[发明专利]一种秸秆炭基高吸水缓释肥料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于缓释肥料领域，尤其涉及一种秸秆炭基高吸水缓释肥料及其制备方法。

背景技术

化肥在农业生产中占有重要地位，是农业生产中最大的物质投资，约占其全部生产性支出的50％。但长期的农业生产实践表明，肥料利用率低是化肥施用上普遍存在的问题，国外肥料的利用率一般为50％～55％，我国化肥的利用率一般为30％～35％，比国外低20个百分点，这不仅造成了直接的经济损失，同时也引起了严重的环境污染。

另一方面，在农业生产中，水也是极为关键的因素之一，水资源缺乏和利用率低的问题日益突出，已成为农业生产发展的严重问题。近年来出现的缓释肥料技术与高吸水性树脂复合一体化的具有吸水保水功能的缓释肥料是提高肥料利用率、节水增效的重要技术，并已成为国内外化肥革新的研究热点，这一领域的竞争也十分激烈。因此，加快对吸水保水功能缓释肥料的研究和推广应用，并形成自主知识产权十分急迫。目前，肥料与高吸水性树脂的结合方式主要有三种：一是物理吸附法，即用高吸水性树脂吸收一定浓度的肥料水溶液，再进行干燥和粉碎；二是物理互混法，该法将高吸水性树脂和肥料以一定比例混合；第三种是高吸水性树脂包膜法，这种方法以肥料颗粒为核心，在其外层包覆一层高吸水性树脂。其中，第二种方法将肥料与高吸水树脂直接混合，缓释性能较差；第一种方法制备步骤较多，肥料的吸附和吸附后的凝胶干燥非常耗时；第三种方法制备的肥料与高吸水树脂复合物缓释性能较好，但制备工艺复杂，成本较高。

虽然，国内外对缓释肥料的研究已开展多年，但缓释肥料的推广应用仍面临许多问题，其中一个突出问题是缓释肥料的制备工艺相对复杂，价格较贵，通常是常规肥料的3～8倍。

因此，研究开发新的缓释肥料及简单的制备工艺，降低缓释肥料的成本对于缓释肥料的应用推广具有重要意义。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种低成本、吸水保水性好的秸秆炭基高吸水缓释肥料；本发明的第二目的是提供该缓释肥料的制备方法。

技术方案：本发明的秸秆炭基高吸水缓释肥料，所述肥料包埋在秸秆基炭高吸水树脂中，其中，所述秸秆基炭通过秸秆炭化制备而得，秸秆基炭高吸水树脂为秸秆基炭与高吸水树脂的复合物。

其中，本发明的秸秆基炭由秸秆炭化后形成的具有多孔结构的活性炭，其对肥料具有更强的吸附能力，高吸水树脂的三维聚合物网络结构阻碍了肥料的扩散，肥料(例如尿素以针状结晶)被均匀包埋在秸秆基炭高吸水树脂中，制备的复合材料同时具有高吸水性和对肥料的缓释性双重功能。此外，本发明的缓释肥料可制成颗粒状，方便运输。

上述秸秆为水稻秸秆或小麦秸秆。

本发明秸秆炭基高吸水缓释肥料的制备方法，包括如下步骤：

(1)秸秆在250～300℃隔绝氧气条件下热解得到秸秆基炭，并将秸秆基炭粉碎至100目以下；

(2)在反应器中将秸秆基炭、交联剂、肥料、碱、水和丙烯酸单体混合，通入氮气或惰性气体除去反应体系中的氧，搅拌后于20～30℃保温，再加入引发剂，反应得凝胶；

(3)将凝胶挤出造粒并干燥得到最终产物。

在步骤(2)中，丙烯酸单体:肥料:秸秆基炭:交联剂:碱:水:引发剂的质量比为1:0.18～1.8:0.1～1:0.001～0.01:0.23～0.54:4～8:0.01-0.03。

引发剂为水溶性氧化-还原引发剂，例如但不限于过硫酸钾-亚硫酸钠、过硫酸胺-四甲基乙二胺或过硫酸钾-亚硫酸氢钠引发剂。

上述丙烯酸是制备高吸水树脂的单体。交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺或聚乙二醇二丙烯酸酯。肥料为可溶于水的氮肥、钾肥、磷肥，或它们的任意组合。碱溶液为KOH或NaOH的水溶液。

上述保温可以采用水浴恒温，保温温度需要控制在上述范围内，温度太低反应很慢，太高反应太快，都不利。

上述搅拌可以采用机械搅拌，搅拌速度可以控制300rpm左右，使反应体系均匀。

上述反应物料的加入顺序可以为先加固体，后加液体，方便操作，例如：在反应器中先加入秸秆基炭、交联剂和肥料，其次加入碱和水，然后加入丙烯酸单体并搅拌混合物，最后加入引发剂。

在步骤(3)中，将所述凝胶挤出造粒后干燥，得到最终产物。这里的干燥可以将挤出造粒后的产物置于真空干燥箱中进行，干燥温度不宜太高，否则会使得肥料分解，通常来说，干燥温度控制在40℃左右，例如40-50℃。