专利名称：利用黄姜皂素纤维废渣制备生物炭缓释肥的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用黄姜皂素纤维废渣制备生物炭型缓释肥的方法。
背景技术：
皂素工业会产生大量的纤维废渣，目前此类废渣不是丢弃就是堆放在厂区，既污染了环境又浪费了资源，目前急需实用可行的技术解决这个影响皂素行业发展的瓶颈问题。传统工艺黄姜皂素工业废渣应用的主要途径有制备燃料、人造扳材料、有机肥料等，但是目前工程应用的几乎没有，特别是针对直接分离法的皂素工艺纤维废渣。中国的化肥利用率远远低于世界发达国家水平，为提高化肥利用率，减少化肥的流失，防治农业面源污染，“缓释化肥”提供了新的思路，但是缓释材料的选择、缓释的材料与肥料的复合工艺及合理配施是目前农业上迫切需要解决的问题，生物碳缓释肥的制备国 内外还未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种利用黄姜皂素纤维废渣制备生物炭缓释肥的方法，为缓释肥提供新的载体依据和解决皂素行业新工艺的发展瓶颈。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是利用黄姜皂素纤维废渣制备生物炭缓释肥的方法，其特征在于包括有以下步骤
1)黄姜皂素纤维废渣经风干后，粉碎过筛达到80-200目粉末或2-5_的均匀颗粒；
2)置于反应器中，升温速率为4-10°C/min,于300-600°C，限氧条件下热解炭化30-180min，冷却研磨后得80-200目的生物炭粉；
3)取生物炭粉10-50重量份，喷射粘结剂溶液10-40重量份，然后将10-80重量份化肥包裹2-5次、混匀后风干或经造粒机造粒或经模具模压成型，即得生物炭缓释肥。按上述方案，所述的粘结剂为脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、环氧树月旨、聚乙烯醇缩醛类、聚苯乙烯或改性的淀粉糊。按上述方案，所述的化肥为尿素、磷肥、钾肥、有机肥料或复混肥中的一种或多种的混合。生物炭和肥料都有改良土壤的作用，二者复合施用，达到了生物炭和肥料的互补或协同作用，即延长了肥料养分的释放期，降低养分淋洗损失，又消除了生物炭养分不足的缺陷，二者结合使用其有益功能更多，为土壤、肥料及环境提出了综合解决方案。其机理是，首先生物炭本身具有空间网状结构，可以通过孔隙闭蓄和表面吸附吸持肥料养分，其次生物炭的化学官能团电离产生电荷使得生物炭具有较高离子吸附交换量，生物炭可以通过静电吸附负载肥料养分离子。第三，其化学官能团较为活跃，如羧基、羟基，可进行化学反应，因此生物炭可通过化学反应负载特定肥料养分。最后，低温生物炭通常含较多的挥发物，挥发物是一些低分子易解有机化合物，是微生物易解碳源，有利于微生物活动，有利于提高土壤微生物生物量及活性。粘接剂的使用不仅是增加生物炭颗粒或粉末与肥料之间的粘性， 而且粘接剂用于造粒中不仅会增加颗粒强度和胶凝性能，还使得肥料表面形成一层致密膜从而增加扩散阻力，进一步降低养分的释放速度。本发明与现有黄姜皂素废渣利用方法或技术相比，具有以下显著特点和有益效果
1、首次利用直接分离法的皂素纤维废渣进行缓释肥的制备，为此类废渣提供新的综合利用思路；
2、以缓释肥为目的的生物炭的制备，相比活性炭的制备热解温度更低、不需要添加其它任何试剂或药品，工艺简单、成本低廉，更节约时间和能源；
3、产品的应用更具针对性、灵活性，生物炭产品可以直接使用，除了其固炭作用外，还可应用于废水处理以及土壤的改良中； 4、能够因地制宜就地使用，省去了长途运输的费用。我国黄姜种植地区多为山区、坡地，营养元素、肥份等容易随雨水、地面径流流失，生物炭缓释肥能起到有效地固定肥份和营养兀素的作用；
5、本方法先将废渣制成生物炭，再利用生物炭蜂窝状颗粒多孔结构制备缓释肥等。利用直接分离法皂素纤维渣生产生物炭，不需要进行活化、洗涤工序，热解温度也可以进一步降低，大大简化了工艺条件，节约了时间和能源，而且与现有制备的产品的目的也不同。本方法将生物炭与肥料以一定比例进行包裹，利用生物炭与肥料之间存在的互补或协同作用，提高肥分效率；
6、利用皂素纤维废渣进行生物炭及其生物炭型缓释肥的制备有利于实现资源的再利用，而且可以就近应用于黄姜种植地区提高施肥效果、改良土壤，防止面源污染等，具有明显的经济效益和环境效益。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明，但是此说明不会构成对本发明的限制。实施例I
(O制备实验
直接分离法得到的黄姜皂素纤维废渣(传统工艺的皂素废渣是黄姜等中药原材料经过高温酸解后，除去了其中的淀粉、蛋白质和纤维素等的剩余物质以及提取皂素后所剩的固体粉状物，是发酵酸解之后产生的废渣，而直接分离法是用物理方法先将黄姜中纤维、淀粉分离出来后，再进行“发酵-酸解-提取皂素”，是发酵酸解之前产生的废渣。直接分离法所产生的废渣主要成分是纤维素、半纤维素、木质素等有机物，经测定纤维质含量明显高于传统工艺废渣，热值高于15kJ/g，而且质地轻，比表面积更大些)经风干后，粉碎达80-100目， 置于碳化炉内(升温速率6°C /min，通氮气)，在300°C下热解炭化60min，冷却后研磨即得 80-100目“生物炭1”，装袋备用；将尿素筛分，获得粒径为2-3 mm尿素颗粒；配制50%脲醛树脂胶溶液；称取40克“生物炭I”置于圆盘中；将30g上述脲醛树脂胶溶液均匀喷在生物炭表面，使生物炭颗粒间润湿但不粘结；热风吹5 min左右,边勻速转动边均勻加入120克尿素颗粒，旋转搅拌15min，混合均匀，如此反复2次，风干后即可制得生物炭尿素颗粒状缓释肥；
(2)应用实验
通过土柱淋溶法实验(首先在土柱底部铺上2层200目滤布，并且在滤布上均匀铺撒一层石英砂，制成试验用淋溶土柱；按l_3g/cm容重先装入土壤样250 g,再在其上按同样紧实度装入250 g 土肥混合物；土肥混合物用200目滤布覆盖，并均匀铺撒0. 5-0. 8cm高的石英砂，防止加水时扰乱土层。第I次先向淋溶杯中加入200 ml水使土壤水分接近饱和，静置Id后再向淋溶杯中加入IOOml水，收集初期(24h)淋溶液。之后每隔3d淋溶一次，共淋溶10次(30天)。分别计算初期和30天累积淋溶率)。实验分为三组同时进行，每组2个平行样。第一组为缓释肥组，所添加的肥料为上述颗粒状尿素缓释肥；第二组为肥料对比组，添加肥料为尿素样品；第三组为空白组不添加任何肥料。通过空白组的背景校正后实验结
果为第一、二组初期(24h)氮素淋溶率分别为24. 38%,58. 15%, 30天累积氮素淋溶率分别为70.12%、89. 76%o实施例2
(1)制备实验
直接分离法皂素纤维废渣经风干后，粉碎达2-3_均匀颗粒，置于碳化炉厌氧热解碳化，升温速率4°C /min，热解温度400°C，炭化40min，冷却后即得“生物炭2”。将“生物炭2”冷却研磨成80目的生物炭粉；配制60%脲醛树脂粘结剂溶液；称取30克生“物炭粉2”置于托盘中df20g粘结剂溶液均匀喷在生物炭粉表面，使其颗粒间润湿但不粘结；吹入热风5min左右；称取100克经粉碎过80目筛的尿素加入，搅拌15min混合均匀，如此反复2次后经压片机压片风干后即可制得片状生物炭尿素缓释肥；
(2)应用实验
实验方法同实施例1，经空白值校正后实验结果为片状生物炭尿素缓释肥组初期和30天氮素淋溶率分别为17. 47%,65. 12%，尿素对比组结果同实施例I。实施例3
(1)制备实验
生物炭制备步骤同实施例1，将“生物炭I”磨成200目的生物炭粉；配制70%脲醛树脂-酒精粘结剂溶液；称取32克“生物炭粉I”置于托盘中，取34g 60%脲醛树脂溶液均匀喷在其表面，使其颗粒间润湿但不粘结；吹入热风5min左右，称取IOOg磷酸二氢铵粉末加入，搅拌15min混合均匀，如此反复2次后经压片机压片风干后即可制得片状生物炭缓释磷肥；
(2)应用实验
实验方法同实施例1，经空白值校正后实验结果为片状缓释肥组和磷酸二氢铵对比组初期磷的淋溶率分别为16. 58%,50. 36%, 30天累积磷的释放率分别为56. 75%,86. 68%。实施例4 (I)制备实验
生物炭制备步骤同实施例2，将“生物炭2”磨成100目的生物炭粉；配制10%聚乙烯醇缩甲醛溶液；称取40克“生物炭粉2”置于托盘中，取30g配好的聚乙烯醇缩甲醛溶液均匀喷在其表面，使其颗粒间润湿但不粘结；吹入热风5min左右，称取IOOg磷酸二氢钾粉末加入，搅拌15min混合均匀，如此反复2次后经压片成型机压片风干后可制得柱状生物炭缓释钾肥；
(2)应用实验
实验方法同实 施例1，经空白值校正后实验结果为柱状缓释肥组和磷酸二氢钾对比组初期钾素的淋溶率分别为15. 73%,60. 34%，30天累积钾素的释放率分别为50. 26%,92. 39%。
权利要求
1.利用黄姜皂素纤维废渣制备生物炭缓释肥的方法，其特征在于包括有以下步骤1)黄姜皂素纤维废渣经风干后，粉碎过筛达到80-200目粉末或2-5_的均匀颗粒；2)置于反应器中，升温速率为4-10°C/min，于300-600°C，限氧条件下热解炭化 30-180min，冷却研磨后得80-200目的生物炭粉；3)取生物炭粉10-50重量份，喷射粘结剂溶液10-40重量份，然后将10-80重量份化肥包裹2-5次、混匀后风干或经造粒机造粒或经模具模压成型，即得生物炭缓释肥。
2.根据权利要求I所述的利用黄姜皂素纤维废渣制备生物炭缓释肥的方法，其特征在于所述的粘结剂为脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇缩醛类、聚苯乙烯或改性的淀粉糊。
3.根据权利要求I或2所述的利用纤维废渣制备生物炭缓释肥的方法，其特征在于所述的化肥为尿素、磷肥、钾肥、有机肥料或复混肥中的一种或多种的混合。
全文摘要
本发明涉及利用黄姜皂素纤维废渣制备生物炭缓释肥的方法，包括有以下步骤1)黄姜皂素纤维废渣经风干后，粉碎过筛；2)置于反应器中，升温，于300-600℃，限氧条件下热解炭化，冷却研磨后得生物炭粉；3)取生物炭粉，喷射粘结剂溶液，然后将化肥包裹2-5次、混匀后风干或经造粒机造粒或经模具模压成型，即得生物炭缓释肥。本发明工艺简单、成本低廉，更节约时间和能源；将生物炭与肥料以一定比例进行包裹，利用生物炭与肥料之间存在的互补或协同作用，提高肥分效率。
文档编号C05G3/08GK102701852SQ20121018750
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月8日 优先权日2012年6月8日
发明者向罗京, 周旋, 左淼, 毕亚凡, 邓光天 申请人:武汉工程大学