一种由植物秸秆制备的胶体生态肥及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及胶体生态肥的制备领域，尤其是涉及一种由植物秸杆制备胶体生态肥 的新方法。
【背景技术】
[0002] 作为农业大国，我国的农作物秸杆产量大、分布广、种类多，长期以来一直是农民 生活和农业发展的重要资源。在过去，农作物秸杆未得到有效开发利用，随意丢弃和焚烧现 象严重，造成资源的浪费，同时对生态环境造成破坏。秸杆随意丢弃造成对河道的污染，堆 积路边易引发交通事故。秸杆焚烧产生的二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒等严重污染空气 环境并危害人体健康；同时易引发火灾、交通等灾害事故，威胁群众生命财产安全;而且造 成营养物质的流失和土壤结构的破坏，造成农田质量下降，影响农业发展。而在秸杆的综合 利用方面，目前以还田增肥、制沼供气、秸杆发电、生产饲料、生产材料等方面，综合利用率 较低。可见，加快秸杆的综合利用，对于稳定农业生态平衡、缓解资源约束、减轻环境压力都 具有重要的意义。
[0003]随着农业的快速发展，我国已成为世界化肥生产和使用大国，化肥的使用也是农 业生产中最大的生产资料投入。而化肥的大量使用，造成土壤养分结构失调，物理性状变 差，酸性增强，部分地块有害物质和有害病菌超标，导致土壤形状的恶化;偏重某些化肥，导 致作物营养失调，农产品品质下降；过多的施用化肥，还易造成地下水及河流的污染，长期 以来势必影响农业的可持续发展。可见，传统化肥对土壤危害很大，研究使用量小，肥力较 强，安全环保的有机肥具有很大的意义。
[0004] 将植物秸杆回收利用，用于制备生态肥料，既能实现秸杆的开发利用，又能减少传 统化肥的使用量，能同时提高大气环境质量和土壤质量，具有事半功倍的效果。
[0005] 目前，利用植物秸杆制备生态有机肥的方法，主要是使秸杆细胞壁中的纤维素、半 纤维素、木质素等粗纤维等聚合物降解，使其细胞内容物释放出来，并转化为能被土壤和植 物吸收的小分子物质。处理的方法主要有两类:一是采用烯酸或浓酸催化降解秸杆，二是采 用酶或微生物催化降解秸杆。通常，秸杆降解的产物中的主要有效成分为纤维三糖、纤维二 糖、葡萄糖、木糖及丙酮醛等。其中的糖类物质能被植物较快吸收，且其易溶于水中，容易随 着水的流动而流失，因此不利于保持较长时间的肥效和养分。研究较为简单，具有可操作性 的新方法，使秸杆的水解产物发生一定的化学反应，形成聚合度较低的低聚物，有效提高生 态肥料的缓释作用，并减少其随水的流失，成为由秸杆制备生态有机肥的一个重要研究方 向。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种由植物秸杆制备的胶体生态肥，解决现有技术中肥效持 续时间短、养分易溶于水而流失等问题。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案： 一种由植物秸杆制备的胶体生态肥，其特征在于主要由以下重量份的组分制得:植物 秸杆40~60份，琥珀酸20~40份，壳聚糖5~10份，碳化二亚胺5~10份，麸皮10~20份，三氧化锑1 ~3份，乙酸铺1~2份； 优选的，所述植物秸杆为常见农作物秸杆，比如小麦秸杆、水稻秸杆及玉米秸杆，含水 量为15~65%，粒度为80~120目；所述琥珀酸来源于地下琥珀或动植物组织中，其中丁二酸含 量不低于99%，为酸性较强的二元酸，其熔点为188°C左右，沸点为235°C左右；所述壳聚糖 由几丁质经过脱乙酰作用得到，其分子中带有游离氨基，能与其他基团发生缩合、络合等化 学反应;所述碳化二亚胺为基团脱水剂，能活化羧基，促进酰胺及酯的生成，如N，N'_二环己 基碳二亚胺、N，N 二异丙基碳二亚胺;所述麸皮小麦加工副产物，其水解后能得到介于大 分子多糖与单糖之间的低聚糖。
[0008] -种由植物秸杆制备的胶体生态肥的制备方法，其特征在于:该胶体生态肥的制 备过程分为三个阶段:秸杆酸化降解阶段;混合及溶解阶段;挤出缩聚反应阶段。
[0009] 优选的，所述秸杆酸化降解的具体操作方法为，对秸杆进行水洗，并过滤，然后加 入醋酸与硝酸的混合溶液中，升高温度进行处理。
[0010] 优选的，所述混合溶液重量为秸杆重量的3~5倍。
[0011] 优选的，所述处理温度为100~120°C，处理时间为15~30min。
[0012] 优选的，所述混合溶液中醋酸的体积分数为70~80%，硝酸的体积分数为10~20%。 [0013]优选的，所述混合及溶解阶段的具体操作方法为，降低上述混合液温度，将琥珀 酸、壳聚糖加入混合液中，搅拌至全部溶解。然后加入麸皮，混合均匀，得到混合液A。将碳化 二亚胺、三氧化锑、乙酸锑按所述重量份混合，得到混合物B。
[0014]优选的，所述挤出缩聚反应阶段的具体操作方法为，采用双加料口的双螺杆挤出 机，设定加料速度，将混合液A、混合物B通过不同加料口进入挤出机中，较高温度下慢速挤 出，使其在螺杆作用下充分混合并发生缩聚反应，得到聚合度较低的胶体肥料。
[0015] 优选的，所述挤出机参数为：螺杆转速为10~15r/min，加热温度为第一段为40~50 °C，第二段为60~70 °C，第三段为55~60 °C，第四段为50~60 °C。
[0016]本发明先采用酸催化法，使植物秸杆的细胞壁中的粗纤维(主要为纤维素、半纤维 素、木质素等）降解，细胞内容物得到释放。此过程得到的产物主要为纤维三糖、纤维二糖、 葡萄糖、木糖、丙酮醛及一些未知混合物。其中，纤维三糖、纤维二糖是葡萄糖分子通过糖苷 键连接形成的，分子中含有未反应的羟基。葡萄糖、木糖及丙酮醛分子中含有大量的羟基和 醛基。使用的壳聚糖分子中含有大量的羟基和胺基。而琥珀酸的主要成分为丁二酸，其羧基 能与羟基、胺基等发生反应。丁二酸为二元酸，与上述多元醇及多元胺的糖类反应，得到的 是具有一定聚合度的支化产物。使用的碳化二亚胺是一种缩合剂，能活化羧基，促进酰胺及 酯的生成，对缩聚反应起促进作用。通过调整琥珀酸的用量，可达到调整基团比例的作用， 从而控制聚合程度。也可通过控制缩合剂壳聚糖及碳化二亚胺的用量来控制聚合度，从而 得到缓释能力不同的产品，适应不同土壤或不同农作物的实际需求。麸皮的加入一方面可 调节混合物的含水量，同时其在反应条件下可转化为介于大分子多糖与单糖之间的低聚 糖，具有生物活性及化学反应活性，参与形成胶体低聚物。而三氧化锑及乙酸锑主要起到缩 聚催化剂的作用，使反应在较低温度下平稳进行，并能调节低聚物分子量分布，得到分子量 分布较窄的产物。
[0017] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： (1)本发明中使用的植物秸杆、麸皮、壳聚糖、琥珀酸都为天然原料，来源广泛，价格低 廉，生态环保。生产所用机器设备简单，生产过程及后处理操作简单易行。反应在较低温度 下进行，能耗较低。
[0018] (2)本发明得到的胶体生态有机肥具有良好的缓释性，胶体的聚合度在100~300之 间，分子量分布较窄，使其释放速度较为稳定。可通过对反应条件及基团配比的控制的得到 聚合度不同的胶体肥料，满足不同土壤及不同农作物对肥效持久性的不同需求。本发明制 得的胶体生态肥料的肥效持续时间可达10个月以上。
[0019] (3)本发明制得的胶体生态肥，其粒径分布在1~1 OOnm之间，粒径较为均匀。胶体粒 子可悬浮于水中，但仅微溶于水，能有效减少肥料随着水流造成的养分流失。
[0020] (4)本发明制得的胶体生态肥，不仅富含氮、磷、钾等大量营养元素，并能提供植物 生长所需的其他中微量元素。能有效改善土壤结构，提高土壤保肥能力，防病防虫，确保作 物良好生长。试验显示，使用本发明制得的胶体生态肥，常见作物的病虫害率都能控制在5% 以下。
【具体实施方式】
[0021] 以下所述【具体实施方式】，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形 式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如下，然而并非用以限定本发明，任何在不脱 离本发明技术方案范围内，利用下述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同 变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以下 实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
[0022] 实施例1 胶体生态肥的制备方法:首先，将小麦秸杆进行水洗除杂，并过滤。然后取40kg秸杆