一种改性木质素/生物炭包膜缓释肥及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种改性木质素/生物炭包膜缓释肥及其制备方法和应用，将木质素源进行酸沉预处理，获得酸沉木质素，然后将酸沉木质素与酯化剂进行酯化反应，获得改性木质素，然后将肥芯置于含改性木质素、生物炭的混合液中浸泡、烘干，即得改性木质素/生物炭包膜缓释肥，本发明专利技术提供的包膜缓释肥的制备方法简单易行，无需昂贵设备，原料来源广泛、成本低廉且可再生，而且包膜肥料还具有去除重金属的能力，不仅可以促进作物生长发育，同时还能改良水体或土壤，提高土壤持水性和透气性，具有较高的附加值和经济效益。加值和经济效益。加值和经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种改性木质素/生物炭包膜缓释肥及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于缓释肥的制备和应用领域，具体涉及一种改性木质素/生物炭包膜缓释肥及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在过去的几十年里，为了满足世界范围内对粮食日益增长的需求，农业上化肥的使用量也急剧增加。而且由于化肥施用不合理，实际利用率低，造成土壤污染问题严重，并伴随下渗的土壤水转移，而造成水体污染。与此同时人们对环境、健康以及自然资源可持续利用等的关注也不断提高，所以在保证粮食产量的同时，最大限度地减少肥料损失、提高肥料利用率、改善土壤的污染，是当前农业肥料科技创新的重要任务，也是实现农业可持续发展的重要保证。在这种情况下，缓释/控释肥料(S/CRFs)受到越来越多的关注，与传统肥料相比，S/CRFs具有肥料利用效率高、养分可持续供应、施用成本低等优点。因此，S/CRFs的研发对绿色、可持续农业的发展具有非常重要的促进作用。目前的缓释肥料中包膜型肥料是最主要的一类。由于目前石油资源的短缺和不可再生，利用的缓释肥的高分子膜材料往往不易降解，累积在土壤中降低土壤肥力，污染环境。此外，高分子材料的包膜工艺较为复杂，材料价格昂贵，大大的增加了经济成本。因此，对于包膜型缓释肥料的研究，最关键的问题是如何选择来源广泛、价格低廉、无污染且又能保证肥料具有较好缓释性能的包膜材料。

技术实现思路

[0003]针对现有缓释肥包膜材料不可再生、制备复杂、价格昂贵的缺陷；本专利技术的第一个目的在于提供一种改性木质素/生物炭包膜缓释肥的制备方法。其制备方法操作简易、成本低廉。
[0004]本专利技术的第二个目的在于提供上述制备方法所制备的一种改性木质素/生物炭包膜缓释肥。所提供的改性木质素/生物炭包膜缓释肥，缓释效果好、还可改良土壤。
[0005]本专利技术的第三个目的在于提供上述制备方法所制备的一种改性木质素/生物炭包膜缓释肥的应用。将所述改性木质素/生物炭包膜缓释肥用于静水或土壤中的营养缓释。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术一种改性木质素/生物炭包膜缓释肥的制备方法，将木质素源进行酸沉预处理，获得酸沉木质素，然后将酸沉木质素与酯化剂进行酯化反应，获得改性木质素，然后将肥芯置于含改性木质素、生物炭的混合液中浸泡、烘干，即得改性木质素/生物炭包膜缓释肥，所述含改性木质素、生物炭的混合液中，生物炭的质量分数≤5％，所述含改性木质素、生物炭的混合液中，改性木质素的质量分数为1～5％，优选为2～4％。
[0008]本专利技术的制备方法，先对木质素源进行酸沉预处理，对木质素原料进行纯化，然后对其进行酯化改性，获得疏水性的改性木质素，然后再将改性木质素与生物炭复合形成包膜，一方面，生物炭的加入可以进一步的增强包膜的热稳定性、延长热分解温度和增加包膜的表面官能团数量，同时还能够吸附重金属，并且改善土壤，改性木质素/生物炭包膜材料
具有优异的生物降解性。
[0009]当然，加入生物炭的量是需要有效控制的，若加入太少，包膜疏水性过高，而当疏水性过高或过低时，会导致肥料不能缓释或缓释过快，同时加入太少，重金属吸附性能降低，而若加入太多，其良好的亲水性和过多的孔容会导致膜材料的溶胀性能增加，同样不利于肥料的缓释。
[0010]另外，专利技术人还意外的发现，对木质素磺酸钠进行酸沉预处理纯化后，可以大幅提升玻璃化转化温度，进行脂化改变后，玻璃化转变温度有所降低，仍保持在50℃以上，利于缓释肥料的加工、保存、运输。
[0011]优选的方案，所述木质素源选自木质素磺酸钠、酶解木质素、碱木质素、卡夫木质素、木质素中的至少一种，优选为木质素磺酸钠。
[0012]在本专利技术中所用木质素源均采用工业级以上即可。
[0013]优选的方案，所述酸沉预处理的过程为：将木质素磺酸钠溶于水中获得溶液，再于溶液中加入盐酸调节pH为1～4，沉降12～24h，固液分离，洗涤、干燥即得酸沉木质素(SL)。
[0014]在实际操作过程中，采用过滤的方式固液分离，滤渣用去离子水洗涤至中性，在50℃下干燥至恒重即得。
[0015]优选的方案，将酸沉木质素与酯化剂为原料，吡啶为催化剂，进行酯化反应获得改性木质素，所述酯化反应的时间为1～3h，优选为1～2h，反应的温度为10～50℃，优选为20～40℃，所述酯化剂选自乙酰氯、辛酰氯、十二酰氯、十六酰氯中的一种，所述酸沉木质素与酯化剂的固液质量体积比为0.2～1g：2～7mL，所述酯化剂与吡啶体积比为0.5～2：0.8，优选为1：0.8。
[0016]进一步的优选，所述酯化剂为十六酰氯。
[0017]专利技术人发现，采用十六酰氯改性的木质素疏水性最高，可以引入更多的亲水性生物炭进行疏水亲水性能的调节，从而使所得改性木质素/生物炭包膜缓释肥的综合性能最优。
[0018]进一步的优选，将酸沉木质素溶于N
‑
N二甲基甲酰胺中超声2～7min，然后加入吡啶、酯化剂进行酯化反应，酯化反应完成后，将所得反应后液倒入300～700mL质量分数为1～3％的盐酸中结束反应，过滤，沉淀，用蒸馏水和乙醇研磨洗涤后冷冻干燥即得改性木质素，所述酸沉木质素与N
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N二甲基甲酰胺的固液质量体积比为0.2～1g：10～30mL。
[0019]优选的方案，所述生物炭为将杨木屑进行除木质素处理获得去木质素木屑，然后于保护气氛下热解，所得热解产物再经碱活化处理获得。
[0020]专利技术人意外的发现，以杨木屑作为生物碳的原料，按本专利技术的方式制备所得生物碳，对六价铬具有非常优异的吸附性能，使得本专利技术的改性木质素/生物炭包膜缓释肥不仅具有优异的缓释性能，而且能够吸附六价铬，可用于含铬污染土壤，同时作为肥料和土壤修复剂。
[0021]进一步的优选，所述除木质素处理的过程为：将杨木屑置于含NaOH与Na2SO3的碱液中，于90～110℃，反应1～10h获得碱煮处理的杨木屑，再将碱煮处理的杨木屑采用H2O2溶液浸泡1～3h，浸泡时加入氨水调节pH为9～11，最后用去离子水将木屑清洗至溶液为中性，并干燥得到去木质素木屑。
[0022]更进一步的优选，所述含NaOH与Na2SO3的碱液由浓度为0.1～2mmol L
–1，优选为1
～1.5mmol L
–1的NaOH溶液与浓度为0.1～2mmol L
–1，优选为0.1～0.5mmol L
–1的Na2SO3溶液混合获得，所述NaOH溶液与所述Na2SO3溶液的体积比为0.5～2：1，优选为1：1。
[0023]更进一步的优选，所述H2O2溶液中，H2O2的质量分数为2～5％。
[0024]进一步的优选，所述热解的温度为650～750℃，热解的时间为1～3h，升温速率为2～10℃min
–1。
[0025]更进一步的优选，所述保护气氛为N2。
[0026]进一步的优选，所述碱活化处理的过程为，将热解产物与KOH混合，K本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性木质素/生物炭包膜缓释肥的制备方法，其特征在于：将木质素源进行酸沉预处理，获得酸沉木质素，然后将酸沉木质素与酯化剂进行酯化反应，获得改性木质素，然后将肥芯置于含改性木质素、生物炭的混合液中浸泡、烘干，即得改性木质素/生物炭包膜缓释肥，所述含改性木质素、生物炭的混合液中，生物炭的质量分数≤5％，所述含改性木质素、生物炭的混合液中，改性木质素的质量分数为1～5％。2.根据权利要求1所述的一种改性木质素/生物炭包膜缓释肥的制备方法，其特征在于：所述木质素源选自木质素磺酸钠、酶解木质素、碱木质素、卡夫木质素、木质素中的至少一种；所述酸沉预处理的过程为：将木质素源溶于水中获得溶液，再于溶液中加入盐酸调节pH为1～4，沉降12～24h，固液分离，洗涤、干燥即得酸沉木质素。3.根据权利要求1所述的一种改性木质素/生物炭包膜缓释肥的制备方法，其特征在于：将酸沉木质素与酯化剂为原料，吡啶为催化剂，进行酯化反应获得改性木质素，所述酯化反应的时间为1～3h，反应的温度为10～50℃，所述酯化剂选自乙酰氯、辛酰氯、十二酰氯、十六酰氯中的一种，所述酸沉木质素与酯化剂的固液质量体积比为0.2～1g：2～7mL，所述酯化剂与吡啶的体积比为0.5～2：0.8。4.根据权利要求3所述的一种改性木质素/生物炭包膜缓释肥的制备方法，其特征在于：将酸沉木质素溶于N
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N二甲基甲酰胺中超声2～7min，然后加入吡啶、酯化剂进行酯化反应，酯化反应完成后，将所得反应后液倒入300～700mL质量分数为1～3％的盐酸中结束反应，过滤，沉淀，用蒸馏水和乙醇研磨洗涤后冷冻干燥即得改性木质素，所述酸沉木质素与N
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N二甲基甲酰胺的固液质量体积比为0.2～1g：10～30mL。5.根据权利要求1所述的一种改性木质素/生物炭包膜缓释肥的制备方法，其特征在于：所述生物炭的获取方法为：将杨木屑进行除木质素处理获得去木质素木屑，然后于保护气氛下热解，所得热解产物再经碱活化处理获得。6.根据权利要求5所述的一种改性木质素/生物炭包膜缓释肥的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张林，董红萍，唐士锋，吴志平，詹鹏，卿彦，邵礼书，刘进，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：