一種稻草生物質炭基尿素及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及尿素技術領域，具體涉及一種稻草生物質炭基尿素及其制備方法。
【背景技術】
[0002]施肥已經成為農業生產不可或缺的技術措施之一，對作物生產的貢獻率超過一半。中國肥料利用率一直比較低，如氮肥當季作物的利用率平均只有30%左右，比發達國家低近20個百分點，這一方面是因為非科學的施肥方法，另一方面則是由于肥料本身的特性。提高肥料利用率刻不容緩，研發施用新型多功能肥料，是提高肥料利用效率重要的途徑之一O
[0003]生物質炭是生物質高溫裂解的固體產物，具有很多特異的性質，如多孔、高度穩定性、高度芳香化、表面有大量的多種官能團，同時帶有正負2種電荷，能夠吸附分子和陰陽離子、極性和非極性物質。原材料、裂解溫度、裂解時間等是影響生物質炭物理、化學特性的主要因素，一般說來，在一定范圍內，隨著裂解溫度的升高、反應時間的延長，生物質炭的比表面積增大、芳香化結構增強，灰分含量及PH升高，速效養分和鈣、鎂含量也隨之升高。
[0004]農作物秸桿是一種有機物，其中碳、氧、氫三種化學成分總和占95%以上，其余為鉀、氮、磷、硅、鈣、鎂、硫、鐵、鎂等礦質元素；有機成分以纖維素、半纖維素為主，其次是木質素、蛋白質、脂肪、灰分等。稻草主要成分為:全氮8.1克/千克，全碳426.1克/千克，碳/氮(C/N) 52.6，水溶性氮2.7克/千克，水溶性碳45.7克/千克，水溶性碳/氮(C/N) 16.9，半纖維素177.9克/千克，纖維素288.4克/千克，木質素61.3克/千克，二氧化硅152.3克/千克。我國每年有稻草約1.8億噸，占全國秸桿總量的25.4%，是我國第一大秸桿資源，是開發新型有機物原料的寶貴資源。目前約10?20%的稻草秸桿作草食動物飼料；20%左右直接作為燃料或生物質能源；造紙或其它工業原料不到3%，其余的大部分稻草秸桿被閑置廢棄形成新的農業垃圾或就地焚燒污染環境。
[0005]尿素，又稱碳酰胺，是一種白色晶體。最簡單的有機化合物之一。碳酸的二酰胺，分子式Sh2nconh2。哺乳動物和某些魚類體內蛋白質代謝分解的主要含氮終產物。尿素也是目前含氮量最高的氮肥，作為一種中性肥料，尿素適用于各種土壤和植物。它易保存，使用方便，對土壤的破壞作用小，是目前使用量較大的一種化學氮肥。
[0006]但是，目前未見利用稻草生物質炭和尿素的研宄報道。因此，研發一種稻草生物質炭基尿素以顯得尤為重要。

【發明內容】

[0007]為了克服現有技術中存在的缺點和不足，本發明的目的在于提供一種稻草生物質炭基尿素的制備方法，該制備方法將廢棄資源稻草制得稻草生物質炭，再和尿素復配制得稻草生物質炭基尿素，大大降低了生產成本，減少了環境污染，可以帶來良好的社會經濟效益和推廣應用的價值；且該制備方法工藝簡單，操作控制方便，質量穩定，生產效率高，可大規模工業化生產。
[0008]本發明的另一目的在于提供一種稻草生物質炭基尿素，該稻草生物質炭基尿素利用稻草生物質炭的物理性能，實現了對尿素的有效緩釋，延長了尿素的作用時間，提高了尿素的利用率，為作物在生長期中長時間充足的營養供應，并且為作物營養強化提供了很好的技術支持。該稻草生物質炭基尿素在玉米、大豆、水稻等多種糧食作物及蔬菜、果樹中施用，可以實現一次施肥后期不用追肥，有效提高土壤有效成分的水平，作物籽粒營養成分的含量及產量明顯提升，肥效持久，增產增收。
[0009]本發明的目的通過下述技術方案實現:一種稻草生物質炭基尿素的制備方法，包括如下步驟:
(1)將稻草高溫裂解，得到稻草生物質炭和可燃性氣體；
(2)將尿素的原料和占尿素總原料重量12-16%的稻草生物質炭混合后熔融、造粒，收集粒料；其中，熔融所需的熱量由所述可燃性氣體燃燒提供；
所述尿素包括如下重量份的原料:顆粒尿素40-80份、尿素增效劑0.5-1.5份、尿素防結塊劑0.08份-0.12份、尿素改性劑0.5-1.5份；
(3)將收集的粒料負壓冷卻，進行篩選；
(4 )將篩選后的粒料進行包膜，包裝出貨，制得稻草生物質炭基尿素。
[0010]本發明的制備方法將廢棄資源稻草制得稻草生物質炭，再和尿素復配制得稻草生物質炭基尿素，大大降低了生產成本，減少了環境污染，可以帶來良好的社會經濟效益和推廣應用的價值；且該制備方法工藝簡單，操作控制方便，質量穩定，生產效率高，可大規模工業化生產。
[0011]優選的，所述步驟(I)具體為:將稻草粉碎至粒徑1-2_，將粉碎后的稻草干燥至含水率小于5%，得到生物質物料；將裂解催化劑和生物質物料按重量比0.5-1.5:100放入高溫熱解爐裂解內進行高溫裂解，得到稻草生物質炭和可燃性氣體；其中，高溫裂解的溫度為500-700°C，高溫裂解的時間為60-120min。
[0012]生物質經高溫裂解會產生生物質炭、焦油和可燃性氣體，裂解催化劑的加入可以催化焦油裂解，裂解催化劑能夠在較低反應溫度下得到較高的焦油去除率，而且還能提高氣體熱值和產量。
[0013]優選的，所述裂解催化劑由以下重量百分比的物質組成！CeO2 10-20%、CuO 1-5%,N1 2-4%、RuO2 1_2%，余量為催化劑載體；其中，所述催化劑載體由以下重量百分比的物質組成:HZSM-5分子篩70-85%、氧化鋁粘合劑15-30% ;所述HZSM-5分子篩的BET法比表面積彡310m2/g、硅鋁比為15-50、孔徑為0.53-0.58nm、相對結晶度彡95%、殘鈉含量彡0.lwt% ；所述氧化鋁粘合劑是經硝酸膠溶的、BET法比表面積為240-280m2/g、孔容為0.35-0.45ml/g的小孔氧化鋁。
[0014]所述裂解催化劑的制備方法包括如下步驟:
(1)將HZSM-5分子篩加入氧化鋁粘合劑中，并加入造孔劑CMC和助擠劑田菁粉，經混捏、碾壓成團后，再擠條成型、干燥、焙燒得催化劑載體；所述造孔劑CMC和助擠劑田菁粉的加入量均為HZSM-5分子篩與氧化鋁粘合劑質量和的0.5-2% ；
(2)用飽和浸漬法分別負載金屬元素，經干燥、焙燒得催化劑。
[0015]所述步驟(I)中，干燥的條件為:60-85°C干燥2-3h，再于100_120°C干燥12_24h。
[0016]所述步驟(2)中，干燥的條件為0.06-0.08Mpa、60_85°C下干燥l_3h，再于0.06-0.08Mpa、60-85°C 下干燥 l_3h。
[0017]所述步驟(I)和步驟(2)中，焙燒條件均為400_650°C下焙燒3_15h。
[0018]所述步驟(2)中，用飽和浸漬法分別負載金屬元素包括以下步驟:
Ca)采用飽和浸漬法用硝酸鈰溶液浸漬步驟(I)得到的催化劑載體，浸漬時間為12-20h，在60-85°C真空干燥l_3h之后，于400-600°C溫度下焙燒5_8h ；
(b)采用飽和浸漬法用硝酸鎳、硝酸銅以及三氯化釕混合溶液浸漬步驟(a)得到的催化劑載體，浸漬時間為18-24h。
[0019]本發明的裂解催化劑采用高表面積以及酸性適度的HZSM-5分子篩為酸性載體，保證裂解的活性；活性金屬負載的過程中采用真空干燥法，使得活性組分徑向分布更加均勻，保證了活性組分有更高的分散性，進而保證催化劑具有高的焦油裂解活性和穩定性。
[0020]本發明裂解催化劑采用Ce02為助催化劑，同時添加貴金屬氧化物Ru02，提高了催化劑的抗積炭性能，催化劑中形成的N1-Cu合金催化劑，發揮了金屬催化劑的協同作用，同時貴金屬的氫溢流保證了金屬的還原性。
[0021]生物質炭在提高作物產量、增強土壤養分、增加土壤肥力、土壤結構改良修復、受污染環境修復以及溫室氣體減排等各方面都展現出了巨大的應用潛力，作為一類新型環境功能材料在當今社會弓I起廣泛關注。
[0022]生物炭有著巨大的表面積和繁多的小孔結構，這種孔洞結構更容易聚集吸收營養養分物，促進有益微生物的生長，從而使土壤變得更肥沃，有利于植物的生長，實現可持續發展的綠色農業。所以，生物質炭不僅能減少溫室氣體，如甲烷、氧化亞氮和二氧化碳排放的效果，而且對改善土壤健康、減少養分流失、恢復土壤肥力、提高肥料的利用效率、提高土壤生產力具有積極作用。
[0023]生物質炭中含有豐富的空隙和有機大分子結構，在和肥料配施的情況下，在土壤中較易形成大團聚體，增進土壤的養分離子的吸附和保持，土壤中的NH4+吸附與固持作用得以明顯增強，提高了作物對氮的利用率，從而使氮素損失得到降低。另外，生物質炭在土壤中存在一定時間后表面部分會被輕度氧化形成羰基、酚基等，這有助于增加土壤的陽離子交換量。生物質炭對NH4+和NO3-具有較強的吸附特性，從而能夠持留土壤中的氮素，有效降低農田土壤氨的揮發和控制土壤氮養分的淋瀝流失，這些特性使生物質炭能夠有效