一种高生物碳控释肥料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高生物碳控释肥料及其制备方法，控释肥料主要由高生物碳控释剂和肥料组成，其中高生物碳控释剂包括聚合物、生物碳、吸附剂和催化剂，其中聚合物的重量比为0.1-50％，生物碳的重量比为50％-90％，吸附剂的重量比为1％-10％，控释剂粒径为60-200目。本发明将控释剂用于肥料生产的配方及制作工艺，生物碳进一步和聚合微矩阵结合的方法，通过含高生物碳聚合微矩阵制备的控释肥料具有植物生长需要养分的多种控释机理并能增加生物物质的碳循环，改善土壤，减少农田温室气体，如：CH4.N2O等的排放，是一种结合土壤储碳，减排控释的高效肥料。

权利要求

1.一种高生物碳控释肥料，其特征在于主要由高生物碳控释剂和肥料组成，其中高生物碳控释剂和肥料中的NPK比例为（20-60）：(80-40)；

所述高生物碳控释剂包括聚合物、生物碳、吸附剂和催化剂，其中聚合物的重量比为0.1-45%，生物碳的重量比为50%-90%，吸附剂的重量比为1%-10%,催化剂的重量比为

0.01-1%，控释剂粒径为60-200目； 聚合物为以下物质中的一种或多种组合物：聚乙烯乙醇、聚乙烯乙酸及共聚物、聚醋酸乙烯及共聚物、淀粉、明胶、海藻酸钠；

吸附剂为钙膨润土及其衍生物、沸石粉或激活粘土；

催化剂为乙二醇及其衍生物、丙二醇或者聚乙二醇和二甘醇；

生物碳由生物质经400-800°C无烟焦化工艺产生；

该肥料采用以下工艺制备：

A:选择聚合物配料和催化剂

聚合物在控释剂中的重量比例为0.1-45%，聚合物为上述聚合物中的一种或多种；催化剂为上述催化剂，催化剂在聚合物中的重量比例为0.01-1%；

B：选择生物碳及吸附剂配料

生物碳和吸附剂在控释剂中的重量比例分别为50%-90%和1%-10%，吸附剂为上述吸附剂，吸附剂在缓释剂形成中起焦化作用，其中生物碳和吸附剂的重量比例为90：10；

C：高生物碳控释剂的生产

把上述AB步骤中选取的聚合物配料，生物碳及吸附剂配料按上述比例彻底混合，将混合料的粒径控制在60-200目，混合的温度为45-65℃；

D：制作控释肥料

把高生物碳控释剂和肥料彻底混合，其中高生物碳控释剂和肥料中的NPK重量比例为（20-60）：(80-40)，混合物送入80-100°C蒸汽中造粒，颗粒肥料经干燥、冷却、筛分后即成高生物碳控释肥料。

说明书

一种高生物碳控释肥料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种新型肥料，具体是一种高生物碳控释肥料及其制备方法。

背景技术

[0002] 控释肥料是使肥料中含有养分的化合物在土壤中释放速度缓慢或者养分释放速度可以得到一定程度的控制以供作物持续吸收利用。

[0003] 使用缓释肥料的目的：(1)减少肥料养分特别是氮素在土壤中的损失；(2)减少施肥作业次数，节省劳力和费用；(3)避免发生由于过量施肥而引起的对种子或幼苗的伤害。

[0004] 传统的肥料缓释、控释技术主要是使用聚合物包膜（衣）工艺（例如喷雾干燥技术）。存在控释机理单一，原材料浪费大，成本高，不能直接应用到现有肥料生产的工艺中等问题。

[0005] 实际上，作物生长需要肥料有多种控释机理，以满足作物生长各阶段对养分的需要，现代农业更要求肥料在提供作物生长需要的同时能提高肥料利用率，减少污染，改善土壤，贮碳及减少温室气体的排放，要求配方灵活并能直接用于现有肥料生产工艺。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种具有多个控释机理并能利用生物碳化达贮碳和减少农田温室气体（CH4、CO2、N2O集）排放功能的控释肥料及其制造方法。

[0007] 本发明所述的高生物碳控释肥料，其主要由高生物碳控释剂和肥料组成，其中高生物碳控释剂和肥料中的NPK比例为（20-60）：(80-40)；所述高生物碳控释剂包括聚合物、生物碳、吸附剂和催化剂，其中聚合物的重量比为0.1-45%，生物碳的重量比为50%-90%，吸附剂的重量比为1%-10%,催化剂的重量比为0.01-1%，控释剂粒径为60-200目。所述NPK指的是氮、磷、钾，分别是由其英文中首个字母大写组成，通常情况下是用作表示复合肥中的养分配比情况。

[0008] 上述聚合物为以下物质中的一种或多种组合物：聚乙烯乙醇、聚乙烯乙酸及共聚物，聚醋酸乙烯及共聚物，纤维素类聚合物包括ethlcellalose,methylcellalose,hydroxymethylcellalose,hydroxypropylcellalose,carboxymethycellalose,淀粉、明胶及多糖acylmide聚合物及共聚物，海藻酸钠。其中优选为聚乙烯乙醇、聚乙烯乙酸和碳化甲基纤维素的组合物，其重量比为聚乙烯乙醇∶聚乙烯乙酸∶碳化甲基纤维素=40∶40∶20。

[0009] 上述吸附剂为钙膨润土及其衍生物、沸石粉、纳酸钙、钠硅酸或激活粘土。催化剂为催化剂为乙二醇及其衍生物、丙二醇或者聚乙二醇和二甘醇。 所述生物碳由生物质经400-800C无烟焦化工艺产生。

[0010] 此外，本发明还提供了该高生物碳控释肥料的制备方法，其包括以下步骤：

[0011] A:选择聚合物配料和聚合微矩阵催化剂

[0012] 聚合物在控释剂中的重量比例为0.1-45%，聚合物包括单聚合物及共聚物，具体为以下物质中的一种或多种组合物：聚乙烯乙酸、聚乙烯乙醇、聚醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇共聚物，乙醛纤维素、碳化甲醛纤维素，进一步较理想的聚合物配比为聚乙烯乙醇、聚乙烯乙酸、碳化甲醛纤维素为40：40：20。催化剂为Glycol （乙二醇）及其衍生物， propylene glycol（丙二醇）或者 polyethylene glycol and diethylene glycol（聚乙二醇和二甘醇），催化剂在聚合物中的重量比例为0.01-1%；进一步较理想的催化剂为 propylene glycol（丙二醇）。

[0013] B：选择生物碳及吸附剂配料

[0014] 生物碳及吸附剂在控释剂中的重量比例为50%-90%，其中的生物碳由生物物质如桔杆等，通过无烟焦化技术产生。吸附剂包括：钙膨润土及衍生物、沸石粉、钠硅酸、激活粘土及矿化物质，吸附剂在缓释剂形成中起焦化作用，生物碳和吸附剂的比例为90：10；

[0015] C：高生物碳控释剂的生产

[0016] 把上述AB步骤中选取的聚合物配料，生物碳及吸附剂配料按上述比例彻底混合，将混合料的粒径控制在60-200目（网格），混合的温度为45-65℃；

[0017] D：制作控释肥料

[0018] 把高生物碳控释剂和肥料彻底混合，其中高生物碳控释剂和肥料中的NPK重量比例为（20-60）：(80-40)，混合物送入80-100℃蒸汽中造粒，颗粒肥料经干燥、冷却、筛分后即成高生物碳控释肥料。

[0019] 本发明包括一种或多种聚合物，生物碳和其他吸附剂，生物碳由无烟焦化技术用作物残留物产生，聚合物在制备过程中形成一个微矩阵并结合生物碳形成独特的控释技术。

[0020] 本发明采用微矩阵及微吸附技术，使生物碳和吸附剂在高温高湿（100℃蒸汽）和催化剂共同作用形成聚合微矩阵和对NPK形成微包膜和微吸附。不但能提供多个控释机理，以满足作物各阶段养分与需要并能利用生物碳化达到贮碳和减少农田温室气体（CH4,N2O等）排放的功能。

[0021] 本发明无任何原材料浪费，生产成本低，和传统工艺比较能节省90%以上能耗并能直接用于现有肥料生产工艺。本发明将特定选择的聚合物经特殊工艺，产生能结合生物碳及其他吸附物质的微矩阵及微包膜以解决一般包膜控释技术工艺复杂，成本高，效率单一及最重要的不能融入生物碳及其他吸附物的问题。

[0022] 用本发明生产的缓释肥料具有配方应用灵活，改善作物养分利用率，减少植物化学伤害作用。减少养分流失，从而减少面源环境污染。更重要的是本技术能有效贮碳并减少温室气体如CH4,N2O等的排放。在低碳农业中起到重要的作用，每吨肥料可固定200到900公斤生物碳。比较常规包膜控释技术，本技术能提高产率，减少成本，节省原材料和能耗。由表1可见，本发明与不施肥和施用化学复合肥后亩产量的对比。表2是四种肥料施入土壤中对碳、二氧化碳的影响，可见本发明在贮碳并减少温室气体排放的作用显著。

[0023] 表1是在水稻田三种基肥施肥对照的产量表

[0024]施肥品种 每亩施用量（kg） 每亩产量（kg）
不施肥 424
施用45%的化学复合肥 50kg 695
施41%水稻型高生物碳聚合物微短阵控释肥料。 50kg 736

[0025] 表2：四种肥料施入土壤中对碳、二氧化碳的影响

[0026]添加高生物碳缓释剂的数量 施肥量（kg） 固碳量（kg） 减少CO2量（kg）不添加的化学肥料 1000 无 无
添加20%的化学肥料 1000 40--60 147-220
添加30%的化学肥料 1000 60--90 220-330
添加40%的化学肥料 1000 80--120 294-440

附图说明

[0027] 图1是本发明中高生物碳控释肥料的结构示意图；

[0028] 图2是本发明的工艺流程图；

[0029] 图3是三种肥料的肥效释放曲线。

具体实施方式

[0030] 如图1所示，本发明所述的高生物碳控释肥料，其主要由高生物碳控释剂和肥料组成，其中高生物碳控释剂和肥料中的NPK比例为（20-60）：(80-40)；所述高生物碳控释剂包括聚合物、生物碳、吸附剂和催化剂，其中聚合物的重量比为0.1-50%，生物碳的重量比为50%-90%，吸附剂的重量比为1%-10%,控释剂粒径为60-200目。

[0031] 高生物碳控释肥料的制备工艺如图2所示，主要包括两部分：

[0032] 1、高生物碳控释剂的制备：

[0033] 实施例1：

[0034] 将聚乙烯乙醇、聚乙烯乙酸、碳化甲醛纤维素按40：40：20的重量比例混合作为聚合物配料，将由桔杆等无烟焦化技术产生的生物碳与作为吸附剂的钙膨润土按90：10重量比例混合；把0.1%重量比的聚合物配料和99%重量比的生物碳及吸附剂混合物，以及0.9%重量比的催化剂丙二醇彻底混合制成高生物碳缓释剂，混合后的粒径控制在80-100目（网格 ），混合的温度为45-65℃。

[0035] 实施例2：

[0036] 将纤维素类聚合物ethlcellalose作为聚合物配料，将由桔杆等无烟焦化技术产生的生物碳与作为吸附剂的沸石粉按90：10重量比例混合；把45%重量比的聚合物配料和54.98%重量比的生物碳及吸附剂混合物，以及0.02%重量比的催化剂乙二醇彻底混合制成高生物碳缓释剂，混合后的粒径控制在80-100目（网格 ），混合的温度为45-65℃。

[0037] 实施例3：

[0038] 将纤维素类聚合物carboxymethycellalose作为聚合物配料，将由桔杆等无烟焦化技术产生的生物碳与作为吸附剂的纳酸钙按50：1重量比例混合；把30%重量比的聚合物配料和69.5%重量比的生物碳及吸附剂混合物，以及0.5%重量比的催化剂聚乙二醇和二甘醇彻底混合制成高生物碳缓释剂，混合后的粒径控制在80-100目（网格 ），混合的温度为45-65℃。

[0039] 2、控释肥料的制备：根据作物生长需要制定，依据NPK及中微量元素的比例。

[0040] 实施例1：

[0041] 将尿素、磷肥一铵、氯化钾作为NPK原料按NPK(22：12：18)配比（添加量80%）和高生物碳缓释剂（添加量20%）粉碎搅拌并充分混合后，送入100℃蒸汽造粒，再将颗粒干燥、冷却、过筛后即制成水稻专用型高生物碳聚合物微短阵控释肥料。图1是本实施例[0042] 实施例2：

[0043] 将氯化铵、重钙、氯化钾作为NPK原料按NPK(16：20：16)配比（添加量70%）和高生物碳缓释剂（添加量30%）粉碎搅拌后充分混合，再送入100℃蒸汽造粒，再将颗粒干燥、冷却、过筛后即制成小麦专用型高生物碳聚合物微短阵控释肥料。

[0044] 实施例3：

[0045] 将硫酸铵、尿素、磷酸一铵、硫酸钾作为NPK原料按NPK(20：12：22)配比（添加量60%）和高生物碳缓释剂（添加量40%）粉碎搅拌后充分混合，再送入80℃蒸汽造粒，再将颗粒干燥、冷却、过筛后即制成果树专用型高生物碳聚合物微短阵控释肥料。

[0046] 3、高生物碳聚合物微短阵控释肥料实验结果

[0047] 图3是三种肥料的肥效释放曲线，Release Rate 释放速率 ，Chemical Fertilizer 化学复合肥料，MSR 18-6-8（rice）一种水稻专用型高生物碳聚合物微短阵控释肥料，Coated compound Fertilizer 包衣复合肥料。

[0048] 化学复合肥料的释放曲线表明，在施到土壤中后，前期NPK养分80%-90%很快就释放出来，中后期释放剩余20%-10%养分。而高生物碳聚合物微短阵控释肥料释放曲线表明，在施到土壤中后，前期NPK养分30%释放出来，中期释放20%-30%养分，后期释放剩余40%-50%养分。包衣复合肥料的释放曲线表明，前期NPK养分10%释放出来，中期释放20%-30%养分，后期释放剩余60%-70%养分。

[0049] 从三种释放曲线分析，施用化学复合肥料，肥料利用率不高，中后期需补施肥料；施用包衣复合肥料，肥料利用率较高，但前期需补施肥料；施用高生物碳聚合物微短阵控释肥料，肥料利用率高，前期、中期、后期养分较均匀释放，可一次性施肥。