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浅析生物质炭基缓释肥的成型特性
浅析生物质炭基缓释肥的成型特性
1引言
目前,我国化肥当季利用率平均为30%。其中,氮肥利用率仅为30%~35 %磷肥约为10%~25 %钾肥为35% ~50% ,不仅远远低于欧美发达国家60%~70%的水平,而且近年来还有下降的趋势。以氮肥为例,20世纪90年代利用率平均约为35%,现今己降至27%左右。此外,化肥过量投入、盲目施用、作物利用率不高,都会引起土壤、水体、大气和农产品的污染,化肥己被视为仅次于农药的污染源,造成的危害也与农药旗鼓相当。控/缓释肥是解决这一问题的良好措施,国内外均在大力发展氮肥的控/缓释技术。用于肥料养分缓/控释的控释材料种类较多,然而目前的控释材料缺少补充土壤有机碳的功能,且大部分材料受资源制约、不可再生。生物质是可再生的,因而生物炭是可再生的,资源无穷。生物炭具有土壤改良和土壤固碳的作用,还可吸附和负载肥料养分,延缓肥料养分在土壤中释放和降低淋洗损失,是有益功能更多的肥料缓释绿色控释材料。目前,生物炭与肥料复合为土壤一肥料一环境提出了综合解决方案,生物炭作为肥料增效载体有生物炭载体肥料、生物炭包膜肥料、生物炭基肥料及生物菌剂肥料等形式。
本文以挤出造粒机上在500℃温度下制备的稻壳炭为基质,以改性玉米淀粉为粘结剂,以尿素为肥料,研究了生物质炭基缓释肥的成型特性,分析了缓释肥的抗压强度、成型率、干燥特性和N损失情况。
1材料与方法
1.1试验材料与设备
1.1.1试验材料
试验采用生物质连续热解制炭,设备采用华南农业大学设计的连续热解装置。该装置采用变螺距的特殊螺旋输送器,密螺旋保证顺畅送料的同时系统具有良好的密闭性。将稻壳在热解温度500 ℃、热解时间8 min的条件下进行热解,获得的稻壳炭利用工业分析仪、ICP等仪器进行工业分析及养分离子检测,分析结果如表1所示。稻壳炭经研磨过40目标准筛后使用。
试验所用的化学试剂:Hz Oz (30% ) , NaOH, Fe-SO4、CO(NHz)z、Naz BO4, Hz 0、Naz Sz 03·SHzO、TBP, Hz SO4 , HN03 , HCL, CuS04 , SO4(以上为分析纯级别)和玉米淀粉(GB /T 12309一1990)。
1. 1.2试验设备
试验采用的设备如表2所示。
1.2试验方法
1.2. 1粘结剂的制取
在徐鹏翔、你金等对改性淀粉粘结剂的研究基础上,制作新型缓释肥玉米淀粉粘结剂。其合成步骤如下:①调浆。向反应釜中加入适量的温水,加入工业级玉米淀粉和适量催化剂FeS04溶液((6% )搅拌,直至成均匀的浆料。②氧化。缓慢向体系中加入一定量的HZ Oz溶液(30% ),并加入适量的NaOH(10% )溶液,连续搅拌60 min使淀粉充分氧化。③糊化。继续加入一定量的NaOH (10% )溶液,确保氧化后的玉米淀粉充分糊化,此过程持续20 min 。④系统中加入适量硼砂、少量尿素溶液以及NaZ SZ 03溶液,继续搅拌之后进行定容,待冷却至室温即可。整个反应在恒温水浴环境中进行。
1.2.2肥料造粒
将计量好的尿素和稻壳炭粉,按照比例A1 (2:1) ,A2(1 :1) ,A3 (1 :2)充分混合加入一定量的改性玉米淀粉粘结剂,混匀,置于挤出造粒机中进行造粒。将制造出来的炭肥分别置于温度B1 ( 60℃ ) , B2 ( 80℃ ) , B3 (100℃)下分别进行烘干,持续2h,每隔10 min取出,干燥器冷却至室温后称重。由于造粒机造粒直径固定,造出的颗粒肥直径范围约为6.5 ~7.5mm,将烘干后的肥料颗粒进行人工筛分,计算筛剩的颗粒质量占全部质量的百分率;将制作好的球形肥料置于谷物硬度计上测定其抗压强度,分析其颗粒性能。
2结论
1)各组肥料在烘干90min左右基本达到质量平衡,低炭氮比肥料的干燥时间较长。当炭肥比)1:1时,温度越高,烘干所需时间越短;而当炭肥比,1:2时,温度越高,烘干所需时间反而增长。生物炭本身的多孔隙结构易于水分的散发,而尿素暴露在空气中时容易吸收空气中的水分并粘附在颗粒表面,烘干初期容易表面结壳,不利于水分的散发,从而延长了干燥时间。
2)采用挤出式造粒法可获得良好的抗压强度和成型率,当烘干温度为60一100 ℃、炭肥比,1:1时,成型肥料的抗压强度gt;40 N;炭肥比)1:1时,成型率gt;95%。过低的炭氮比会降低成型率。
3)低炭氮比下尿素含量较多,暴露在空气中容易吸收空气中的水分,在造粒过程中豁附在造粒机上造成损失。因此,过低的炭氮比X会增加N损失
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