一種由木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物制備緩釋肥料包膜的方法及應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種由木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物制備緩釋肥料包膜的方法及應(yīng)用。本發(fā)明首次使用木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物為原料，制備得到了一種環(huán)境友好、成本低，簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)的緩釋肥料包膜，與肥芯結(jié)合制備得到的緩釋肥料緩釋效果佳、土壤性能得到改善、緩釋期長。
【專利說明】
一種由木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物制備緩釋肥料包膜的方法及應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于緩釋肥料包膜制備領(lǐng)域，具體涉及一種由木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物制備緩釋肥料包膜的方法及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物中60%以上為木質(zhì)素，10%左右為未降解的纖維，同時(shí)富含蛋白質(zhì)、酵母、大腸桿菌留下的N、P、S等營養(yǎng)元素。在木質(zhì)纖維乙醇轉(zhuǎn)化過程中每生產(chǎn)I噸乙醇，約有1.5-2噸的剩余物產(chǎn)生，剩余物的有效利用成為制約木質(zhì)纖維乙醇技術(shù)發(fā)展的瓶頸。
[0003]作物生長需要礦物質(zhì)養(yǎng)分，要想獲得高產(chǎn)就必須提供足夠的養(yǎng)分，因此，通過施用化肥成為作物增產(chǎn)的重要手段?；世寐势褪俏覈柿鲜褂蒙洗嬖诘闹饕獑栴}，不僅造成了資源的大量浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)的巨大損失，還大大增重了農(nóng)民的負(fù)擔(dān)，而且對環(huán)境也產(chǎn)生極大的影響，因而具有緩釋、環(huán)保、高肥效的緩釋肥料的研究并廣泛推廣的任務(wù)迫在眉睫。
[0004]美國于上世紀(jì)60年代最先成功研制及使用緩釋肥料，隨后日本、加拿大、英國、以色列、法國等很多國家也開展了此方面的研究工作且在制備技術(shù)、釋放機(jī)理等方面上取得了較大的突破。70年代以后，國內(nèi)外對緩釋肥料的研究日益增多。包膜緩釋肥料在生產(chǎn)制造方面的技術(shù)發(fā)展迅速，當(dāng)前主要研究工作集中在肥料包膜材料的選擇使用、養(yǎng)分釋放機(jī)理和肥料評價(jià)方法三方面。1961年，美國田納西流域管理局首先成功研制出硫包膜尿素(SCU)。美國ADM公司于1964年開發(fā)了用熱固性樹脂(其成分主要是丙三醇酯與二聚環(huán)戊二稀的共聚物)為包膜的聚合物包膜肥料，并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。Anna Jarosiewicz等通過采用聚砜和淀粉等材料而制備了包膜肥料。張玉龍等將一定濃度的天然高分子化合物加到溶劑中制成溶液，此溶液作為粘結(jié)劑，再加入無機(jī)礦物材料，即可制成涂膜材料，用該涂膜材料包裹處理過后的尿素則可制成緩釋肥料。
[0005]國內(nèi)外對緩釋肥料的研究過程中雖然已經(jīng)取得了相當(dāng)多的成果，但目前緩釋肥料的很多產(chǎn)品還有一定缺陷，工藝復(fù)雜，成本較高，且聚合物包膜緩釋肥料雖有較好的緩釋效果，但易對土壤造成二次污染。
[0006]另外，木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物中60%以上為木質(zhì)素，10%左右為未降解的纖維素。在木質(zhì)纖維乙醇轉(zhuǎn)化過程中每生產(chǎn)I噸乙醇，約有1.5-2噸的剩余物產(chǎn)生，剩余物的有效利用成為制約木質(zhì)纖維乙醇技術(shù)發(fā)展的瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明公開了一種環(huán)境友好、成本低，簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)，與肥芯結(jié)合制備得到的緩釋肥料緩釋效果佳、緩釋期長的由木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物制備緩釋肥料包膜的方法。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述包膜的應(yīng)用，將所述包膜液噴涂于肥芯或化肥表面作為包膜，制備得到緩釋效果佳、緩釋期長、環(huán)境友好，可生物降解的緩釋肥料。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0010]一種由木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物制備緩釋肥料包膜的方法，包括以下步驟:加堿調(diào)節(jié)木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物的PH為8.0-9.0，超聲分散，加入酸酐或醛，于80-95°C反應(yīng)，進(jìn)一步加入聚乙烯醇溶液，于80-95°C反應(yīng)，得到包膜液，將包膜液噴涂于肥芯或化肥表面，作為包膜。
[0011]優(yōu)選的方案中，所述木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物與酸酐或醛的質(zhì)量比為5-30:2-10。
[0012]優(yōu)選的方案中，所述木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物與聚乙烯醇的質(zhì)量比為5-30:5-10。
[0013]優(yōu)選的方案中，所述酸酐為乙酸酐、檸檬酸酐中的一種或兩種;所述醛為甲醛或乙醛。
[0014]優(yōu)選的方案中，向包膜液中進(jìn)一步加入生化抑制劑，所述生化抑制劑為脲酶抑制劑或硝化抑制劑，攪拌，充分混合，然后再噴涂于肥芯或化肥表面。
[0015]優(yōu)選的方案中，所述木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物經(jīng)干燥粉碎后過80-150目篩備用。
[0016]優(yōu)選的方案中，每5-30重量份所述干燥粉碎后的木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物與70-95重量份水混合后，再加堿調(diào)節(jié)木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物的pH。
[0017]優(yōu)選的方案中，所述超聲分散時(shí)間為l_6h。
[0018]優(yōu)選的方案中，所述聚乙烯醇為AH-26，醇解度為98%，聚乙烯醇溶液通過將5-10重量份聚乙稀醇溶于90-95重量份的水中得到。
[0019]上述方法所得到的緩釋肥料包膜的應(yīng)用，將所述包膜液噴涂于肥芯或化肥表面作為包膜，制備緩釋肥料，所述包膜占緩釋肥料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的10-20 %。
[0020]上述應(yīng)用過程中，所述肥芯通過將化肥、木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物、蒙脫土、海藻酸鈉溶液混合，加水?dāng)嚢瑁玫交旌弦?，滴加至氯化鈣溶液中均勻成球，干燥，得到;所述化肥、木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物、蒙脫土、水、海藻酸鈉溶液的質(zhì)量比為30-50:4-6:2-4:50:40-60ο
[0021]特別是通過將本發(fā)明的包膜液噴涂于肥芯上述肥芯表面，能夠獲得非常好的緩釋效果，大大改善土壤性質(zhì)。
[0022]本發(fā)明的有益效果:
[0023]本發(fā)明的發(fā)明人首次使用木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物為原料，制備得到了一種環(huán)境友好、成本低，簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)，與肥芯結(jié)合制備得到的緩釋肥料緩釋效果佳、土壤性能得到改善、緩釋期長的由木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物制備緩釋肥料包膜的方法。
[0024]相對現(xiàn)有技術(shù)中使用木質(zhì)素制備包膜液，本發(fā)明的難度更大，因?yàn)槟举|(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物的成分更為復(fù)雜，根本無法按照木質(zhì)素的方法和配料來制備包膜液，對此，發(fā)明人經(jīng)過大量的研究，通過對選用的原料，制備的過程，原料的添加順序以及反應(yīng)過程進(jìn)行嚴(yán)格控制，不僅將木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物得到了重復(fù)利用，且得到了一種環(huán)境友好，有效改善土壤性質(zhì)，且能夠獲得良好緩釋效果的包膜液。
[0025]特別是通過將本發(fā)明的包膜液和特制肥芯綜合使用，能夠獲得非常顯著的協(xié)同增效的有益效果。
[0026]本發(fā)明的養(yǎng)分緩釋期達(dá)到65天。
[0027]本發(fā)明的制備方法簡單，成本低廉，所需成本僅為樹脂包衣緩釋肥料的30-50%，易于工業(yè)化生產(chǎn);不會對土壤產(chǎn)生二次污染;包膜液在降解后還可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，增加土壤通透性，改善土壤板結(jié)化。本發(fā)明有效地利用了木質(zhì)纖維乙醇剩余物，既解決了剩余物的處理問題，又促進(jìn)了農(nóng)林施肥模式的改善。
[0028]本發(fā)明工藝簡單可行，各成分均可降解，適用于農(nóng)林業(yè)生態(tài)施肥。
[0029]通過施用包含本發(fā)明包膜的緩釋肥料，有機(jī)質(zhì)含量、土壤通氣孔隙度、養(yǎng)分利用率、植株高度、徑粗均大大提高。
[0030]本發(fā)明開發(fā)了以木質(zhì)纖維乙醇剩余物為主體材料制備的緩釋肥料包膜，為生產(chǎn)具有肥料緩釋效果且又有生物降解性的環(huán)境友好型緩釋肥料提供了可能。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1制備得到的包膜液的照片。
[0032]圖2為本發(fā)明的實(shí)施例1制備得到的緩釋肥料照片。
[0033]圖3為施肥75天后照片(左:尿素量為10mg氮/kg土壤，右:木質(zhì)纖維乙醇剩余物緩釋肥料量為I OOmg氮/kg土壤)。
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下結(jié)合實(shí)施例旨在進(jìn)一步說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0035]實(shí)施例1
[0036]木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物經(jīng)干燥粉碎后過100目篩備用。取20g干燥粉碎后的木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物加入到500mL三口燒瓶中，并加入80mL純水進(jìn)行混合，采用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至8.0，置于超聲波清洗儀中處理6h。
[0037]在裝有木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物溶液的三口燒瓶中，加入5g的乙酸酐，在900C恒溫水浴中，機(jī)械攪拌6h。
[0038]將1g聚乙烯醇(AH-26，醇解度為98%)緩慢的加入90mL純水中，邊加邊迅速攪拌，溫度從室溫逐步升至40°C。
[0039]將聚乙烯醇溶液緩慢的滴加到木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物與乙酸酐溶液中，90°C水浴，機(jī)械攪拌10h，獲得木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物緩釋肥料包膜液。
[0040]實(shí)施例2
[0041]木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物經(jīng)干燥粉碎后過100目篩備用。取20g干燥粉碎后的木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物加入到500mL三口燒瓶中，并加入80mL純水進(jìn)行混合，采用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至8.0，置于超聲波清洗儀中處理6h。
[0042]在裝有木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物溶液的三口燒瓶中，緩慢的滴加5g的甲醛溶液，在90 0C恒溫水浴中，機(jī)械攪拌6h。
[0043]將1g聚乙烯醇(AH-26，醇解度為98%)緩慢的加入90mL純水中，邊加邊迅速攪拌，溫度從室溫逐步升至40°C。
[0044]將聚乙烯醇溶液緩慢的滴加到木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物與甲醛溶液中，90°C水浴，機(jī)械攪拌10h，獲得木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物緩釋肥料包膜液。
[0045]實(shí)施例3
[0046]木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物經(jīng)干燥粉碎后過100目篩備用。取20g干燥粉碎后的木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物加入到500mL三口燒瓶中，并加入80mL純水進(jìn)行混合，采用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至8.0，置于超聲波清洗儀中處理6h。
[0047]在裝有木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物溶液的三口燒瓶中，加入5g的檸檬酸酐，在90°C恒溫水浴中，機(jī)械攪拌6h。
[0048]將1g聚乙烯醇(AH-26，醇解度為98% )緩慢的加入90mL純水中，邊加邊迅速攪拌，溫度從室溫逐步升至40°C。
[0049]將聚乙烯醇溶液緩慢的滴加到木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物與檸檬酸酐溶液中，90°C水浴，機(jī)械攪拌10h，獲得木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物緩釋肥料包膜液。
[0050]實(shí)施例4
[0051 ] 取50g尿素、4g木質(zhì)纖維乙醇剩余物、2g蒙脫土、50g水置于三口燒瓶中，80-95°C水浴中機(jī)械攪拌30min，獲得混合液。與50mL的4 %海藻酸鈉溶液充分混合，滴入5 %氯化鈣溶液中均勻成球，取出成球顆粒放入恒溫烘干箱中50°C干燥，得到肥芯。
[0052]取實(shí)施例1獲得的木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物緩釋肥料包膜液100mL，在包膜液中加入生化抑制劑硼酸3g并充分混合，將肥芯置于包衣機(jī)中，將膜液經(jīng)高壓噴槍噴涂于肥芯顆粒表面，用風(fēng)機(jī)快速干燥，制得包膜型緩釋肥料，包膜占緩釋肥料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)20%，肥芯占緩釋肥料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)80 %。
[0053]將所得緩釋肥料以10mg氮/kg土壤施入菜豆樹盆栽中，40天取樣，與施尿素量為10mg氮/kg 土壤的盆栽比較，有機(jī)質(zhì)含量增加3.9%，土壤通氣孔隙度增加了2.5%，養(yǎng)分利用率提高了 13.10 %，植株高度提高了 20.39%，徑粗提高了 17.39% ; 50天取樣，有機(jī)質(zhì)含量增加4.8%，土壤通氣孔隙度增加了 3.4%，養(yǎng)分利用率提高了 19.33%，植株高度提高了30.76%,徑粗提高了 25.71 % ;養(yǎng)分緩釋期達(dá)到65天。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種由木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物制備緩釋肥料包膜的方法，其特征在于，包括以下步驟:加堿調(diào)節(jié)木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物的PH為8.0-9.0，超聲分散，加入酸酐或醛，于80-95°C反應(yīng)，進(jìn)一步加入聚乙烯醇溶液，于80-95°C反應(yīng)，得到包膜液，將包膜液噴涂于肥芯或化肥表面，作為包膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物與酸酐或醛的質(zhì)量比為5-30:2-10。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物與聚乙烯醇的質(zhì)量比為5-30:5-10。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述酸酐為乙酸酐、檸檬酸酐中的一種或兩種;所述醛為甲醛或乙醛。5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，向包膜液中進(jìn)一步加入生化抑制劑，所述生化抑制劑為脲酶抑制劑或硝化抑制劑，攪拌，充分混合，然后再噴涂于肥芯或化肥表面。6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物經(jīng)干燥粉碎后過80-150目篩備用。7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，每5-30重量份所述干燥粉碎后的木質(zhì)纖維乙醇發(fā)酵剩余物與70-95重量份水混合后，再加堿調(diào)節(jié)木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物的pH。8.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述聚乙烯醇為AH-26，醇解度為98%，聚乙烯醇溶液通過將5-10重量份聚乙烯醇溶于90-95重量份的水中得到。9.權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述方法制備得到的包膜的應(yīng)用，其特征在于，將所述包膜液噴涂于肥芯或化肥表面作為包膜，制備緩釋肥料，所述包膜占緩釋肥料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的10-20%。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，所述肥芯通過將化肥、木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物、蒙脫土、海藻酸鈉溶液混合，加水?dāng)嚢?，得到混合液，滴加至氯化鈣溶液中均勻成球，干燥，得到;所述化肥、木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵剩余物、蒙脫土、水、海藻酸鈉溶液的質(zhì)量比為30-50:4-6:2-4:50:40-60。
【文檔編號】C05G3/00GK106045703SQ201610398672
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】張 林, 陳介南, 王揮, 詹鵬, 閆豪, 劉進(jìn), 陳石蘭
【申請人】中南林業(yè)科技大學(xué), 長沙聯(lián)美生物科技有限責(zé)任公司