一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜及其制备方法专利检索-不包含在C08L1/00至C08L7/00或C08L89/00至C08L97/00组内的天然高分子化合物或其衍生物的组合物专利检索查询-专利查询网

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一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜及其制备方法
申请号	CN202311093734.4	申请日	2023-08-29	公开(公告)号	CN116855098A	公开(公告)日	2023-10-10
申请人	孟书羽;			发明人	刘艺; 肖楚严; 包欣鹭; 隋鹏翔;
摘要	本发明公开了一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜及其制备方法，涉及农业生产技术领域，原料按照重量份数计，包括以下组分：棉花秸秆浆料150~200份、聚乙烯醇80~100份、腐殖酸 40~60份、成膜剂20~30份、壳聚糖15~20份、明胶10~15份、微生物菌粉10~15份、除草剂 5~10份、磷酸二氢铵溶液5~10份、氯化钙溶液3~8份、分散剂3~5份，将各原料有序混合反应，最后利用喷雾干燥技术和光谱分析检测技术对成品进行加工和检测。发明解决的技术问题在于提供一种棉花秸秆组分全利用、工艺简单、环境友好的全生物可降解的液态地膜，使其在满足保温、保墒效果的同时，达到改善土质、增加土壤肥力的效果。
权利要求	1.一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜，其特征在于，原料按照重量份数计，包括以下组分：棉花秸秆浆料150 200份、聚乙烯醇80 100份、腐殖酸40 60份、成膜剂20 30份、壳聚~ ~ ~ ~ 糖15 20份、明胶10 15份、微生物菌粉10 15份、除草剂5 10份、磷酸二氢铵溶液5 10份、氯~ ~ ~ ~ ~ 化钙溶液3 8份、分散剂3 5份。 ~ ~ 2.根据权利要求1所述一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜，其特征在于，所述棉花秸秆浆料的制备方法如下：将棉花秸秆除尘粉碎，过20 40目筛，加入秸秆4 5倍重量的水浸泡~ ~ 1h，再加入质量浓度为10％的氢氧化钠溶液（加入量为秸秆重量的5 10％），150 180℃蒸煮~ ~ 1 2h，得到棉花秸秆浆料。 ~ 3.根据权利要求2所述一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜，其特征在于，氢氧化钠的加入量为秸秆重量的5 10％。 ~ 4.根据权利要求1所述一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜，其特征在于，所述微生物菌粉中包括一种诱变乳酸乳球菌和功能菌。 5.根据权利要求1所述一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜，其特征在于，所述功能菌选自李氏木霉菌、解淀粉芽孢杆菌中的至少一种；进一步，所述微生物菌粉中，所述一种诱变乳酸乳球菌与所述功能菌的质量比为3～5： 1。 6.根据权利要求1所述一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜，其特征在于，所述交联剂为腐殖酸。 7.根据权利要求1所述一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜，其特征在于，所述成膜剂为淀粉或聚丙烯酸。 8.根据权利要求1所述一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜，其特征在于，所述膜液与壳聚糖溶液的比例体积比为1:0.25～4。 9.根据权利要求1所述一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜，其特征在于，所述磷酸二氢铵溶液浓度为5% 9%，所用的氯化钙溶液浓度为3% 7%。 ~ ~ 10.根据权利要求1所述一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜，其特征在于，所述生物可降解液态地膜秸秆纤维素与红外光谱的相对系数达0.9571，相对偏差在4 5.8%内即为合~ 格。
说明书全文	一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜及其制备方法技术领域 [0001] 本发明涉及农业生产技术领域，具体涉及一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜及其方法。背景技术 [0002] 地膜覆盖技术的发明在农业发展历史上是一个重要的里程碑，对增产增收具有重大意义。中国在20世纪70年代引入地膜技术，根据统计年鉴数据显示，中国地膜年使用量占世界年使用总量的90%左右。 [0003] 随着地膜覆盖技术普及和应用，地膜残留污染问题日益严重。调查资料显示，长期2 使用地膜覆盖技术种植的农田土壤中地膜残留量在71.9 259.1 kg/hm 之间，目前全国农~ 田平均地膜残留量为4 6公斤/亩。地膜残留污染阻碍土壤中水的渗透，影响土壤吸湿性，降~ 低土壤通透性，影响土壤微生物活动和土壤肥力，土壤中残膜导致作物出苗慢，出苗率低。还有很多种植户对回收的地膜进行焚烧处理，造成大气污染，产生有毒气体，影响空气质量，增加雨水酸度，使土壤受到污染导致土地生产力降低。 [0004] 地膜应用带来了巨大的农业经济效益，但是随之而来的“白色污染”问题给土壤和环境带来了严重的负担。生物可降解液态地膜（简称液态地膜）产品是由多种天然高分子材料经特殊加工制成的一种乳状悬浊液,兑水喷施在土壤表层,形成一层多分子的网状胶体薄膜,将土壤颗粒连接起来,起到地膜的作用,封闭土壤表面孔隙,阻隔和抑制土壤水分蒸发,但不影响外界水分的渗入,具有增温、保墒、保苗的功能,同时,液态地膜受光、热、土壤中微生物作用下在一定时间内自然分解为腐植酸类有机肥,液态地膜本身及降解后产物无毒无污染。液态地膜既可以人工操作也可以机械喷施,不受地势地貌的限制,对地形地貌适应能力强,可以替代农业生产中普遍使用的塑料地膜。 [0005] 生物可降解液态地膜不仅保留了传统地膜增温保墒的功能，甚至在某些方面优于传统地膜，且能够在环境中最终降解为无毒无害产品，是解决农田残膜污染的重要途径。 [0006] 中国的棉花生产和消费位居世界前列，具农业部统计数据显示，近十年中国年均棉花种植面积为7735万亩，占全球种植面积的15%；年均总产量630万吨，产量占全球总产量25%；年均棉花消费量高达886万吨，消费量份额达到40%。作为棉花产业的副产物，棉杆的产生量是棉花产量的3 5倍，中国每年棉杆的产量约2280万吨。 ~ [0007] 中国每年生产大量棉秸秆，采用物理、化学、生物等多种处理方法，但耗费大量的人力、物力，速度缓慢且带来的短期增肥效益不显著，因此人们普遍选择焚烧或直接丢弃的处理方法。大量秸秆直接焚烧导致资源的浪费，还带来一系列的生态环境问题。棉秆焚烧不仅造成环境污染还会改变土壤结构，进一步导致作物减产，影响农业可持续发展。 [0008] 但是，若将数量庞大的棉花秸秆赋予其资源属性，无疑在减少碳排放的同时，对于当地的社会、经济和生态都会产生正面的影响。 [0009] 因此，棉花秸秆作为天然高分子材料，将其应用于生物可降解液态地膜的研发，实现废弃棉花秸秆的资源化研究和利用成为技术突破的重点。发明内容 [0010] 为解决上述问题，本发明提供了一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜及其制备方法。 [0011] 本发明提供了一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜，其特征在于，以棉花秸秆生物质发酵液和羟基磷灰石复合物为原料获得； [0012] 本发明解决的技术问题在于提供一种棉花秸秆组分全利用、工艺简单、环境友好的全生物可降解的液态地膜，使其在满足保温、保墒效果的同时，达到改善土质、增加土壤肥力的效果； [0013] 所述棉花秸秆生物质发酵液采用棉花秸秆经微生物发酵得到； [0014] 所述棉花秸秆生物质发酵液和羟基磷灰石复合物的质量比为1：10～40。 [0015] 所述微生物菌粉中包括一种诱变乳酸乳球菌和功能菌； [0016] 所述功能菌选自李氏木霉菌、解淀粉芽孢杆菌中的至少一种； [0017] 进一步，所述微生物菌粉中，所述一种诱变乳酸乳球菌与所述功能菌的质量比为3～5：1。 [0018] 进一步，原料按照重量份数计，包括以下组分：棉花秸秆浆料150 200份、聚乙烯醇~80 100份、腐殖酸40 60份、成膜剂20 30份、壳聚糖15 20份、明胶10 15份、微生物菌粉10~ ~ ~ ~ ~ ~ 15份、除草剂5 10份、磷酸二氢铵溶液5 10份、氯化钙溶液3 8份、分散剂3 5份； ~ ~ ~ ~ [0019] 本发明的技术方案如下： [0020] 一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤： [0021] （1）将秸秆除尘、粉碎，加入反应池中，然后加入水，浸泡后进高浓磨磨浆。磨浆后加到反应罐中，加入氢氧化钠，蒸煮，得到棉花秸秆浆料； [0022] （2）将步骤（1）中的棉花秸秆浆料磨浆后加到反应罐中，并加入微生物菌剂，混合均匀后控制温度、湿度，在弱碱性环境下反应。放浆后经过筛选去除杂质得到粗浆，粗浆进低浓磨磨浆，然后经挤浆机脱水，再经疏解机进行疏解。 [0023] （3）将步骤（2）制得的浆液混合物与聚乙烯醇溶液在75 90℃下搅拌处理30~ ~40min，在75 90℃下，加入交联剂、成膜剂继续反应60 70min，制得膜液； ~ ~ [0024] （4）将步骤（3）制得的膜液缓慢加入壳聚糖酸性溶液中，60 70℃下混匀，然后按比~例加入明胶，溶解，搅拌反应80～100min，制备得到复合膜液； [0025] （5）将步骤（4）制得的复合膜液和磷酸二氢铵溶液搅拌混和，然后依次加入氯化钙溶液、除草剂、分散剂，混合后搅拌得到生物可降解液态地膜； [0026] 根据本发明优选的，步骤（1）中的秸秆为棉花秸秆。 [0027] 根据本发明优选的，步骤（1）中秸秆粉碎过20 40目筛。~ [0028] 根据本发明优选的，步骤（1）中的水重量约为秸秆重量的4 5倍。~ [0029] 根据本发明优选的，步骤（1）中的浸泡时间为1h。 [0030] 根据本发明优选的，步骤（1）中氢氧化钠的加入量为秸秆重量的5 10％.~ [0031] 根据本发明优选的，步骤（1）中的蒸煮温度150 180℃，蒸煮时间为1 2h。~ ~ [0032] 根据本发明优选的，步骤（2）中所述微生物菌粉重量为磨浆总量的3 5%。~ [0033] 根据本发明优选的，步骤（2）中混合均匀后控制温度为25 28℃，湿度为50 85%，弱~ ~碱性环境，反应时间3 4小时。 ~ [0034] 根据本发明优选的，步骤（3）中所述交联剂为腐殖酸。 [0035] 根据本发明优选的，步骤（3）中所述成膜剂为淀粉或聚丙烯酸。 [0036] 根据本发明优选的，步骤（4）中所述膜液与壳聚糖溶液的比例体积比为1:0.25～4。 [0037] 根据本发明优选的，步骤（5）中所述磷酸二氢铵溶液浓度为5% 9%，所述氯化钙溶~液浓度为3% 7%。 ~ [0038] 根据本发明优选的，步骤（5）中所述生物可降解液态地膜秸秆纤维素与红外光谱的相对系数达0.9571，相对偏差在4 5.8%内即为合格。~ [0039] 本发明的有益效果在于：本发明生产的生物可降解液态地膜利用废弃棉花秸秆为原料，实现了废弃秸秆的资源化利用，减少了废弃秸秆随意丢弃、燃烧等对环境的污染。在农业生产活动中，本生物可降解液态地膜可天然降解，减少传统塑料地膜白色污染，同时具有生理活性，降解时通过羟基磷灰石复合物的降解缓慢释放养分，契合作物生长规律，提高作物产量，改善土壤质量。实施方式 [0040] 为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 [0041] 实施例1 [0042] 一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜的制备方法，包括以下步骤： [0043] 将棉花秸秆除尘粉碎，过20目筛，加入秸秆4.2倍重量的水浸泡1h，再加入质量浓度为10％的氢氧化钠溶液（加入量为秸秆重量的7.3％），160℃蒸煮1.2h，得到棉花秸秆浆料。 [0044] 将155份秸秆蒸煮浆料与12份微生物菌粉混合均匀，控制温度为25℃，湿度为62%，弱碱性环境，反应时间3.3小时。再与87份聚乙烯醇混合，在79℃下搅拌处理33min，加入44份腐殖酸交联，交联反应完成后，21份成膜剂继续反应64min，加入壳聚糖（体积比为1:2.87）65℃下混匀、明胶13份搅拌反应83min，再加入6份7.2%的磷酸二氢铵溶液、4份浓度为 4.9%的氯化钙溶液搅拌混和，最后加入除草剂7份、淀粉3份，充分搅拌直至成均一体系，即可得到棉花秸秆基生物可降解液态地膜。 [0045] 实施例2 [0046] 一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜的制备方法，包括以下步骤： [0047] 将棉花秸秆除尘粉碎，过40目筛，加入秸秆4.6倍重量的水浸泡1h，再加入质量浓度为10％的氢氧化钠溶液（加入量为秸秆重量的8.8％），167℃蒸煮1.8h，得到棉花秸秆浆料。 [0048] 将184份秸秆蒸煮浆料与14份微生物菌粉混合均匀，控制温度为28℃，湿度为66%，弱碱性环境，反应时间3.3小时。再与93份聚乙烯醇混合，在78℃下搅拌处理36min，加入58份腐殖酸交联，交联反应完成后，24份成膜剂继续反应69min，加入壳聚糖（体积比为1:3.98）61℃下混匀、明胶11份搅拌反应97min，再加入9份8%的磷酸二氢铵溶液、6份浓度为6%的氯化钙溶液搅拌混和，最后加入除草剂8份、淀粉5份，充分搅拌直至成均一体系，即可得到棉花秸秆基生物可降解液态地膜。 [0049] 实施例3 [0050] 一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜的制备方法，包括以下步骤： [0051] 将棉花秸秆除尘粉碎，过30目筛，加入秸秆4.8倍重量的水浸泡1h，再加入质量浓度为10％的氢氧化钠溶液（加入量为秸秆重量的7.7％），166℃蒸煮1.3h，得到棉花秸秆浆料。 [0052] 将173份秸秆蒸煮浆料与14份微生物菌粉混合均匀，控制温度为26.8℃，湿度为67.9%，弱碱性环境，反应时间3.8小时。再与90份聚乙烯醇混合，在53℃下搅拌处理35min，加入50份腐殖酸交联，交联反应完成后，27份成膜剂继续反应63min，加入壳聚糖（体积比为 1:2.88）67℃下混匀、明胶13份搅拌反应90min，再加入7份7.2%的磷酸二氢铵溶液、5份浓度为4.6%的氯化钙溶液搅拌混和，最后加入除草剂8份、聚丙烯酸4份，充分搅拌直至成均一体系，即可得到棉花秸秆基生物可降解液态地膜。 [0053] 实施例4 [0054] 一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜的制备方法，包括以下步骤： [0055] 将棉花秸秆除尘粉碎，过40目筛，加入秸秆4.7倍重量的水浸泡1h，再加入质量浓度为10％的氢氧化钠溶液（加入量为秸秆重量的7.6％），156℃蒸煮1.6h，得到棉花秸秆浆料。 [0056] 将174份秸秆蒸煮浆料与14份微生物菌粉混合均匀，控制温度为27℃，湿度为67%，弱碱性环境，反应时间3.6小时。再与89份聚乙烯醇混合，在84℃下搅拌处理36min，加入48份腐殖酸交联，交联反应完成后，27份成膜剂继续反应66min，加入壳聚糖（体积比为1:3.4）66℃下混匀、明胶14份搅拌反应92min，再加入8份7.9%的磷酸二氢铵溶液、6份浓度为5.9%的氯化钙溶液搅拌混和，最后加入除草剂8份、分散剂5份，充分搅拌直至成均一体系，即可得到棉花秸秆基生物可降解液态地膜。 [0057] 实施例5 [0058] 一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜的制备方法，包括以下步骤： [0059] 将棉花秸秆除尘粉碎，过20目筛，加入秸秆4.2倍重量的水浸泡1h，再加入质量浓度为10％的氢氧化钠溶液（加入量为秸秆重量的5.4％），158℃蒸煮1.3h，得到棉花秸秆浆料。 [0060] 将159份秸秆蒸煮浆料与12份微生物菌粉混合均匀，控制温度为26.7℃，湿度为59%，弱碱性环境，反应时间3.3小时。再与86份聚乙烯醇混合，在78℃下搅拌处理33min，加入44份腐殖酸交联，交联反应完成后，23份成膜剂继续反应63min，加入壳聚糖（体积比为1: 2.25）63℃下混匀、明胶12份搅拌反应84min，再加入6份7.7%的磷酸二氢铵溶液、5份浓度为 4.7%的氯化钙溶液搅拌混和，最后加入除草剂6份、聚丙烯酸3份，充分搅拌直至成均一体系，即可得到棉花秸秆基生物可降解液态地膜。 [0061] 实施例6 [0062] 一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜的制备方法，包括以下步骤： [0063] 将棉花秸秆除尘粉碎，过30目筛，加入秸秆4.7倍重量的水浸泡1h，再加入质量浓度为10％的氢氧化钠溶液（加入量为秸秆重量的6.9％），159℃蒸煮1.9h，得到棉花秸秆浆料。 [0064] 将176份秸秆蒸煮浆料与13份微生物菌粉混合均匀，控制温度为27℃，湿度为81%，弱碱性环境，反应时间3.6小时。再与89份聚乙烯醇混合，在84℃下搅拌处理39min，加入54份腐殖酸交联，交联反应完成后，26份成膜剂继续反应67min，加入壳聚糖（体积比为1:3.46）69℃下混匀、明胶13份搅拌反应97min，再加入8份8.4%的磷酸二氢铵溶液、4份浓度为 6.8%的氯化钙溶液搅拌混和，最后加入除草剂9份、分散剂3份，充分搅拌直至成均一体系，即可得到棉花秸秆基生物可降解液态地膜。 [0065] 选取5组试验种植田，每组试验田为1亩，5组试验田均在春季同时开始种植等量的、同品种的棉花。1号试验田采用实施例1所得液体地膜（试验组1），2号试验田采用实施例3所得液体地膜（试验组2），3号试验田采用实施例5所得液体地膜（试验组3），4号试验田采用市售地膜（对比组，购自新疆天业公司，PE薄膜，厚度为（0.008±0.0003）mm），5号试验田不使用任何地膜产品（裸地对照组），各组各处理3次重复。种植后，五组试验田的田间管理保持相同标准，棉花发育进程、棉花产量和液体地膜降解时间（降解为有机肥的时间）如下系列表所示： [0066] [0067] [0068] [0069] 由上系列表可知，液态地膜覆盖土壤蒸发量较裸地降低4.27 29.14%。试验组1土~壤蒸发量较裸地降低4.27 16.57%。试验组3和试验组2土壤蒸发量较裸地分别降低15.44~ ~ 29.14%和13.85 19.43%。试验组1、试验组2和试验组3土壤蒸发量较塑料地膜分别增加9.26~ 25.86%、3.70 21.55%和1.85 6.90%。 ~ ~ ~ [0070] 液体地膜覆盖显著提高了棉花的光合效率。叶片净光合速率较裸地对照提高40.20%，产量较裸地对照增产14.39%。蒸腾速率较裸地对照提高了21.88%。气孔导度较裸地对照提高了106.43%。叶片净光合速率与气孔导度呈正相关，当气孔导度增大时，叶片净光合速率随之增大。叶片光合作用效率的提高，合成了较多的碳水化合物，促进了棉籽和纤维的发育。因此，可以认为液体地膜覆盖滴灌棉花生育期间较高的光合作用效率是棉花高产的重要生理原因之一。 [0071] 试验结果表明，喷施本发明的液体地膜对照单株铃数增加0.31 0.67个。液体地膜~2 覆盖产量为4980 5317kg/hm ，比对照增产7.1 14.39%。实践证明，壮苗早发是棉花获取高~ ~ 产的关键，而棉花早发需要一个较好的土壤环境，液体地膜覆盖有利于促进棉花增结铃数、提高铃质量。使用本发明的液体地膜后，可以增加棉花产量，本发明液态地膜具有较好的保墒、增温效果。 [0072] 本发明一种棉花秸秆基生物可降解液态地膜以棉花秸秆为原料，实现了农业废弃物的资源化利用，减少了秸秆废弃对环境的污染，有利于促进作物的生长增产；本发明制备的生物可降解液态地膜相较于传统的塑料地膜更加安全、环保，有利于减少作物种植成本以及农业固废对环境的影响，有效地促进了农业的可持续发展。 [0073] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本发明所示的这些实施例，而是要符合与本发明所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。