[发明专利]木质素增效氮肥的制备方法

说明书

本发明提供一种增效氮肥的制备方法。其特征在于所用增效剂的主要材料是制浆造纸黑液回收的木质素。本发明将肥料改性、提高化学肥料利用率与制浆造纸废水处理回收物利用、削减肥料流失对环境的污染、改善生态环境融为一体。本发明从属新型肥料与生态环境改善技术研究领域。

根据世界粮农组织调查，世界粮食增产的50％左右是增施化肥的结果。人口的快速增长和粮食供需矛盾的加剧，使得以追求农作物产量为目的的农业生产对化肥的依赖性日益增强。1995年我国的化肥总用量达到了约3600万吨。为满足人口不断增长对粮食的供求需要，在今后相当长的时间内，化肥施用仍然是提高粮食产量的主要措施之一。

近40年来，世界化肥施用量增加了近20倍，而粮食产量仅增加约4倍。我国在1994年前的10年中化肥增施了近1倍，但是粮食产量的增加不足10％。无疑，肥料利用率不高是最主要的原因之一。我国化肥利用率较发达国家低约15个百分点，这不仅给国家带来巨大的经济损失，增加了农民的负担，造成了能源和资源的巨大浪费，同时，流失到环境中的肥料也给生态环境带来日益增多的环境危害。构成了影响我国农业及国民经济持续发展、国民生存环境的又一个重大问题。因此，化肥利用率的下降已经成为当今世界各国，特别是中国这样耕地资源短缺、人口压力巨大的国家所迫切需要解决的重大问题，是我国21世纪16亿人口食物安全保证和农业经济可持续发展所需要解决的重要的关键技术问题，意义重大。

氮素肥料是植物生长的生命要素。统计资料表明，我国每年氮素化肥施用量约两千万吨。传统的氮素化学肥料施入田间损失严重，利用率低。研究表明，氮肥利用率平均约30-40％，也就是说，在整个作物生长期有约60％的肥料氮素流失而不能得到利用。施入田间的氮素肥料，在不良的气候等条件下，挥发逸入大气环境；随水下渗脱离作物可吸收层，径流进入水体环境造成损失和环境污染。因此，研究增效肥料生产技术，提高化肥的利用率，减少有效成分损失及因此造成的生态环境影响十分必要。

我国对氮肥利用率的研究开展的较早，近些年取得了多项研究成果和发明专利，如硝化抑制剂、脲酶抑制剂、氨稳定剂等的研究；如大颗粒尿素、涂层尿素、尿素衍生物、高聚物肥料、包衣肥料、长效碳铵等长效肥料研制。部分品种陆续得到应用，取得了较好的效果。综合分析国内外增效肥料的研制方法和应用实践表明，多数技术的注意力集中在提高肥效、增加肥料利用率，而忽略了对肥料持续应用对改善土壤环境质量、提高土壤综合肥力、减轻土壤污染、保护农业生态环境方面的考虑和必要的措施。对所用的材料多注重增长肥效，而其在累计应用后对土壤结构及其在环境中的行为与综合生物效应尚未顾及。如过量硫在土壤中积累对植物生长不利，某类物质如氢醌使用时稍有过量就会造成对植物、土壤的毒性危害。一些聚合物很难被土壤生物降解而逐年积累在土壤中，对土壤、植物造成潜在的、如白色污染性的危害。这种短期效应不符合农业持续发展的要求。另一些技术由于工艺繁复，条件苛刻，材料来源缺乏，价格昂贵，加工成本高，也使得推广应用受到限制。因此研究开发提高氮素肥料利用率、增加农作物产量并有益农业生态环境保护综合效益的增效肥料是更加必要的。

我国是个农业大国，农作物秸杆十分丰富，每年可自然再生约5亿余吨，是一种具有巨大潜在应用价值的资源。木质素是广泛存在于各种植物中的十分丰富的天然高分子聚合物，约占植物秸杆总重量的20％。当前，植物秸杆利用的一种最有效方式之一是制浆造纸。然而，植物秸杆中的木质素多数在制浆过程中以无效成分被分离出去，形成制浆黑液污染物，不仅可贵的资源被浪费，而且造成严重的水体环境污染。回收木质素是处理制浆黑液最有效的途径之一。将木质素应用于制备增效肥料，即可促进制浆造纸黑液严重的环境污染，又可以开辟新的资源途径，对消减矿储资源开采日间枯竭对经济可持续发展带来的后患有重要作用。木质素是一种酚型三度空间带分枝的网状结构高分子聚合物，具有同腐殖质相同和更优良的性能。木质素对土壤脲酶活性有一定的抑制作用。木质素结构单元中的活性官能团，对肥料活性离子有较强的吸附、螯合、络合能力。以木质素为主要材料对化肥改性，一方面可以改善化肥性能，降低普通肥料的水溶性，减少环境流失，提高肥料利用率；另一方面，其自身最终被转变成腐殖质溶入土壤，有助于改良土壤性能，增加肥力，提高土壤保肥保水的性能，可实现节肥增产、保护农业生态环境。这种优良的性能是其他合成材料都不能比拟的。

本发明利用造纸黑液回收的木质素作为肥料增效剂对化学肥料进行改性，与氮化肥复配、合成，制成缓释、增效的氮肥料，达到提高肥效、改善土壤结构的作用。