一種通過(guò)木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物制備緩釋肥料的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種通過(guò)木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物制備緩釋肥料的方法，本發(fā)明得到了一種全新的緩釋肥料，首次使用木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物為原料，制備得到了緩釋效果好、土壤性能得到改善的緩釋肥料。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單可行，各成分均可降解，適用于農(nóng)林業(yè)生態(tài)施肥。
【專利說(shuō)明】
一種通過(guò)木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物制備緩釋肥料的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于緩釋肥料制備領(lǐng)域，具體涉及一種通過(guò)木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物制備緩釋肥料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]緩釋肥又稱長(zhǎng)效肥料，主要指施入土壤后轉(zhuǎn)變?yōu)橹参镉行юB(yǎng)分的速度比普通肥料緩慢的肥料。目前，制備緩釋肥主要有通過(guò)在氮肥中加入生化抑制劑(如脲酶抑制劑和硝化抑制劑)的生物化學(xué)方法和物理方法。物理方法中，添加材料和普通肥料的結(jié)合方法主要有摻混型、包膜型和吸附型。
[0003]在增強(qiáng)肥料的緩釋效果方式中，包膜是一種非常有效的手段。包膜材料為在肥料顆粒表面涂覆其它物質(zhì)制成的一類緩釋肥料，用于成膜的物質(zhì)有天然產(chǎn)品和人工合成的多聚體，如聚氨基甲酸乙酯、聚乙烯、石蠟、油脂、瀝青和硫磺等。成膜后，具有減少肥料與外界的直接接觸、控制水溶性肥料粒子中養(yǎng)分的釋放速率，改善肥料理化性能等作用。
[0004]包膜化肥是近年來(lái)開(kāi)發(fā)迅速的緩釋肥料，也是最具控制肥料養(yǎng)分釋放與作物養(yǎng)分需求相協(xié)同特性的一類肥料，包膜肥料可減少化肥與外界的直接接觸，從而控制水溶性化肥的養(yǎng)分釋放速率，延長(zhǎng)肥效期，提高化肥利用率，減輕施肥對(duì)環(huán)境的污染。但是目前緩釋肥料還存在工藝復(fù)雜，成本較高，緩釋效果不佳的缺陷，雖然聚合物包膜緩釋肥料具有較好的緩釋效果，但易對(duì)土壤造成二次污染等。
[0005]木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物中60%以上為木質(zhì)素，10%左右為未降解的纖維素。在木質(zhì)纖維乙醇轉(zhuǎn)化過(guò)程中每生產(chǎn)I噸乙醇，約有1.5-2噸的剩余物產(chǎn)生，剩余物的有效利用成為制約木質(zhì)纖維乙醇技術(shù)發(fā)展的瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明公開(kāi)了一種環(huán)境友好、成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)，得到的緩釋肥料緩釋效果佳、緩釋期長(zhǎng)的以木質(zhì)纖維乙醇剩余物為主體材料制備緩釋肥料的方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0008]—種通過(guò)木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物制備緩釋肥料的方法，包括以下步驟:包括以下步驟:加堿調(diào)節(jié)木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物I的PH為8.0-9.0，加入酸酐或甲醛，于80-95 °C反應(yīng)，進(jìn)一步加入聚乙烯醇溶液，于80-95 °C反應(yīng)，得到包膜液；
[0009]將化肥、木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物Π、蒙脫土、海藻酸鈉溶液混合，加水?dāng)嚢?，得到混合液，滴加至氯化鈣溶液中均勻成球，干燥，得到肥芯；
[0010]將所述包膜液噴涂于肥芯表面，干燥，得到緩釋肥料。
[0011]優(yōu)選的方案中，所述木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物I與酸酐或醛的質(zhì)量比為5-30:2-10。
[0012]優(yōu)選的方案中，所述木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物I與聚乙烯醇的質(zhì)量比為5-30:5-10。
[0013]優(yōu)選的方案中，所述木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物I與生化抑制劑的質(zhì)量比為5-30:2-5。
[0014]優(yōu)選的方案中，向包膜液中進(jìn)一步加入生化抑制劑，攪拌，充分混合，得到緩釋肥料包膜液后再噴涂于肥芯表面。
[0015]優(yōu)選的方案中，所述生化抑制劑為脲酶抑制劑或硝化抑制劑。
[0016]進(jìn)一步優(yōu)選所述生化抑制劑為硼酸或氫醌。
[0017]優(yōu)選的方案中，所述肥芯的制備過(guò)程中，化肥、木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物Π、蒙脫土、水、海藻酸鈉溶液的質(zhì)量比為30-50: 4-6: 2-4: 50: 40-60，形成混合液，所述海藻酸鈉溶液的質(zhì)量濃度為3-5 %。
[0018]優(yōu)選的方案中，所述氯化鈣溶液的質(zhì)量濃度為4-6%
[0019]優(yōu)選的方案中，緩釋肥料中，包膜占緩釋肥料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的10-20%，肥芯占緩釋肥料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的80-90%。
[0020]優(yōu)選的方案中，所使用的木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物經(jīng)干燥粉碎后過(guò)80-150目篩備用。
[0021]優(yōu)選的方案中，所述酸酐為乙酸酐、檸檬酸酐中的一種或兩種。
[0022]優(yōu)選的方案中，所述醛為甲醛或乙醛。
[0023]優(yōu)選的方案中，所述堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
[0024]優(yōu)選的方案中，所述包膜液通過(guò)包衣機(jī)或流化床噴涂于肥芯表面。
[0025]優(yōu)選的方案中，木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物經(jīng)干燥粉碎后過(guò)80-150目篩備用。
[0026]優(yōu)選的方案中，取5-30重量份干燥粉碎后的木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物，與70-95重量份純水混合，采用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至8.0-9.0，超聲分散l_6h。
[0027]優(yōu)選的方案中，超聲波處理后的木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物溶液中，加入2-10重量份的酸酐或甲醛，在80-95°C恒溫水浴中，機(jī)械攪拌2-10h。
[0028]優(yōu)選的方案中，聚乙烯醇為AH-26，醇解度為98%。
[0029]優(yōu)選的方案中，聚乙烯醇溶液通過(guò)將5-10重量份聚乙烯醇溶于90-95重量份的水中得到。
[0030]優(yōu)選的方案中，將聚乙烯醇溶液加入木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物與酸酐或甲醛溶液中，在80-95°C水浴中，機(jī)械攪拌2-10h，獲得木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物緩釋肥料包膜液。
[0031]本發(fā)明中，木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物I與木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物Π均為木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物，只是由于在不同的步驟中加入而做區(qū)分。
[0032]本發(fā)明的有益效果
[0033]本發(fā)明得到了一種全新的緩釋肥料，發(fā)明人首次使用木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物為原料，制備得到了緩釋效果好、土壤性能得到改善的緩釋肥料。
[0034]相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中使用木質(zhì)素制備緩釋肥料，本發(fā)明的難度更大，因?yàn)槟举|(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物的成分更為復(fù)雜，根本無(wú)法按照木質(zhì)素的方法和配料來(lái)制備緩釋肥料，對(duì)此，發(fā)明人經(jīng)過(guò)大量的研究，通過(guò)對(duì)選用的原料，制備的過(guò)程，原料的添加順序以及反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格控制，不僅將木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物得到了重復(fù)利用，且得到了一種環(huán)境友好，有效改善土壤性質(zhì)，且能夠獲得良好緩釋效果的緩釋肥料。
[0035]特別是通過(guò)將本發(fā)明的包膜液和特制肥芯綜合使用，能夠獲得非常顯著的協(xié)同增效的有益效果。
[0036]本發(fā)明的養(yǎng)分緩釋期達(dá)到65天。
[0037]本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，成本低廉，所需成本僅為樹(shù)脂包衣緩釋肥料的30-50%，易于工業(yè)化生產(chǎn);不會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生二次污染;包膜液在降解后還可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，增加土壤通透性，改善土壤板結(jié)化。本發(fā)明有效地利用了木質(zhì)纖維乙醇剩余物，既解決了剩余物的處理問(wèn)題，又促進(jìn)了農(nóng)林施肥模式的改善。
[0038]本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單可行，各成分均可降解，適用于農(nóng)林業(yè)生態(tài)施肥。
[0039]通過(guò)施用本發(fā)明的緩釋肥料，有機(jī)質(zhì)含量、土壤通氣孔隙度、養(yǎng)分利用率、植株高度、徑粗均大大提高。
【附圖說(shuō)明】
[0040]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1制備得到的緩釋肥料的照片。
[0041]圖2為施肥75天后照片(左:尿素量為10mg氮/kg土壤，右:木質(zhì)纖維乙醇剩余物緩釋肥料量為I OOmg氮/kg土壤)。
【具體實(shí)施方式】
[0042]以下結(jié)合實(shí)施例旨在進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0043]實(shí)施例1
[0044]木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物經(jīng)干燥粉碎后過(guò)100目篩備用。取20g干燥粉碎后的木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物加入到500mL三口燒瓶中，并加入80mL純水進(jìn)行混合，采用NaOH溶液調(diào)節(jié)PH至8.0，置于超聲波清洗儀中處理6h。
[0045]在裝有木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物溶液的三口燒瓶中，緩慢的滴加5g的甲醛溶液，在90 0C恒溫水浴中，機(jī)械攪拌6h。
[0046]將1g聚乙烯醇(AH-26，醇解度為98% )緩慢的加入90mL純水中，邊加邊迅速攪拌，溫度從室溫逐步升至40°C。
[0047]將聚乙烯醇溶液緩慢的滴加到木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物與甲醛溶液中，90°C水浴，機(jī)械攪拌10h，獲得木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物緩釋肥料包膜液。
[0048]將3g硼酸加入到木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物緩釋肥料包膜液中，進(jìn)行充分混合，制得含生化抑制劑的緩釋肥料包膜液。
[0049]取50g尿素、4g木質(zhì)纖維乙醇剩余物粉末、2g蒙脫土、50mL水置于三口燒瓶中，85 °C水浴中機(jī)械攪拌30min，獲得混合液，與50mL的4 %海藻酸鈉溶液充分混合，滴入5 %氯化鈣溶液中均勻成球，取出成球顆粒放入恒溫烘干箱中50°C干燥，得到肥芯。
[0050]將所得肥芯置于圓盤包衣機(jī)中，將含生物抑制劑的緩釋肥料包膜液噴涂于肥芯表面，用風(fēng)機(jī)快速干燥，制得含生化抑制劑的包膜型緩釋肥料，包膜占緩釋肥料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)15%，肥芯占緩釋肥料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)85%。
[0051 ] 實(shí)施例2
[0052]木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物經(jīng)干燥粉碎后過(guò)100目篩備用。取20g干燥粉碎后的木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物加入到500mL三口燒瓶中，并加入80mL純水進(jìn)行混合，采用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至8.0，置于超聲波清洗儀中處理6h。
[0053]在裝有木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物溶液的三口燒瓶中，加入5g的乙酸酐，在90°C恒溫水浴中，機(jī)械攪拌6h。
[0054]將1g聚乙烯醇(AH-26，醇解度為98% )緩慢的加入90mL純水中，邊加邊迅速攪拌，溫度從室溫逐步升至40°C。
[0055]將聚乙烯醇溶液緩慢的滴加到木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物與甲醛溶液中，90°C水浴，機(jī)械攪拌10h，獲得木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物緩釋肥料包膜液。
[0056]將3g氫醌加入到木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物緩釋肥料包膜液中，進(jìn)行充分混合，制得含生化抑制劑的緩釋肥料包膜液。
[0057]取40g尿素、5g木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物粉末、2g蒙脫土、50mL水置于三口燒瓶中，85 °C水浴中機(jī)械攪拌30min，獲得混合液，與50mL的4 %海藻酸鈉溶液充分混合，滴入5 %氯化鈣溶液中均勻成球，取出成球顆粒放入恒溫烘干箱中50°C干燥，得到肥芯。
[0058]將肥芯置于圓盤包衣機(jī)中，將含生物抑制劑的緩釋肥料包膜液噴涂于肥芯表面，用風(fēng)機(jī)快速干燥，制得含生化抑制劑的包膜型緩釋肥料，包膜占緩釋肥料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)17%，肥芯占緩釋肥料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)83 %。
[0059]實(shí)施例3
[0060]木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物經(jīng)干燥粉碎后過(guò)100目篩備用。取20g干燥粉碎后的木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物加入到500mL三口燒瓶中，并加入80mL純水進(jìn)行混合，采用NaOH溶液調(diào)節(jié)PH至8.0，置于超聲波清洗儀中處理6h。
[0061]在裝有木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物溶液的三口燒瓶中，緩慢的滴加5g的甲醛溶液，在90 0C恒溫水浴中，機(jī)械攪拌6h。
[0062]將1g聚乙烯醇(AH-26，醇解度為98%)緩慢的加入90mL純水中，邊加邊迅速攪拌，溫度從室溫逐步升至40°C。
[0063]將聚乙烯醇溶液緩慢的滴加到木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物與甲醛溶液中，90°C水浴，機(jī)械攪拌10h，獲得木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物緩釋肥料包膜液。
[0064]取40g磷酸氫二鉀、5g木質(zhì)纖維乙醇剩余物粉末、2g蒙脫土、50mL水置于三口燒瓶中，85 °C水浴中機(jī)械攪拌30min，獲得混合液，與50mL的4 %海藻酸鈉溶液充分混合，滴入5 %氯化鈣溶液中均勻成球，取出成球顆粒放入恒溫烘干箱中50°C干燥，得到肥芯。
[0065]將含磷酸氫二鉀肥芯置于圓盤包衣機(jī)中，將木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物緩釋肥料包膜液噴涂于尿素肥芯表面，用風(fēng)機(jī)快速干燥，制得包膜型緩釋肥料，包膜占緩釋肥料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)20%，肥芯占緩釋肥料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)80%。
[0066]實(shí)施例4
[0067]將實(shí)施例1所得緩釋肥料以10mg氮/kg土壤施入菜豆樹(shù)盆栽中，40天取樣，與施尿素量為10mg氮/kg土壤的盆栽比較，有機(jī)質(zhì)含量增加3.9%，土壤通氣孔隙度增加了2.5%，養(yǎng)分利用率提高了 13.10 %，植株高度提高了 20.39 %，徑粗提高了 17.39 % ; 50天取樣，有機(jī)質(zhì)含量增加4.8%, 土壤通氣孔隙度增加了 3.4 %，養(yǎng)分利用率提高了 19.33 %，植株高度提高了 30.76 %，徑粗提高了 25.71 % ;養(yǎng)分緩釋期達(dá)到65天。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種通過(guò)木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物制備緩釋肥料的方法，其特征在于，包括以下步驟:加堿調(diào)節(jié)木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物I的PH為8.0-9.0，超聲分散，加入酸酐或醛，于80-95 0C反應(yīng)，進(jìn)一步加入聚乙烯醇溶液，于80-95 °C反應(yīng)，得到包膜液； 將化肥、木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物Π、蒙脫土、海藻酸鈉溶液混合，加水?dāng)嚢?，得到混合液，滴加至氯化鈣溶液中均勻成球，干燥，得到肥芯； 將所述包膜液噴涂于肥芯表面，干燥，得到緩釋肥料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物I與酸酐或醛的質(zhì)量比為5-30: 2-10。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物I與聚乙烯醇的質(zhì)量比為5-30:5-10。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，向包膜液中進(jìn)一步加入生化抑制劑，所述生化抑制劑為脲酶抑制劑或硝化抑制劑，攪拌，充分混合，得到緩釋肥料包膜液后再噴涂于肥芯表面。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物I與生化抑制劑的質(zhì)量比為5-30:2-5。6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述肥芯的制備過(guò)程中，化月巴、木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物Π、蒙脫土、水、海藻酸鈉溶液的質(zhì)量比為30-50:4-6:2-4:50: 40-60，形成混合液，所述海藻酸鈉溶液的質(zhì)量濃度為3-5%。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，緩釋肥料中，包膜占緩釋肥料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的10-20 %，肥芯占緩釋肥料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的80-90 %。8.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所使用的木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物I經(jīng)干燥粉碎后過(guò)80-150目篩備用；所述酸酐為乙酸酐、檸檬酸酐中的一種或兩種;所述醛為甲醛或乙醛。9.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述氯化鈣溶液的質(zhì)量濃度為4-6%，所述堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。10.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述包膜液通過(guò)包衣機(jī)或流化床噴涂于肥芯表面。
【文檔編號(hào)】C05G3/04GK106083489SQ201610398510
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】陳介南, 張 林, 閆豪, 王揮, 詹鵬, 劉進(jìn), 竇雪花
【申請(qǐng)人】中南林業(yè)科技大學(xué), 長(zhǎng)沙聯(lián)美生物科技有限責(zé)任公司