本發(fā)明涉及天然植物纖維綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種秸稈生物質(zhì)炭包裹緩釋肥料的制備方法。
背景技術(shù)：
與傳統(tǒng)肥料相比，包膜緩控釋肥能有效減輕土壤氮素養(yǎng)分的流失。但目前大部分包膜材料均為高分子聚合物，難降解易累積，長(zhǎng)期使用極易破壞土壤結(jié)構(gòu)。因此尋求新的緩釋包膜材料，制備環(huán)境友好型緩釋肥是目前該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。
農(nóng)作物秸稈是籽實(shí)收獲后剩留下的含纖維成分很高的作物殘留物，包括禾谷類、豆類、薯類、油料類、麻類、以及棉花、甘蔗、煙草、瓜果等多種作物的秸稈。我國(guó)的秸稈資源非常豐富，目前僅重要的作物秸稈就有近20種，且產(chǎn)量巨大。農(nóng)作物秸稈中除了含有大量的碳之外，還含有鉀、硅、氮、鈣、鎂、磷等元素，以及纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)和氨基酸等。
生物質(zhì)炭具有高度的孔隙結(jié)構(gòu)，可以增加土壤孔隙度及增強(qiáng)土壤保水能力，降低土壤體積質(zhì)量，有利植物根系生長(zhǎng)；同時(shí)含有大量植物所需的營(yíng)養(yǎng)元素，促進(jìn)土壤養(yǎng)分循環(huán)和植物生長(zhǎng)；還具有較高的生物學(xué)穩(wěn)定性，較強(qiáng)的抵抗微生物分解的能力，可以增強(qiáng)土壤的固碳作用，減少碳向大氣的釋放。如果將生物質(zhì)炭作為膜材料制備包裹型緩釋肥料，不僅能減緩肥料養(yǎng)分釋放速度，提高肥料利用率，而且能帶來良好的生態(tài)環(huán)境效益。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種秸稈生物質(zhì)炭包裹緩釋肥料的制備方法，可以有效解決秸稈處理處置難題和緩釋材料污染問題，具有經(jīng)濟(jì)合理、操作簡(jiǎn)單、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)勢(shì)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種秸稈生物質(zhì)炭包裹緩釋肥料的制備方法，包括以下具體步驟：
（1）預(yù)處理：
將20-30重量份切割好的長(zhǎng)度在1-3cm的農(nóng)作物秸稈置于2wt%的naoh溶液中浸泡2-3小時(shí)，然后取出用蒸餾水洗滌至中性，除去秸稈表面的蠟質(zhì)及其他附著的雜質(zhì)，置于70-85℃的烘箱內(nèi)干燥，粉碎并過100目篩，保存于干燥器中，備用；
（2）將3-9份污泥置于自然條件下風(fēng)干后，移至烘箱中，在85-100℃溫度下烘干至恒重，研磨出粒徑為1-3mm的顆粒，備用；
（3）碳化處理：
將經(jīng)過上述預(yù)處理后的農(nóng)作物秸稈與步驟（2）污泥顆?；旌暇鶆?，放入管式爐中炭化，通入載氣，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)氣體流量，以3-6℃/min的速率升溫至98-110℃，停留10-20分鐘，確保管式爐內(nèi)氧氣排盡且生物質(zhì)處于干燥狀態(tài)，之后以6-10℃/min的加熱速率升溫至350-400℃，保溫40-65分鐘，然后以8-13℃/min的加熱速率，升溫至500-600℃，在該溫度下停留55-80分鐘，之后在持續(xù)通入載氣的同時(shí)停止加熱，自然冷卻后取出，產(chǎn)物用乙醇、蒸餾水反復(fù)洗滌至中性，于98-108℃下干燥至恒重，即得生物質(zhì)炭；
（4）包裹處理：
稱取100-120份粒徑均勻的顆粒尿素倒入轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)鼓中，加熱到35-45℃，向顆粒尿素上噴灑6-12份粘結(jié)劑，將部分上述得到的生物質(zhì)炭加入到轉(zhuǎn)鼓中，同時(shí)噴灑1-3份粘結(jié)劑，使物料滾動(dòng)成粒，反復(fù)多次，直到將所有生物質(zhì)炭包裹完畢，即得產(chǎn)品。
其中，所述的農(nóng)作物秸稈是指水稻秸稈、小麥秸稈、棉秸稈中的一種或一種以上的混合物。
其中，所述的載氣是指氮?dú)馀c二氧化碳的混合氣體，兩者的體積比為3-4:1。
其中，所述的氣體流量為80-100ml/min。
其中，所述的粘結(jié)劑為濃度為5.0%的聚乙烯醇水溶液。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）本發(fā)明使用氮?dú)馀c二氧化碳的混合氣體作為載氣，在碳化處理的低溫條件下，二氧化碳主要充當(dāng)惰性氣體，秸稈纖維炭的熱分解反應(yīng)占主導(dǎo)，之后在高溫條件下，co2能與秸稈炭骨架反應(yīng)，提高碳化速率，增強(qiáng)秸稈炭表面的孔隙結(jié)構(gòu)，增大秸稈炭比表面積、容積率，提高碳材料的物理吸附性能。
（2）本發(fā)明中在秸稈中添加少量污泥，隨著溫度的升高，污泥中的揮發(fā)性氣體逸出，可以起到刻蝕作用，形成多孔結(jié)構(gòu)的活性炭，另一方面制得的炭表面的-oh、-cho官能團(tuán)有較大提高，作為膜材料制備緩釋肥料時(shí)，在土壤中存在一定時(shí)間后表面會(huì)被部分輕度氧化形成羰基、酚基等，這有助于增加土壤的陽離子交換量，對(duì)nh4+和no3-具有較強(qiáng)的吸附特性，從而能夠持留土壤中的氮素，有效降低農(nóng)田土壤氨的揮發(fā)和控制土壤氮養(yǎng)分的淋瀝流失。
具體實(shí)施方式
一種秸稈生物質(zhì)炭包裹緩釋肥料的制備方法，包括以下具體步驟：
（1）預(yù)處理：
將30重量份切割好的長(zhǎng)度在1-3cm的農(nóng)作物秸稈置于2wt%的naoh溶液中浸泡2小時(shí)，然后取出用蒸餾水洗滌至中性，除去秸稈表面的蠟質(zhì)及其他附著的雜質(zhì)，置于85℃的烘箱內(nèi)干燥，粉碎并過100目篩，保存于干燥器中，備用；
（2）將9份污泥置于自然條件下風(fēng)干后，移至烘箱中，在85℃溫度下烘干至恒重，研磨出粒徑為1-3mm的顆粒，備用；
（3）碳化處理：
將經(jīng)過上述預(yù)處理后的農(nóng)作物秸稈與步驟（2）污泥顆粒混合均勻，放入管式爐中炭化，通入載氣，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)氣體流量，以3℃/min的速率升溫至100℃，停留10分鐘，確保管式爐內(nèi)氧氣排盡且生物質(zhì)處于干燥狀態(tài)，之后以6℃/min的加熱速率升溫至380℃，保溫45分鐘，然后以8℃/min的加熱速率，升溫至550℃，在該溫度下停留70分鐘，之后在持續(xù)通入載氣的同時(shí)停止加熱，自然冷卻后取出，產(chǎn)物用乙醇、蒸餾水反復(fù)洗滌至中性，于105℃下干燥至恒重，即得生物質(zhì)炭；
（4）包裹處理：
稱取120份粒徑均勻的顆粒尿素倒入轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)鼓中，加熱到40℃，向顆粒尿素上噴灑7份粘結(jié)劑，將部分上述得到的生物質(zhì)炭加入到轉(zhuǎn)鼓中，同時(shí)噴灑2份粘結(jié)劑，使物料滾動(dòng)成粒，反復(fù)多次，直到將所有生物質(zhì)炭包裹完畢，即得產(chǎn)品。
其中，所述的農(nóng)作物秸稈是指水稻秸稈、小麥秸稈、棉秸稈中的一種或一種以上的混合物。
其中，所述的載氣是指氮?dú)馀c二氧化碳的混合氣體，兩者的體積比為3:1。
其中，所述的氣體流量為80ml/min。
其中，所述的粘結(jié)劑為濃度為5.0%的聚乙烯醇水溶液。