一种沙柳秸秆生物质炭基尿素及其制备方法与流程

本发明涉及尿素
技术领域：
，特别涉及一种沙柳秸秆生物质炭基尿素及其制备方法。
背景技术：
：尿素是目前使用量较大的一种化学氮肥，尿素含氮量高，施用后效果明显，无副作用，既可作基肥、追肥，还可作为根外追肥。大量研究表明，现有农业生产水平低下，我国尿素的当季利用率仅为10.8％～40.5％。因此，尿素损失是一个相当严重的问题，它不仅仅是经济的直接损失，更严重的是尿素损失加剧了温室气体排放和水体富营养化。沙柳是沙漠地区特有的大面积生长的沙生灌木，具有“平茬复壮”的生物习性。目前，每年大量平茬后的沙柳、柠条秸秆绝大部分被焚烧简单处理后秸秆还田，这虽然可以补充土壤中碳元素的含量，但焚烧会造成很多营养成分流失，同时导致土壤有机质流失，造成空气污染。由植物形成的，以固定碳元素为目的的木炭被称为“生物质炭”。而生物质炭则可以固定碳元素长达几百年。生物质炭配合尿素复合施用，可延缓尿素释放，降低尿素损失。因此将生物质炭作为尿素载体，与尿素混合或复合制备成生物质炭尿素，这不仅可消除生物质炭养分不足的缺陷，也可赋予尿素缓释功能，提高效用，同时也实现生物质炭的土壤改良功能和固碳功能。目前，还未有利用沙柳制备生物质炭与尿素相结合的技术，因此，研发一种沙柳生物质炭基尿素显得尤为重要。技术实现要素：有鉴于此，本发明提供了一种沙柳秸秆生物质炭基尿素及其制备方法，以解决现有技术中存在的技术缺陷。本发明实施例公开了一种沙柳秸秆生物质炭基尿素，包括以下组分：20-60重量份的沙柳秸秆生物质炭、30-60重量份尿素、5-20重量份膨润土。在本发明的一个示意性的实施方案中，所述沙柳秸秆生物质炭通过以下方法制得：在氮气保护下，将沙柳秸秆从15-25℃以18-22℃/分钟的升温速率加热到110-130℃，并在110-130℃下恒温25-35分钟；将沙柳秸秆从110-130℃以18-22℃/分钟的升温速率加热到250-270℃，并在250-270℃下恒温25-35分钟；将沙柳秸秆从250-270℃以18-22℃/分钟的升温速率加热到390-410℃，并在390-410℃下恒温25-35分钟；将沙柳秸秆从390-410℃以10-16℃/分钟的升温速率加热到440-460℃，并在440-460℃下恒温25-35分钟；将沙柳秸秆从440-460℃以15-20℃/分钟的降温速率冷却到250-270℃，并在250-270℃下恒温25-35分钟；将沙柳秸秆从250-270℃以20-30℃/分钟的降温速率冷却到15-25℃，生成沙柳秸秆生物质炭。在本发明的一个示意性的实施方案中，所述沙柳秸秆生物质炭为20重量份，所述尿素为60重量份，所述膨润土为20重量份。在本发明的一个示意性的实施方案中，所述沙柳秸秆生物质炭为40重量份，所述尿素为55重量份，所述膨润土为5重量份。在本发明的一个示意性的实施方案中，所述沙柳秸秆生物质炭为60重量份，所述尿素为30重量份，所述膨润土为10重量份。在本发明的一个示意性的实施方案中，所述尿素为粉末尿素，所述膨润土的粒度大于150目。本发明实施例公开了一种沙柳秸秆生物质炭基尿素的制备方法，包括：a、在氮气保护下，将沙柳秸秆进行炭化裂解，生成沙柳秸秆生物质炭；b、将20-60重量份的步骤a得到的沙柳秸秆生物质炭、30-60重量份尿素、5-20重量份膨润土混合，加入水分后调匀，得到混合后的物料；c、将所述混合后的物料经过挤压造粒、抛圆和烘干，得到所述沙柳秸秆生物质炭基尿素。在本发明的一个示意性的实施方案中，所述步骤a包括：a11、将沙柳秸秆从15-25℃以18-22℃/分钟的升温速率加热到110-130℃，并在110-130℃下恒温25-35分钟；a12、将沙柳秸秆从110-130℃以18-22℃/分钟的升温速率加热到250-270℃，并在250-270℃下恒温25-35分钟；a13、将沙柳秸秆从250-270℃以18-22℃/分钟的升温速率加热到390-410℃，并在390-410℃下恒温25-35分钟；a14、将沙柳秸秆从390-410℃以10-16℃/分钟的升温速率加热到440-460℃，并在440-460℃下恒温25-35分钟；a15、将沙柳秸秆从440-460℃以15-20℃/分钟的降温速率冷却到250-270℃，并在250-270℃下恒温25-35分钟；a16、将沙柳秸秆从250-270℃以20-30℃/分钟的降温速率冷却到15-25℃，生成沙柳秸秆生物质炭。在本发明的一个示意性的实施方案中，所述步骤a还包括：a01、将沙柳秸秆粉碎为1-3mm的长度，然后在60-70℃下烘干；a02、将烘干后的沙柳秸秆放入炭化室，并向炭化室通入纯度为99.99％、流量为200-500ml/min的氮气。在本发明的一个示意性的实施方案中，在步骤b中，所述尿素为粉末尿素，所述膨润土的粒度大于150目。在本发明的一个示意性的实施方案中，在步骤c中，所述挤压造粒的压缩比为(2.5-5)：1，所述烘干的温度选择为80-90℃。本发明公开的沙柳秸秆生物质炭基尿素及其制备方法，通过将沙柳秸秆生物质炭、尿素、膨润土的三种组分相结合，利用沙柳秸秆生物质炭对尿素的缓释释放作用，提高尿素的利用率，还可增加土壤有机质含量，提高土壤保水保肥的能力。附图说明图1是本发明实施例的沙柳秸秆生物质炭基尿素的制备方法的流程图；图2是本发明实施例的沙柳秸秆生物质炭基尿素的制备方法的步骤a的详细流程图。具体实施方式下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述。为了解决现有技术中尿素存在的缺陷，本发明实施例提供了一种沙柳秸秆生物质炭基尿素及其制备方法，以解决现有技术中存在的技术缺陷。本发明实施例公开的沙柳秸秆生物质炭基尿素，包括以下组分：20-60重量份的沙柳秸秆生物质炭、30-60重量份尿素、5-20重量份膨润土。可选地，在一种优选的配比中，沙柳秸秆生物质炭基尿素的组分为：沙柳秸秆生物质炭为20重量份，所述尿素为60重量份，所述膨润土为20重量份。可选地，沙柳秸秆生物质炭基尿素的组分为：沙柳秸秆生物质炭为40重量份，所述尿素为55重量份，所述膨润土为5重量份。可选地，沙柳秸秆生物质炭基尿素的组分为：沙柳秸秆生物质炭为60重量份，所述尿素为30重量份，所述膨润土为10重量份。其中，生物质炭是在完全或部分缺氧的情况下热解产生的一类含碳量在50％-85％的高度芳香化物质。由于其高度芳香化结构，因而具有高度的生物与化学稳定性，所以能长期存在于环境中而不被矿化。生物质炭进入土壤后对土壤的基本理化性质具有显著的改善作用。生物质炭不仅可以补充土壤中的养分，还可以有效地保存养分和水分，进而提高土壤的肥力。因为生物炭可延缓肥料释放，降低肥料损失。因此将沙柳秸秆生物质炭作为尿素的载体，与尿素混合或复合制备成沙柳秸秆生物质炭尿素，这不仅可消除沙柳秸秆生物质炭养分不足的缺陷，也可赋予尿素的缓释功能，提高肥效和土壤保水性能，同时实现生物质炭的土壤改良功能和固碳功能。其中，沙柳秸秆生物质炭通过以下方法制得：在氮气保护下，将沙柳秸秆从15-25℃以18-22℃/分钟的升温速率加热到110-130℃，并在110-130℃下恒温25-35分钟；将沙柳秸秆从110-130℃以18-22℃/分钟的升温速率加热到250-270℃，并在250-270℃下恒温25-35分钟；将沙柳秸秆从250-270℃以18-22℃/分钟的升温速率加热到390-410℃，并在390-410℃下恒温25-35分钟；将沙柳秸秆从390-410℃以10-16℃/分钟的升温速率加热到440-460℃，并在440-460℃下恒温25-35分钟；将沙柳秸秆从440-460℃以15-20℃/分钟的降温速率冷却到250-270℃，并在250-270℃下恒温25-35分钟；将沙柳秸秆从250-270℃以20-30℃/分钟的降温速率冷却到15-25℃，生成沙柳秸秆生物质炭。采用上述方法将沙柳秸秆炭化为沙柳秸秆生物质炭，能够有效保留沙柳秸秆中钾、磷、钙等养分，并且提高肥料的利用率。下表一为沙柳秸秆生物质炭的元素分析表。从表一中的结果来看，制备的沙柳秸秆生物质炭呈现一定的多孔结构、孔隙度弥散性比较高、对铅、汞等重金属有良好的的吸附性，沙柳秸秆生物质炭中除了较高含量的炭之外，还含有p、ca、mg、k养分及中微量元素。表一元素重量比/％原子比/％c77.1282.08o22.0717.63mg0.120.06p0.070.03k0.090.03ca0.530.17总共100.00100.00另外，膨润土的粒度大于150目。加入膨润土可以起到粘结剂的作用，同时具有保水功能。本发明实施例还公开了一种沙柳秸秆生物质炭基尿素的制备方法，参见图1，包括：a、在氮气保护下，将沙柳秸秆进行炭化裂解，生成沙柳秸秆生物质炭；具体地，参见图2，步骤a包括：a11、将沙柳秸秆从15-25℃以18-22℃/分钟的升温速率加热到110-130℃，并在110-130℃下恒温25-35分钟；a12、将沙柳秸秆从110-130℃以18-22℃/分钟的升温速率加热到250-270℃，并在250-270℃下恒温25-35分钟；a13、将沙柳秸秆从250-270℃以18-22℃/分钟的升温速率加热到390-410℃，并在390-410℃下恒温25-35分钟；a14、将沙柳秸秆从390-410℃以10-16℃/分钟的升温速率加热到440-460℃，并在440-460℃下恒温25-35分钟；a15、将沙柳秸秆从440-460℃以15-20℃/分钟的降温速率冷却到250-270℃，并在250-270℃下恒温25-35分钟；a16、将沙柳秸秆从250-270℃以20-30℃/分钟的降温速率冷却到15-25℃，生成沙柳秸秆生物质炭。例如，在一个具体的实现方案中，步骤a包括：将沙柳秸秆从25℃以22℃/分钟的升温速率加热到130℃，并在130℃下恒温25分钟；将沙柳秸秆从130℃以22℃/分钟的升温速率加热到270℃，并在270℃下恒温25分钟；将沙柳秸秆从270℃以22℃/分钟的升温速率加热到410℃，并在410℃下恒温25分钟；将沙柳秸秆从410℃以16℃/分钟的升温速率加热到460℃，并在460℃下恒温25分钟；将沙柳秸秆从460℃以20℃/分钟的降温速率冷却到270℃，并在270℃下恒温25分钟；将沙柳秸秆从270℃以20℃/分钟的降温速率冷却到25℃，生成沙柳秸秆生物质炭。具体地，在另一个具体的实现方案中，步骤a包括：将沙柳秸秆从15℃以18℃/分钟的升温速率加热到110℃，并在110℃下恒温35分钟；将沙柳秸秆从110℃以18℃/分钟的升温速率加热到250℃，并在250℃下恒温35分钟；将沙柳秸秆从250℃以18℃/分钟的升温速率加热到390℃，并在390℃下恒温35分钟；将沙柳秸秆从390℃以10℃/分钟的升温速率加热到440℃，并在440℃下恒温35分钟；将沙柳秸秆从440℃以15℃/分钟的降温速率冷却到250℃，并在250℃下恒温35分钟；将沙柳秸秆从250℃以30℃/分钟的降温速率冷却到15℃，生成沙柳秸秆生物质炭。例如，在又一个具体的实现方案中，步骤a包括：将沙柳秸秆从20℃以20℃/分钟的升温速率加热到120℃，并在120℃下恒温30分钟；将沙柳秸秆从120℃以20℃/分钟的升温速率加热到260℃，并在260℃下恒温30分钟；将沙柳秸秆从260℃以20℃/分钟的升温速率加热到400℃，并在400℃下恒温30分钟；将沙柳秸秆从400℃以15℃/分钟的升温速率加热到450℃，并在450℃下恒温30分钟；将沙柳秸秆从450℃以18℃/分钟的降温速率冷却到260℃，并在260℃下恒温30分钟；将沙柳秸秆从260℃以25℃/分钟的降温速率冷却到20℃，生成沙柳秸秆生物质炭。为了保证上述炭化裂解的过程正常良好地进行，向炭化室中通入氮气，以保证炭化裂解的过程在氮气保护下进行。可选地，在上述步骤a11之前，还包括：a01、将沙柳秸秆粉碎为1-3mm的长度，然后在60-70℃下烘干；a02、将烘干后的沙柳秸秆放入炭化室，并向炭化室通入纯度为99.99％、流量为200-500ml/min的氮气。b、将20-60重量份的步骤a得到的沙柳秸秆生物质炭、30-60重量份尿素、5-20重量份膨润土混合，加入水分后调匀，得到混合后的物料。可选地，本实施例中的尿素优选为粉末尿素；膨润土的粒度优选为大于150目，起到粘结剂的作用，同时具有保水功能。c、将所述混合后的物料经过挤压造粒、抛圆和烘干，得到所述生物质炭基尿素。可选地，所述挤压造粒的压缩比为(2.5-5)：1，烘干的温度选择为80-90℃。本发明公开的沙柳秸秆生物质炭基尿素及其制备方法，通过将沙柳秸秆生物质炭、尿素、膨润土的三种组分相结合，利用沙柳秸秆生物质炭对尿素的缓释释放作用，提高尿素的利用率，还可增加土壤有机质含量，提高土壤保水保肥的能力。作物施用本发明制备的沙柳秸秆生物质炭基尿素，可以增加土壤团粒，提高尿素的利用率，改善土壤通气性能，增加土壤有机质含量，提高土壤保水保肥能力，促进作物生长，并可显著提高作物产量，改善作物品质。经实验证明，本发明的沙柳秸秆生物质炭基尿素能够提高尿素利用率30％以上。下述将通过三个实施例中的实验数据，来对本发明的沙柳秸秆生物质炭基尿素的效果进行进一步的说明。实施例一本实施例一的沙柳秸秆生物质炭基尿素的制备方法如下：11)将沙柳秸秆按照上述步骤a进行炭化裂解，得到沙柳秸秆生物质炭。步骤a包括：将沙柳秸秆从25℃以22℃/分钟的升温速率加热到130℃，并在130℃下恒温25分钟；将沙柳秸秆从130℃以22℃/分钟的升温速率加热到270℃，并在270℃下恒温25分钟；将沙柳秸秆从270℃以22℃/分钟的升温速率加热到410℃，并在410℃下恒温25分钟；将沙柳秸秆从410℃以16℃/分钟的升温速率加热到460℃，并在460℃下恒温25分钟；将沙柳秸秆从460℃以20℃/分钟的降温速率冷却到270℃，并在270℃下恒温25分钟；将沙柳秸秆从270℃以20℃/分钟的降温速率冷却到25℃，生成沙柳秸秆生物质炭。12)将20重量份的沙柳秸秆生物质炭、60重量份尿素，20重量份膨润土混合，然后加入水分调匀，得到混合后的物料。13)将上述步骤得到的混合后的物料依次经过挤压造粒、抛圆和烘干，得到沙柳秸秆生物质炭基尿素。将本实施例一制得的沙柳秸秆生物质炭基尿素与常规尿素分别施用在玉米田进行试验，在肥料用量相等条件下，沙柳秸秆生物质炭基尿素比常规尿素每亩增产玉米90公斤，增产10％。并进行铵态氮检测，结果见表二：表二铵态氮试验数据表明：实施例一的土样氨态氮含量随着时间缓慢降低，而常规尿素土样铵态氮含量随着时间快速降低，说明沙柳秸秆生物质炭对尿素具有缓释释放的作用。实施例二本实施例二的沙柳秸秆生物质炭基尿素的制备方法如下：21)将沙柳秸秆按照上述步骤a进行炭化裂解，得到沙柳秸秆生物质炭。步骤a包括：将沙柳秸秆从15℃以18℃/分钟的升温速率加热到110℃，并在110℃下恒温35分钟；将沙柳秸秆从110℃以18℃/分钟的升温速率加热到250℃，并在250℃下恒温35分钟；将沙柳秸秆从250℃以18℃/分钟的升温速率加热到390℃，并在390℃下恒温35分钟；将沙柳秸秆从390℃以10℃/分钟的升温速率加热到440℃，并在440℃下恒温35分钟；将沙柳秸秆从440℃以15℃/分钟的降温速率冷却到250℃，并在250℃下恒温35分钟；将沙柳秸秆从250℃以30℃/分钟的降温速率冷却到15℃，生成沙柳秸秆生物质炭。22)将40重量份的沙柳秸秆生物质炭、55重量份尿素，5重量份膨润土混合，加入水分调匀，得到混合后的物料。23)将上述步骤得到的混合后的物料依次经过挤压造粒、抛圆和烘干，得到沙柳秸秆生物质炭基尿素。将本实施例二制得的沙柳秸秆生物质炭基尿素与常规尿素分别施用在玉米田进行试验，在肥料用量相等条件下，沙柳秸秆生物质炭基尿素比常规尿素每亩增产玉米150公斤，增产18％，并进行铵态氮检测，结果见表三：表三铵态氮试验数据表明：实施例二的土样氨态氮含量随着时间缓慢降低，而常规尿素土样铵态氮含量随着时间快速降低，说明沙柳秸秆生物质炭对尿素具有缓释释放的作用。实施例三本实施例三的沙柳秸秆生物质炭基尿素的制备方法如下：31)将沙柳秸秆按照上述步骤a进行炭化裂解，得到沙柳秸秆生物质炭。其中，步骤a包括：将沙柳秸秆从20℃以20℃/分钟的升温速率加热到120℃，并在120℃下恒温30分钟；将沙柳秸秆从120℃以20℃/分钟的升温速率加热到260℃，并在260℃下恒温30分钟；将沙柳秸秆从260℃以20℃/分钟的升温速率加热到400℃，并在400℃下恒温30分钟；将沙柳秸秆从400℃以15℃/分钟的升温速率加热到450℃，并在450℃下恒温30分钟；将沙柳秸秆从450℃以18℃/分钟的降温速率冷却到260℃，并在260℃下恒温30分钟；将沙柳秸秆从260℃以25℃/分钟的降温速率冷却到20℃，生成沙柳秸秆生物质炭。32)将60重量份的沙柳秸秆生物质炭、30重量份尿素，10重量份膨润土混合，加入水分调匀，得到混合后的物料。33)将上述步骤得到的混合后的物料依次经过挤压造粒、抛圆和烘干，得到沙柳秸秆生物质炭基尿素。将本实施例三制得的沙柳秸秆生物质炭基尿素与常规尿素分别施用在玉米田进行试验，在肥料用量相等条件下，沙柳秸秆生物质炭基尿素比常规尿素每亩增产玉米100公斤，增产12％，并进行铵态氮检测，结果见表四：表四铵态氮试验数据表明：实施例三的土样氨态氮含量随着时间缓慢降低，而常规尿素土样铵态氮含量随着时间快速降低，说明随着沙柳秸秆生物质炭含量的增加对尿素的缓释释放的作用越明显。上面结合附图对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下做出各种变化。当前第1页12