[发明专利]基于生物炭改性的水基聚合物聚丙烯酸酯包膜肥料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于肥料制造技术领域，具体涉及一种基于生物炭改性的水基聚合物聚丙烯酸酯包膜肥料，以及这种基于生物炭改性的水基聚合物聚丙烯酸酯包膜肥料的制备方法。

背景技术

综观国内外研究结果，20 世纪粮食单产的 1/2、总产的 1/3 来自化肥的贡献，中国占世界 10% 的耕地消费了世界 1/3 的肥料，单位面积施肥量是世界平均的 3 倍^[1]。化肥中氮磷钾利用率低，尤其是氮肥，带来了环境、经济和能源压力^[2]。世界各国都逐渐认识到研制缓/控释肥料是提高肥料利用率的最有效措施之一^[3]。控释肥料有提高养分利用率、减少养分损失对环境的污染、降低施肥成本和提高磷、铁等元素的有效性等诸多优点。根据不同的控释方法, 可以将控释肥料分为包膜肥料 (Coated Fertilizers) 和非包膜肥料 ( Uncoated Fertilizers) 两大类，但聚合物包膜肥料因具有较好的控释功能而成为最具发展前景的控释肥料^[4]。

与传统包衣材料相比，具有无毒、不可燃及质优价廉等特点的水基聚合物为环境友好型包膜肥料的研制提供了可能性，并日益成为研究的热点^[5]。应用于包膜肥料生产的丙烯酸酯类材料 GA-1711 通过水基方法合成，但由于其膜强度不足，耐水性较差，在其大规模应用之前，需对其进行改性。

1999 年我国仅作物秸秆一项，资源总量就已达到约 6.4亿吨^[6]，目前更是已超过7亿吨。但是，其中有 33%～40% 被废弃在田间或露天焚烧^[7]，不仅造成了生物质资源的严重浪费，破坏了土壤结构、使生产能力下降，还导致了严重的环境污染，威胁交通运输和人们的生产、生活安全。如果将这些废弃的生物质资源通过炭化技术制备成生物炭，则可在很大程度上解决上述问题。生物炭（biochar）是生物质在缺氧条件下高温裂解形成的物质^[8]。由于灰分含量较高，主体元素为碳原子^[9]，表面有多种官能团^[10]，生物炭具有分解慢、降低重金属和有机污染物生物有效性^[11－15] 等作用，施加于土壤，可以改良土壤，促进作物生长，改变碳循环路径，增加土壤碳汇，减少温室气体的排放^[16]。

[1] 赵秉强, 林治安, 刘增兵. 中国肥料产业未来发展道路——提高肥料利用率 减少肥料用量[J]. 磷肥与复肥, 2008, 23(6): 1-4。

[2] Shaviv A, Mikkelsen R L.Controlled-release fertilizers to increase efficiency of nutrient use and minimize environmental degradation- A review[J].Nutrient Cycling in Agroecosystems,1993, 35: 1-12。

[3] 赵秉强, 张福锁, 廖宗文等.我国新型肥料发展战略研究. 植物营养与肥料学报, 2004, 10(5): 536-545。

[4]杜昌文, 周健民,王火焰.聚合物包膜肥料研究进展[J]. 长江流域资源与环境, 2005, 14(6): 725-730。 

[5] 赵聪. 水基聚合物包膜肥料生产工艺及优化[D]. 北京：中国科学院研究生院,2011。

[6] 中华人民共和国农业部中国农业年检编辑委员会. 中国统计年鉴[M].北京：中国农业出版社, 2000, pp52。

[7] 中国农业部, 美国能源部项目专家组.中国生物质资源可获得性评价[M]. 北京：中国环境科学出版社, 1998: 1-22, 78-79, 101-106。

[8] 谢祖彬, 刘琦, 许燕萍. 生物炭研究进展及其研究方向[J]. 土壤，2011, 43(6): 857-861。

[9] 张鹏, 武健羽, 李力等. 猪粪制备的生物炭对西维因的吸附与催化水解作用[J]. 农业环境科学学报, 2012, 31(2): 416-421。

[10] Johannes L, Stephen J. Biochar for environmental management science and technology[M]. London: Earthscan, 2009。