一种利用喷雾造粒生产的蚕沙药肥颗粒及其生产方法与应用

1.本发明属于蚕沙材料及喷雾造粒技术领域，具体涉及蚕沙材料的药肥颗粒及其制备方法与应用。


背景技术：

2.农药在农作物种植生长过程中可以起到防治病虫害及抑制杂草等作用，其在当今的农业生产中有着不可或缺的地位。而在农药播撒过程中只有少量能被作物有效吸收并发挥作用，未被吸收的农药会导致农产品农药残留超标，环境污染等问题。如何有效地提高农药的利用效率是目前农业生产中需要解决的主要问题之一。
3.化肥可以在农作物生长发育阶段额外提供其所需要的养分，在当代农业种植中有着不可或缺的地位。然而，对于一些生长周期较长的作物来说，整个阶段需要施加多次肥料以保证作物的养分供给，且部分未被作物吸收的肥料会因雨水冲刷而被带走，导致肥料的吸收效率较低，这会造成作物成熟之前需要消耗大量时间精力用于施肥。如何减少施肥次数与节约使用量也是农业领域需要解决的问题之一。
4.药肥颗粒同时负载了农药和化肥，因其材料具有多孔结构使得对农药具有较高的负载量，同时利用缓控释技术可以使农药的活性成分在较长的时间范围内缓慢释放，使得农作物体内能长时间维持有效浓度以上的农药成分。药肥颗粒使用的原料蚕沙是桑蚕产业的主要废弃物，在农村经常随意丢弃导致环境污染，蚕沙本身具有天然的三维褶皱结构，经活化后有着丰富的孔道结构可以提升对农药分子的吸附量，并有着较长的缓控释效果，与化肥混合进行喷雾造粒后可实现同时对农药和化肥进行缓控释。


技术实现要素：

5.本发明提出了一种利用喷雾造粒生产蚕沙药肥颗粒的方法与应用，利用zncl2在高温下对原蚕沙进行活化扩孔形成高比表面蚕沙基材料，之后将蚕沙基材料吸附农药后破碎至粉状并与化肥料液混合得到原浆液，再使用喷雾造粒技术让原浆液与热空气在短时间内对流换热使颗粒表面的水分迅速蒸发制得药肥颗粒。所得到的药肥颗粒可同时实现对农药和化肥的负载，并对二者有着较好的缓控释效果。
6.本发明的目的通过如下技术方案实现：
7.利用喷雾造粒生产蚕沙药肥颗粒的方法，其特征在于：包括如下步骤：
8.(1)在低温下用zncl2溶液对原蚕沙进行浸渍得到浸渍材料粗品；
9.(2)将浸渍材料粗品抽滤烘干后于保护气下进行高温扩孔反应，然后清洗并烘干后得到蚕沙基材料；
10.(3)将步骤(2)中所得到的蚕沙基材料吸附农药后破碎成粉状并与化肥液混合后得到原浆液；化肥液的质量浓度为10％～30％，蚕沙基材料与化肥液的混合质量比为1:10～50；
11.(4)将步骤(3)中得到的原浆液作为喷雾造粒机的进料液，借助压缩气体将原浆液
喷射而出并与热空气对流换热得到干燥后的药肥颗粒；热空气温度为100～150℃，流速为5～15m/s。
12.作为方案的进一步优选，所述步骤(1)中所用的zncl2溶液浓度为1～4mol/l。
13.作为方案的进一步优选，所述步骤(2)中扩孔反应温度为700～900℃。
14.作为方案的进一步优选，所述步骤(3)中粉状蚕沙的粒径为50～500μm。
15.作为方案的进一步优选，所述步骤(4)中单个喷嘴的喷射流量为200～800kg/h。
16.本发明的利用喷雾造粒生产的蚕沙药肥颗粒可应用在农作物施药施肥方面。
17.本发明产品应用在农药与化肥的缓控释领域，使用蚕沙材料吸附农药杀虫单，吸附负载量能达到300mg/g以上，并利用喷雾造粒技术使材料同时负载上化肥，制备出缓释有效时间为80～180天的缓控释药肥颗粒(以释放吸附总量90％的农药计算)。
18.与现有技术相比，本发明优势之处在于：
19.1.本发明通过低温浸渍加高温活化技术，只需一次活化即可制备多孔材料，与多次活化技术相比大大降低了能耗需求。
20.2.本发明所用的原蚕沙经活化后具有较高的比表面积，可用于吸附农药杀虫单，其吸附量能达到300mg/g以上。
21.3.本发明利用喷雾造粒技术让多孔材料同时负载农药与化肥，所需设备简便，工艺流程简短。并可通过调整蚕沙基材料与化肥料液的混合比例来制得拥有不同农药与化肥占比的药肥颗粒，以应对不同作物、不同生长阶段所需的病虫害防治及营养供给需求。
22.4.本发明所制备的缓释药肥颗粒大小均匀、尺度适中，在常温下对农药和化肥有着较长的保质期限(以54℃高温短期实验模拟常温长时间下的稳定效果)。并且可通过调整制作蚕沙材料时所用的zncl2的浓度制备出对农药杀虫单缓释时间在80～180天的药肥颗粒。
附图说明
23.图1为实施例1蚕沙基材料的电镜扫描图；
24.图2为不同缓释材料的负载量曲线；
25.图3为不同药肥颗粒的缓释释放曲线；
26.图4为不同药肥颗粒对负载农药的稳定性曲线；
27.图5为本发明生产出来的药肥颗粒图。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
29.实施例1
30.一种利用喷雾造粒生产蚕沙药肥颗粒的方法，包括如下步骤，
31.(1)将5kg蚕沙颗粒与20l的zncl2溶液(2mol/l)在6℃下浸渍24h，抽滤、烘干后得到浸渍材料粗品。
32.(2)将步骤(1)中的浸渍材料粗品在氮气保护下升温到900℃进行扩孔反应，待自然降至室温，清洗后置于烘箱中干燥得到蚕沙基材料。
33.(3)将步骤(2)中的蚕沙基材料吸附农药后破碎至粒径为200μm的粉状，再与质量浓度为20％的化肥料液以质量比1:50混合后作为原浆液进行喷雾造粒。造粒塔进口热空气为120℃，气体流速为10m/s，负压为30pa，单个喷嘴的喷射流量为400kg/h，造粒后的产品经干燥得到药肥颗粒。
34.实施例2
35.一种利用喷雾造粒生产蚕沙药肥颗粒的方法，包括如下步骤，
36.(1)将5kg蚕沙颗粒与20l的zncl2溶液(3mol/l)在6℃下浸渍24h，抽滤、烘干后得到浸渍材料粗品。
37.(2)将步骤(1)中的浸渍材料粗品在氮气保护下升温到800℃进行扩孔反应，待自然降至室温，清洗后置于烘箱中干燥得到蚕沙基材料。
38.(3)将步骤(2)中的蚕沙基材料吸附农药后破碎至粒径为200μm的粉状，再与质量浓度为10％的化肥料液以质量比1:50混合后作为原浆液进行喷雾造粒。造粒塔进口热空气为100℃，气体流速为20m/s，负压为30pa，单个喷嘴的喷射流量为600kg/h，造粒后的产品经干燥得到药肥颗粒。
39.实施例3
40.一种利用喷雾造粒生产蚕沙药肥颗粒的方法，包括如下步骤，
41.(1)将5kg蚕沙颗粒与20l的zncl2溶液(4mol/l)在6℃下浸渍24h，抽滤、烘干后得到浸渍材料粗品。
42.(2)将步骤(1)中的浸渍材料粗品在氮气保护下升温到800℃进行扩孔反应，待自然降至室温，清洗后置于烘箱中干燥得到蚕沙基材料。
43.(3)将步骤(2)中的蚕沙基材料吸附农药后破碎至粒径为300μm的粉状，再与质量浓度为20％的化肥料液以质量比1:50混合后作为原浆液进行喷雾造粒。造粒塔进口热空气为100℃，气体流速为10m/s，负压为30pa，单个喷嘴的喷射流量为200kg/h，造粒后的产品经干燥得到药肥颗粒。
44.实施例4
45.一种利用喷雾造粒生产蚕沙药肥颗粒的方法，包括如下步骤，
46.(1)将5kg蚕沙颗粒与20l的zncl2溶液(2mol/l)在6℃下浸渍24h，抽滤、烘干后得到浸渍材料粗品。
47.(2)将步骤(1)中的浸渍材料粗品在氮气保护下升温到900℃进行扩孔反应，待自然降至室温，清洗后置于烘箱中干燥得到蚕沙基材料。
48.(3)将步骤(2)中的蚕沙基材料吸附农药后破碎至粒径为300μm的粉状，再与质量浓度为30％的化肥料液以质量比1:40混合后作为原浆液进行喷雾造粒。造粒塔进口热空气为120℃，气体流速为5m/s，负压为30pa，单个喷嘴的喷射流量为200kg/h，造粒后的产品经干燥得到药肥颗粒。
49.实施例5
50.一种利用喷雾造粒生产蚕沙药肥颗粒的方法，包括如下步骤，
51.(1)将5kg蚕沙颗粒与20l的zncl2溶液(1mol/l)在6℃下浸渍24h，抽滤、烘干后得到浸渍材料粗品。
52.(2)将步骤(1)中的浸渍材料粗品在氮气保护下升温到700℃进行扩孔反应，待自
然降至室温，清洗后置于烘箱中干燥得到蚕沙基材料。
53.(3)将步骤(2)中的蚕沙基材料吸附农药后破碎至粒径为500μm的粉状，再与质量浓度为20％的化肥料液以质量比1:50混合后作为原浆液进行喷雾造粒。造粒塔进口热空气为150℃，气体流速为15m/s，负压为30pa，单个喷嘴的喷射流量为400kg/h，造粒后的产品经干燥得到药肥颗粒。
54.实施例6
55.一种利用喷雾造粒生产蚕沙药肥颗粒的方法，包括如下步骤，
56.(1)将5kg蚕沙颗粒与20l的zncl2溶液(1mol/l)在6℃下浸渍24h，抽滤、烘干后得到浸渍材料粗品。
57.(2)将步骤(1)中的浸渍材料粗品在氮气保护下升温到700℃进行扩孔反应，待自然降至室温，清洗后置于烘箱中干燥得到蚕沙基材料。
58.(3)将步骤(2)中的蚕沙基材料吸附农药后破碎至粒径为400μm的粉状，再与质量浓度为10％的化肥料液以质量比1:20混合后作为原浆液进行喷雾造粒。造粒塔进口热空气为130℃，气体流速为10m/s，负压为30pa，单个喷嘴的喷射流量为800kg/h，造粒后的产品经干燥得到药肥颗粒。
59.材料性能测试：
60.(一)蚕沙基材料的电镜扫描图
61.对本发明实施例1所制得的药肥颗粒的载体蚕沙基材料采用日本hitachi s-3400n低倍扫描电子显微镜表征，如图1所示，电镜扫描图可以看出经zncl2活化后的蚕沙基材料可以形成了多孔结构，这有助于其对农药有着高负载量，同时保持较好的缓释性能。
62.(二)药肥颗粒对农药的吸附及缓释性能分析
63.对实施案例1、3、5制备的蚕沙基材料进行农药杀虫单吸附负载量分析，其中蚕沙基材料的吸附条件为100mg蚕沙缓释材料放入50ml，1.6g/l的杀虫单溶液中振荡吸附；药肥颗粒的缓释条件为将20g药肥颗粒放入孔径为0.5mm的编织网中，埋入20cm深的土壤下，定期洒水并每隔5天取样分析剩余农药含量，实验结果分别如图2、图3所示。
64.从图2中可以看出，3种缓释材料对于杀虫单的负载量能达到300mg/g左右。从图3可以看出，药肥颗粒分别在80天、120天和180天左右完成释放过程(以释放吸附总量90％的农药计算)，能满足不同时期农药缓释的要求。
65.(三)药肥颗粒对农药的热稳定性分析
66.对实施案例1、3、5所制得的药肥颗粒进行农药的热稳定性分析，其中测试条件为将10g药肥颗粒密封后置于54℃的烘箱内，并于测试的0、7、14、21、28、35天分别取样分析其中的农药含量，以第0天测得的含量为100％基准点绘制得到图4曲线。可以看出3种药肥颗粒均在54℃下的35天内对农药杀虫单表现出较好的稳定性，说明常温下药肥颗粒也对负载的农药有着长期的保质期限。
67.从图5可以看出所制备的药肥颗粒整体表现为淡黄色，呈圆形与椭圆形，大小较为均匀。
68.本发明的上述实施例仅为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对所属领域的普通技术人员而言，在上述说明的基础上还可以作不同形式的变化或改动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内
所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。