一种中药渣生物质炭基复合肥及其制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及复合肥技术领域，具体涉及一种中药渣生物质炭基复合肥及其制备方法。
【背景技术】
[0002]施肥已经成为农业生产不可或缺的技术措施之一，对作物生产的贡献率超过一半。中国肥料利用率一直比较低，如氮肥当季作物的利用率平均只有30%左右，比发达国家低近20个百分点，这一方面是因为非科学的施肥方法，另一方面则是由于肥料本身的特性。提高肥料利用率刻不容缓，研发施用新型多功能肥料，是提高肥料利用效率重要的途径之一O
[0003]生物质炭是生物质高温裂解的固体产物，具有很多特异的性质，如多孔、高度稳定性、高度芳香化、表面有大量的多种官能团，同时带有正负2种电荷，能够吸附分子和阴阳离子、极性和非极性物质。原材料、裂解温度、裂解时间等是影响生物质炭物理、化学特性的主要因素，一般说来，在一定范围内，随着裂解温度的升高、反应时间的延长，生物质炭的比表面积增大、芳香化结构增强，灰分含量及PH升高，速效养分和钙、镁含量也随之升高。
[0004]我国是中医药大国，生产的中药品种达千种以上。每年生产所用的中草药材干品达数万吨，提取后的中药渣占总量的80%以上，大量的中药渣几乎都倒进了垃圾堆，浪费了资源，污染了环境，占用了大面积土地，因此开发中药渣综合利用已成当务之急。
[0005]复合肥具有养分含量高、副成分少且物理性状好等优点，对于平衡施肥，提高肥料利用率，促进作物的高产稳产有着十分重要的作用。复合肥的有效成分总量一般比较高，营养元素种类较多，一次施用复合肥，至少同时可供应作物两种以上的主要营养元素；养分分布比较均一，结构紧密，养分释放均匀，肥效稳而长。由于副成分少，对土壤不利影响小；吸湿性小，不易结块，便于贮存和施用，特别便于机械化施肥；副成分少，有效成分含量一般比单元肥料高，所以能节省包装及贮存运输费用。
[0006]但是，目前未见利用中药渣生物质炭和复合肥的研宄报道。因此，研发一种中药渣生物质炭基复合肥以显得尤为重要。
【发明内容】
[0007]为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种中药渣生物质炭基复合肥的制备方法，该制备方法将废弃资源中药渣制得中药渣生物质炭，再和复合肥复配制得中药渣生物质炭基复合肥，大大降低了生产成本，减少了环境污染，可以带来良好的社会经济效益和推广应用的价值；且该制备方法工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，可大规模工业化生产。
[0008]本发明的另一目的在于提供一种中药渣生物质炭基复合肥，该中药渣生物质炭基复合肥利用中药渣生物质炭的物理性能，实现了对复合肥的有效缓释，延长了复合肥的作用时间，提高了复合肥的利用率，为作物在生长期中长时间充足的营养供应，并且为作物营养强化提供了很好的技术支持。该中药渣生物质炭基复合肥在玉米、大豆、水稻等多种粮食作物及蔬菜、果树中施用，可以实现一次施肥后期不用追肥，有效提高土壤有效成分的水平，作物籽粒营养成分的含量及产量明显提升，肥效持久，增产增收。
[0009]本发明的目的通过下述技术方案实现:一种中药渣生物质炭基复合肥的制备方法，包括如下步骤:
(1)将中药渣高温裂解，得到中药渣生物质炭和可燃性气体；
(2)将复合肥的原料和占复合肥总原料重量8-12%的中药渣生物质炭混合后熔融、造粒，收集粒料；其中，熔融所需的热量由所述可燃性气体燃烧提供；
所述复合肥包括如下重量份的原料:微生物菌种0.5-1.5份、增效剂2-5份、保水防渗剂1-2份、含氮量为40-50%的氮肥10-30份、含磷量为10-20%的磷肥10-20份、含钾量为50-60%的钾肥15-25份；
(3)将收集的粒料负压冷却，进行筛选；
(4)将筛选后的粒料进行包膜，包装出货，制得中药渣生物质炭基复合肥。
[0010]本发明的制备方法将废弃资源中药渣制得中药渣生物质炭，再和复合肥复配制得中药渣生物质炭基复合肥，大大降低了生产成本，减少了环境污染，可以带来良好的社会经济效益和推广应用的价值；且该制备方法工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，可大规模工业化生产。
[0011]优选的，所述步骤(I)具体为:将中药渣粉碎至粒径1-2_，将粉碎后的中药渣干燥至含水率小于5%，得到生物质物料；将裂解催化剂和生物质物料按重量比0.5-1.5:100放入高温热解炉裂解内进行高温裂解，得到中药渣生物质炭和可燃性气体；其中，高温裂解的温度为500-700°C，高温裂解的时间为60-120min。
[0012]生物质经高温裂解会产生生物质炭、焦油和可燃性气体，裂解催化剂的加入可以催化焦油裂解，裂解催化剂能够在较低反应温度下得到较高的焦油去除率，而且还能提高气体热值和产量。
[0013]优选的，所述裂解催化剂包括如下重量份的原料:催化剂载体20-60份、主催化剂6-10份和助催化剂12-30份，其中，所述催化剂载体由以下重量百分比的物质组成:HZSM-5分子筛70-85%、氧化铝粘合剂15-30% ;所述HZSM-5分子筛的BET法比表面积彡310m2/g、硅铝比为15-50、孔径为0.53-0.58nm、相对结晶度彡95%、残钠含量彡0.lwt% ;所述氧化铝粘合剂是经硝酸胶溶的、BET法比表面积为240-280m2/g、孔容为0.35-0.45ml/g的小孔氧化铝；所述主催化剂为N1 ;所述助催化剂包括:MgO 5-15份、CeO2 1-5份、WO3 6-10份。
[0014]所述裂解催化剂的制备方法包括如下步骤:①载体预处理:将橄榄石置于马弗炉内煅烧，然后进行研磨筛分，制备出一定粒度的载体颗粒；②主活性组分的引入:将橄榄石载体与可溶性镍盐水溶液混合进行搅拌浸渍，干燥除去水分后在马弗炉内进行煅烧活化，冷却后进行研磨筛分；③功能性助活性组分的引入:将步骤②制备的颗粒依次与铈盐、钨盐水溶液混合进行搅拌，顺序浸渍，干燥除去水分后在马弗炉内进行煅烧活化，冷却后进行研磨筛分催化剂的成型:将所得的催化剂进行筛分，制备出16-70目的生物质气化焦油裂解催化剂；?催化剂的活化:将一定粒度的催化剂置于考评装置中，用一定比例的氢气与氮气混合气进行还原。
[0015]所述载体预处理是指将1-1OOg橄榄石放入坩祸中，然后置于马弗炉内，在700-1200°C下煅烧3-30小时，然后将煅烧好的橄榄石进行研磨筛分，制备出16-100目的橄榄石载体颗粒。
[0016]所述主活性组分的引入是指将l-30g、16_70目的橄榄石载体颗粒与0.01-2.0g/mL的Ni (NO3)2.6H20水溶液混合，在30-80°C下搅拌2_15小时，浸渍完毕后，在110°C下干燥12小时，将所得试样置于马弗炉中，在500-1000°C下煅烧3-20小时，将煅烧完毕的催化剂置于干燥器内冷却至室温，然后进行研磨筛分。
[0017]所述功能性助活性组分的引入是指将l_30g研磨的负载橄榄石颗粒与0.01-1.5g/mL的Ce (N03) 3.6H20水溶液混合，在30 °C -80 °C下搅拌2-15小时，浸渍完毕后，在110 °C下干燥12小时，将所得试样置于马弗炉中，在500-1000 °C下煅烧3-20小时，将煅烧完毕的催化剂置于干燥器内冷却至室温，然后进行研磨；按照同样的步骤进行0.01-1.5g/mL的钨酸铵水溶液浸渍。
[0018]所述催化剂的活化是指将10-100g、16_70目的生物质气化焦油裂解催化剂置于催化剂考评装置中，在400-1000°C下、氢气与氮气比例为1-50:100的条件下进行生物质气化焦油裂解催化剂的还原处理5-350分钟。
[0019]生物质炭在提高作物产量、增强土壤养分、增加土壤肥力、土壤结构改良修复、受污染环境修复以及温室气体减排等各方面都展现出了巨大的应用潜力，作为一类新型环境功能材料在当今社会弓I起广泛关注。
[0020]生物炭有着巨大的表面积和繁多的小孔结构，这种孔洞结构更容易聚集吸收营养养分物，促进有益微生物的生长，从而使土壤变得更肥沃，有利于植物的生长，实现可持续发展的绿色农业。所以，生物质炭不仅能减少温室气体，如甲烷、氧化亚氮和二氧化碳排放的效果，而且对改善土壤健康、减少养分流失、恢复土壤肥力、提高肥料的利用效率、提高土壤生产力具有积极作用。
[0021]生物质炭中含有丰富的空隙和有机大分子结构，在和肥料配施的情况下，在土壤中较易形成大团聚体，增进土壤的养分离子的吸附和保持，土壤中的NH4+吸附与固持作用得以明显增强，提高了作物对氮的利用率，从而使氮素损失得到降低。另外，生物质炭在土壤中存在