[發(fā)明專利]一種基于農(nóng)業(yè)固廢增值利用的環(huán)保緩釋磷肥及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210534745.0
• 申請日: 2022-05-17
• 公開（公告）號: CN114890842B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設計）人: 曹紅亮;鄒志東;張書;劉念;牛文娟;楊爭鳴;任魯娜;林杉
• 申請（專利權(quán)）人: 華中農(nóng)業(yè)大學
• 主分類號: C05G3/40
• 分類號: C05G3/40;C05G3/80
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 常海濤

本發(fā)明公開了一種基于農(nóng)業(yè)固廢增值利用的環(huán)保緩釋磷肥及其制備方法，屬于農(nóng)林廢棄物資源化利用以及綠色農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以農(nóng)作物秸稈、草木灰、雞蛋殼、雞毛為原料，通過微波輔助熱解、活化擴孔，表面功能修飾制備環(huán)保型改性多孔生物炭，最后將改性多孔生物炭與富磷廢液富集即可實現(xiàn)環(huán)保緩釋磷肥的制備。本發(fā)明原料廣泛可再生，廉價易得、工藝簡單、耗時短、能夠很好地實現(xiàn)“變廢為寶，以廢治廢”；所得環(huán)保緩釋磷肥有效磷含量不低于12.74％，在28d內(nèi)有效磷的累積釋放率不高于70％，能夠改良土壤、避免肥力受雨水侵蝕而快速流失、緩釋時間長。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及農(nóng)林廢棄物資源化利用以及綠色農(nóng)業(yè)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于農(nóng)業(yè)固廢增值利用的環(huán)保緩釋磷肥及其制備方法。

背景技術(shù)

當前水體磷污染問題日益突出，大量磷素由土壤侵蝕、農(nóng)業(yè)徑流、生活污水和工業(yè)廢水進入河流和湖泊，造成了生態(tài)環(huán)境破壞和用水安全隱患。緩釋肥料一直被認為是解決傳統(tǒng)水溶性肥料引起的各種環(huán)境問題的有效方案，使用緩釋肥料，降低了肥料用量要求，提高了利用效率。利用生物炭作為緩釋肥料的基質(zhì)已成為制備緩釋肥的有效方法，我國每年農(nóng)作物秸稈廢棄達到7億多噸，分布廣泛，資源豐富，是制備生物炭的良好原料。生物炭是生物質(zhì)原料在無氧或貧氧條件下熱解炭化得到的多孔芳構(gòu)化炭質(zhì)材料，具有良好的吸附性能，吸附法除磷占地面積小、工藝簡單、操作方便，且以生物炭為吸附劑回收磷素，將負載磷后的生物炭作為炭基緩釋肥料，不僅能“以廢治廢”、節(jié)肥改土，同時還增加農(nóng)業(yè)碳匯，實現(xiàn)碳、磷的生態(tài)循環(huán)，有效緩解了環(huán)境污染問題。

然而，采用普通熱解炭化技術(shù)制備的生物炭孔隙結(jié)構(gòu)匱乏，表面活性位點較少，導致生物炭用于磷回收存在吸附負載容量偏小、緩釋性能不好等技術(shù)瓶頸，限制了該技術(shù)的推廣應用。中國專利授權(quán)公告號為CN 106006819 B、授權(quán)公告日為2017.04.19的發(fā)明公開了一種含磷廢水中除磷并生產(chǎn)緩釋型炭基磷肥的方法。該方法將林木廢棄物與鎂鹽混合在400～700℃熱解1～3h得到鎂改性生物炭，然后投加到含磷廢水中烘干得到緩釋型炭基磷肥。這種方法采用了鎂鹽改性炭，證明了鎂改性生物炭吸附磷的效果優(yōu)秀，但是它們只考慮了表面活性位點增強磷吸附性能的影響，卻忽略孔隙結(jié)構(gòu)的作用，孔隙結(jié)構(gòu)中的大中孔在吸附緩釋過程中起輸送通道作用，微孔起吸附養(yǎng)分離子作用，它們將影響生物炭對養(yǎng)分離子的吸附負載容量以及阻礙養(yǎng)分吸附、釋放過程的通暢性。最終導致養(yǎng)分離子不能順利進入生物炭內(nèi)部被吸附或無法通過孔道緩慢釋放，在植物的生長期內(nèi)無法提供營養(yǎng)而失去了肥料的功效。柳等在《熱解溫度對松樹鋸末炭吸附硝基苯酚的響應研究》中通過改變熱解溫度達到調(diào)控生物炭比表面積(最高達到432.7m²/g)和孔體積的作用，從而起到改變吸附量的效果，并沒有考慮改變生物炭表面性質(zhì)，僅僅依靠熱解溫度變化調(diào)控生物炭孔隙，改變生物炭的吸附性能是有限的。

為解決上述不足，采用“炭化擴孔-表面修飾”兩步協(xié)同調(diào)控生物炭，對生物炭進行品質(zhì)調(diào)控以及吸附緩釋性能評價。以增強生物炭對磷的吸附容量為起點，以將負載磷的生物炭用作緩釋肥為落腳點。本發(fā)明以農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)及環(huán)保物質(zhì)為原料，在實現(xiàn)生物炭上述價值的同時，也可促進農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用，對減小環(huán)境壓力，降低環(huán)境污染具有一定的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于農(nóng)業(yè)固廢增值利用的環(huán)保緩釋磷肥的制備方法，以及提供一種通過該制備方法得到的環(huán)保緩釋磷肥。本發(fā)明充分利用了農(nóng)作物秸稈為原料，以雞蛋殼和雞毛為改性劑，以微波加熱的方式來提供熱量，首先進行炭化擴孔使生物炭具有多孔結(jié)構(gòu)，再摻雜改性劑調(diào)控生物炭表面性質(zhì)，使生物炭同時具有空間孔隙結(jié)構(gòu)和表面活性位點。在提高磷吸附量的同時又能利用分級孔結(jié)構(gòu)完成吸附、轉(zhuǎn)運和釋放過程，達到養(yǎng)分緩釋效果。并且利用微波加熱來提供所需熱量，可以大幅度縮短炭化和修飾時間，在材料內(nèi)部產(chǎn)生熱量使生物炭受熱更加均勻，制備出吸附緩釋性能優(yōu)良的環(huán)保緩釋磷肥。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于農(nóng)業(yè)固廢增值利用的環(huán)保緩釋磷肥的制備方法，包括如下步驟：

(1)將農(nóng)作物秸稈、雞蛋殼和雞毛粉碎。