土壤质量。生物炭有着较大的孔隙率和比表面积，对矿质磷素有着良好的吸附能力，也可通过沉淀、络合等形式搭载磷素。搭载与生物炭之上的磷素也可以通过吸附-解吸平衡和孔隙内扩散的方式缓慢释放，使得生物炭具备制作为缓释磷肥控制农田磷流失的可行性。目前以生物炭制备磷缓释肥的方法主要是将生物炭研磨成粉，后混合淀粉等粘接材料作为包膜。这样制作成本较高，且研磨成粉后的生物炭损失了一部分较大的孔隙，也会降低其本身的磷缓释能力和土壤改良能力。本发明利用生物炭搭载矿质磷素的特点，实现了直接利用生物炭制备缓释磷肥，节省了制作成本，同时保留了生物炭在农田中的效用。本发明首先通过将玉米秸秆在适当温度下热解制备出具有合适孔隙度和比表面积的生物炭；再将生物炭破碎成一定尺寸浸泡于饱和磷酸二氢钾溶液中，后取出经洗涤、烘干后即可得到以生物炭为基质的缓释磷肥。本发明具有成本低廉，工艺简单，功效持久等优点。

目前现有研究中公开的生物炭缓释磷肥制备方法，主要包括将生物炭研磨成粉末与淀粉-PVA混合制备包衣颗粒缓释肥料(Gwenzi et al. 2018)，其存在的主要问题在于制备费用较高，且研磨成粉的生物炭失去了大部分的大孔隙，其本身所具备的磷素缓释能力没有被利用。

随着我国农业发展的推进，一系列环境问题日益凸显。其中农业面源污染造成的水体富营养化和农田生物质垃圾的处置都是目前亟待解决的问题。针对上述情况，本发明结合实际需求，发明了一种利用玉米秸秆生物炭制备生物炭缓释磷肥的方法。其原理是利用在600℃热解下形成具有较高比表面积和孔隙率的生物炭。然后将该生物炭浸泡于饱和磷酸二氢钾溶液中，使矿质磷素能以吸附、沉淀、以及络合等形式搭载在生物炭上形成生物炭缓释磷肥。搭载在生物炭上的矿质磷素可以通过吸附-解吸平衡和生物炭空隙内磷素缓慢扩散等机理缓慢释放于土壤中，进而在较长时间里保持土壤有效磷水平。本发明利用生物质废弃物制备了可实际利用的生物炭缓释磷肥，有利于同时处理农田磷元素面源污染问题、矿质肥料磷元素利用率低问题、及生物质处置问题，具有广阔前景。

发明内容

本发明利用玉米秸秆在适宜的热解条件下制备生物炭，然后用生物炭搭载矿质磷素制备缓释磷肥。该技术不仅可以通过缓释磷肥的施用控制田间磷素的流失，达到控制农田磷面源污染的目的；而且实现了农田系统生物质废弃物的减量化，价值化；此外，生物炭的利用亦能改善土壤质量，有助于农业生产。故本发明有着较高经济效益和良好环境效益，具有广阔前景。