一种鸟粪石及生物炭复混包膜肥料的制备方法

1.本发明属于肥料制备领域，具体涉及一种鸟粪石及生物炭复混包膜肥料的制备方法。


背景技术：

2.长期大量使用养殖废弃物灌概农田，易造成土壤理化性状恶化，土壤透气、透水性下降及板结，还会造成作物陡长、倒伏、晚熟或不熟、减产甚至大面积腐烂。畜禽养殖粪污的不恰当处理处置还易滋生蚊蝇，传播病原体，进而危害人畜健康。
3.因此，采取合理的技术手段处理畜禽养殖粪污，同时实现氮磷资源的回收与再利用，是实现环境保护和资源替代的必要手段。制备出一种具有良好缓释效应的复混包膜肥，提高肥料利用率的同时实现了养殖粪污的资源化再利用，具有重要意义。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种鸟粪石及生物炭复混包膜肥料的制备方法，制备得到的肥料具有良好缓释效应，提高肥料利用率的同时实现了养殖粪污的资源化再利用。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种鸟粪石及生物炭复混包膜肥料的制备方法，包括以下步骤：
7.s1，将鸟粪石、生物炭和可溶性淀粉按质量比5-6：3-4：1混合并加水搅拌混匀；
8.s2，对s1中的混合料进行造粒：并均匀铺放于培养皿中；
9.s3，用室温的聚乙烯醇溶液淹没培养皿中的肥料颗粒，随后将包裹聚乙烯醇的肥料颗粒立即置于饱和硼酸溶液中浸泡成膜；
10.s4，将成膜后的复混包膜肥置于室温下自然风干陈化；
11.s5，将自然风干后的复混包膜肥在烘箱中烘干陈化。
12.进一步地，所述s1中，鸟粪石和生物炭先经过100-200目筛，再和可溶性淀粉混合。
13.进一步地，所述鸟粪石是由养猪废水ph调至9.5后，经流化床装置连续运行并添加镁源制得；生物炭为风干猪粪经管式炉热解制得。
14.进一步地，所述s2中，混合料中加入水搅拌并在挤压机中挤压造粒。
15.进一步地，造粒后成3-6mm的球状颗粒。
16.进一步地，所述s3中聚乙烯醇溶液质量浓度为10％，且肥料颗粒在饱和硼酸溶液中浸泡时间为20-30min。
17.进一步地，所述饱和硼酸溶液为热水溶解足量硼酸，充分搅拌一定时间，自然冷却后取上层清澈溶液。
18.进一步地，所述s4中的自然风干陈化时间为12-24h。
19.进一步地，所述s5中，烘箱中陈化的条件为40～60℃烘干陈化2～4h。
20.本发明的有益效果：
21.1、本发明的成粒原料鸟粪石和生物炭是由养猪粪污制得，均为养殖废弃物，因此，所需原料价廉易得；且制备的复混包膜肥粒径分布均匀，吸水倍率达到 1.68，浸泡15天仍保持完好粒状形态，耐水性强且具有保水功能，可以改善土壤环境；另外有效磷含量占20.29％，可作为磷肥施用，10天无机磷累积释放率仅为34.52％，具有显著的缓释效应，提高了肥料利用效率。
22.2、本发明选用的包膜材料为聚乙烯醇，是一种具有优异力学性能的可生物降解水溶性高分子材料，是一种环境友好型包膜材料。
23.3、本发明制备工艺简单，无需高耗能，设备投入成本及运行成本低。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本发明制备鸟粪石及生物炭复混包膜肥的制备流程图；
26.图2为本发明制备的不同处理下复混包膜肥扫描电镜(sem)图；
27.图3为本发明制备的不同处理下复混包膜肥粒径分布图；
28.图4为本发明制备的不同处理下复混包膜肥吸水倍率图；
29.图5是本发明制备的不同处理下复混包膜肥无机磷累积释放率。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
31.实施例1：
32.如图1所示，一种鸟粪石及生物炭复混包膜肥料的制备方法，包括以下步骤：
33.s1，配料：将鸟粪石和生物炭过100～200目筛后，再和可溶性淀粉混匀加水搅拌得混合粉料，按质量比计，鸟粪石：生物炭：淀粉＝50～60％：30～40％： 10％；
34.s2，造粒：后将s1中的混合料置于挤压机中挤压成3～6mm的球形颗粒，均匀铺放于培养皿中；
35.s3，包膜：称取聚乙烯醇10g加入90摄氏度热水配置成100g溶液，即得 10％聚乙烯醇溶液，冷却至室温后淹没培养皿中的肥料颗粒，随后将包裹聚乙烯醇的肥料颗粒立即置于饱和硼酸溶液(热水溶解足量硼酸，充分搅拌一定时间，自然冷却后取上层清澈溶液)中浸泡20～30min成膜；
36.s4，室温陈化：将成膜后的复混包膜肥置于室温下自然风干陈化12～24h；
37.s5，烘箱陈化：将自然风干后的复混包膜肥在烘箱中40～60℃烘干陈化2～4h，即制得以鸟粪石及生物炭为主体的复混包膜肥料，记作肥1。
38.其中，鸟粪石是由养猪废水ph调至9.5后，经流化床装置连续运行并自动添加镁源制得；生物炭为风干猪粪经管式炉热解制得。
39.对比例1：
40.s1，配料：将鸟粪石过100～200目筛后和可溶性淀粉均匀混匀，按质量比计，鸟粪石：淀粉＝90％：10％；
41.s2，造粒：适量加水搅拌后置于挤压机中挤压成3～6mm的球形颗粒，均匀铺放于培养皿中；
42.s3，包膜：称取聚乙烯醇10g加入90摄氏度热水配置成100g溶液，即得 10％聚乙烯醇溶液，冷却至室温后淹没培养皿中的肥料颗粒，随后将包裹聚乙烯醇的肥料颗粒立即置于饱和硼酸溶液中浸泡20～30min成膜；
43.s4，室温陈化：将成膜后的复混包膜肥置于室温下自然风干陈化12～24h；
44.s5，烘箱陈化：将自然风干后的复混包膜肥在烘箱中40～60℃烘干陈化2～4h，即制得以鸟粪石为主体的复混包膜肥料，记作肥2。
45.对比例2：
46.s1，配料：将生物炭过100～200目筛后和可溶性淀粉均匀混匀，按质量比计，生物炭：淀粉＝90％：10％；
47.s2，造粒：适量加水搅拌后置于挤压机中挤压成3～6mm的球形颗粒，均匀铺放于培养皿中；
48.s3，包膜：称取聚乙烯醇10g加入90摄氏度热水配置成100g溶液，即得 10％聚乙烯醇溶液，冷却至室温后淹没培养皿中的肥料颗粒，随后将包裹聚乙烯醇的肥料颗粒立即置于饱和硼酸溶液中浸泡20～30min成膜；
49.s4，室温陈化：将成膜后的复混包膜肥置于室温下自然风干陈化12～24h；
50.s5，烘箱陈化：将自然风干后的复混包膜肥在烘箱中40～60℃烘干陈化2～4h，即制得以鸟粪石为主体的复混包膜肥料，记作肥3。
51.将本对比例制备的肥3与对比例2制备的肥2和实施例1制备的肥1进行基本指标测定，其基本氮磷指标见表1；对肥1、肥2、肥3进行sem测试，结果如图2所示，(a)为肥1的sem图，(b)为肥2的sem图，(c)为肥3 的sem图；结果表明，相较于肥2、肥3，肥1表面同时具备鸟粪石的棒状结构和生物炭的多孔结构，且分布更狭长，复混肥理论模型为水分子通过猪粪生物炭丰富的孔隙结构将肥料养分缓慢溶出，从而达到缓释的效果，因此可以看出肥1更符合要求。
[0052][0053]
表1不同处理的复混包膜肥基本氮磷指标
[0054]
此外，经检测，实施例1制备的鸟粪石及生物炭复混包膜肥吸水倍率60h 时最大为1.68g
·
g-1，耐水性强，浸泡15天仍保持完整粒状形态。且以养猪废水中回收的鸟粪石及猪粪热解得到的生物炭制备复混包膜肥，所需原料均价廉易得，制备工艺简单，无需高耗能，设备投入成本及运行成本低，制备的复混包膜肥为3～6mm球状颗粒，形态规则，具有良好的缓释效应，具有广阔的市场应用前景。
[0055]
实施例2：
[0056]
本实施例考察肥1、肥2、肥3的粒径分布。
[0057]
随机取出20粒制备好的肥1、肥2、肥3颗粒，测量其粒径分布，并计算其均值、方差和显著性差异。
[0058]
其粒径统计表格见表2，结果表明肥1、肥2、肥3的粒径变异系数均小于 10％，肥1粒径统计中变异系数仅为4.52％，表明鸟粪石及生物炭复混包膜肥均匀度较高；其粒径分布如图3所示，(a)为肥1，(b)为肥2，(c)为肥3；结果表明，肥1粒径分布呈现正态分布，粒径分布较肥2、肥3相对集中，主要在3.8～4.0mm之间。
[0059][0060]
表2不同处理的复混包膜肥粒径统计
[0061]
注：不同字母代表不同处理组差异性显著(p《0.05)，下同。
[0062]
实施例3：
[0063]
本实施例考察肥1、肥2、肥3的吸水倍率。
[0064]
分别称取干燥后的肥1、肥2、肥3各1.20g放入孔径为200目(75μm)的尼龙纱网袋中，封口；将尼龙袋缓慢放入盛有100ml蒸馏水的烧杯中，恒温保存。每隔12h尼龙袋取出一次(12、24、36、48、60h)，用滤纸拭去明水后连同袋子一起称量，称量结果取平均值。吸水倍率计算公式如下：
[0065][0066]
式中，wd为吸水前质量，g；ws为吸水后质量，g。
[0067]
其吸水倍率测量结果如表3所示，吸水倍率性能柱状图如图4所示，结果表明，浸泡60h后三类肥料均达到平衡，其吸水倍率依次是肥1》肥3》肥2，肥 1吸水倍率均高于肥2、肥3(p《0.05)，三类肥料的吸水倍率均高于1.5，肥1 的吸水倍率高主要得益于生物炭的多孔结构和外部的聚乙烯醇包膜材料，是一种良好的吸水凝胶材料，有效锁住水分，这也表明了复合包膜材料吸水性显著高于单一细粉包膜材料。
[0068][0069]
表3不同处理的复混包膜肥吸水倍率
[0070]
实施例4：
[0071]
本实施例考察肥1、肥2、肥3的耐水性。
[0072]
用天平称取2.00g鸟粪石和生物炭复混包膜肥颗粒样品放入50ml锥形瓶中，向锥形瓶中加入40ml蒸馏水，于室温下放置15d，观察颗粒溶解情况并记录完全溶解时间。
[0073]
(a)为肥1，(b)为肥2，(c)为肥3；肥2在3天内基本散成粉末状， 7天内完全散成粉
末状；肥3在第1天表面开始出现龟裂现象，第3天部分散成粉末状，15天内仍有部分保持完好的粒状形态；肥1在第3天开始出现龟裂现象，7d、15天内仍基本保持完好的粒状形态；表明复合包膜材料耐水性显著强于单一细粉包膜材料，分析原因可能是不同细粉与细粉之间容易形成气泡孔隙，水分子不容易渗透到颗粒之间的孔隙，而是通过生物炭颗粒自身的孔隙结构慢慢渗入，因而持续保持完整粒状结构。
[0074]
实施例5：
[0075]
本实施例考察肥1、肥2、肥3的无机磷释放特征。
[0076]
分别称每种复混包膜肥料样品各5.00克，放入100目的尼龙袋中，封口后放入250ml玻璃瓶中，加水100ml，加盖密封，置于25℃的生化恒温培养箱中静置培养；培养至l天(24h)，将尼龙网袋取出，用水冲洗尼龙网袋3次，将冲洗水放入玻璃瓶中，将瓶上下颠倒3次，使瓶内的溶液浓度一致，然后，将溶液摇匀后移入25ml容量瓶中，冷却至室温后定容，供分析无机磷用；将尼龙网袋放入另一个250ml玻璃瓶中，再向瓶中加入100ml水，加盖密封后放入培养箱中继续培养至下一次取样，培养试验取样时问设计为ld、3d、5d、7d、10d，其实验设计参数与条件见表4。
[0077][0078]
表4不同处理的复混包膜肥静水培养实验设计参数与条件
[0079]
其10天无机磷累积释放率结果如图5所示，结果表明，肥3在第一天无机磷释放率高于80％，第10天基本释放完全；肥2在第10天无机磷累积释放率为52.24％，这也验证了鸟粪石为一种优质的缓释肥；肥1在第1天无机磷释放率为8.6％，第10天累计释放率仅为34.52％，肥1无机磷累计释放率低于肥2 和肥3，表明了肥1具有显著的缓释效应。
[0080]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0081]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。