[发明专利]一种含微量稀土及纳米碳的液态肥料增效剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种液态肥料增效剂的制备方法，更具体地说，尤其涉及一种含微量稀土及纳米碳的液态肥料增效剂的制备方法。

背景技术

在中国，已探明稀土工业储量为5370万吨，约占全世界的53%。稀土资源的开发利用给我国带来巨大的经济效益，同时也引发了相应的环境问题，稀土废水的处置和综合利用就是一个重要的问题。稀土工业废水种类很多，其中氨氮废水是稀土冶炼过程中水量很大的一类废水，氨氮废水又主要有包括硫铵废水和氯铵废水两种。硫铵废水来源于稀土分离氨皂化及生产碳酸稀土过程，主要污染物为硫酸铵，还含有大量的Mg²⁺ 、Ca²⁺ 、C1^-等杂质离子，废水成分比较复杂。

氯铵废水来源于稀土萃取分离生产过程。在萃取之前，为了提高萃取剂的萃取容量，一般要对萃取剂先进行皂化，目前使用的皂化剂主要是液氨或氨水，萃取反应的结果是稀土进入有机相，而NH⁴⁺进入水相成为污染源。由此产生的氯铵废水的主要污染物为氯化铵，由于在生产过程中所用的水为纯净水，因此废水中其它杂质很少。但是NH⁴⁺是一种污染性较强的营养性污染物，如果直接排放不仅加重了环境的负担，而且高浓度的NH⁴⁺也没得到有效利用。

稀土农用是近30年来发展起来的一门新兴学科，稀土不但对环境友好，无毒无害，而且具有较好的调节植物生长、增强植物抗旱、抗病性及增加产量等作用。稀土元素在含量非常低的情况下就能对植物的生长起到明显作用。稀土对农作物的作用机制包括以下几个方面：1）改善光合器官形态，提高光合能力；2）促进根系的生长和发育；3）提高作物的抗逆性。

但是，随着稀土在农业上的推广应用，开发合适的稀土资源利用方式和提高农用稀土的利用效率越来越重要。液体肥料就是一种有助于稀土利用的方式。20世纪30年代，美国首先采用液氨作为液体肥料直接施用于农作物并获得成功。1947年以后开始大力推广，50-70年代进人高速发展时期。目前，国际肥料消费正在向高浓度、复合化、液体化、缓效化的方向发展。液体肥料由于具有生产费用低、养分含量高、易于复合、能直接被农作物吸收、便于配方施肥（平衡施肥）和机械化施肥等诸多优点，越来越受到各国的普遍关注。

因此，如果能将稀土萃取皂化过程中产生的含有微量稀土元素的氯铵废水制备成液体肥增效剂，在解决稀土废水处置的同时，可实现资源的集约利用。纳米碳将有助于实现液体肥的增效作用。

纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。纳米碳具有极大的比表面积和极高的比表面能、表面选择吸附性、优异的导电性；具有量子尺寸效应和宏观量子遂道效应；具有优良的环境稳定性，在高温条件下仍具有高强、高韧等奇异性；亲水性极强，在水中的分散性极好。

纳米碳分散于溶液后由于与水分子的水合作用，一般会呈负电荷，因而可通过化学键力吸附根际周围的养分离子。根系分泌物、根系果胶及根系的表面H⁺、HCO₃^- （碳酸氢根）离子也能捕获纳米碳，因此，纳米碳有助于携带养分离子聚集到根系表面。由此根系表面养分离子浓度升高，通过顺化学势梯度，促进各种养分大量进入根系细胞，从而提高肥料养分的利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产成本低，能有效利用氯铵废水的含微量稀土及纳米碳的液态肥料增效剂的制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种含微量稀土及纳米碳的液态肥料增效剂的制备方法，包括下述步骤：

（1）从稀土萃取分离过程中收集氯铵废水，所述氯铵废水的pH值为5.0～7.0，NH⁴⁺为5～15g/L，含有的微量稀土元素可以是镧、铈、镨、钕、钐、铕 镝或铽并且含量小于0.1g/L；其它杂质含量小于0.001g/L； 

（2）电解液的制备，往收集的氯铵废水中加入分散剂配制成电解液；

（3）纳米碳的制备，采用电解法制备纳米碳，将两块石墨电极放入装有上述电解液的电解槽中，采用脉冲电源，脉冲频率为10～20Hz，脉冲电压幅值：12～15V，波形为方波或三角波；电流密度为2～4 mA/cm²，温度为20～50℃，经过12～120 h的电解处理，即可制备成含微量稀土及纳米碳的液体肥料增效剂。

上述的一种含微量稀土及纳米碳的液态肥料增效剂的制备方法中，步骤（1）所述的氯铵废水为稀土萃取分离工艺中氨皂化步骤产生的氨皂废水。