杨木发酵残渣用作缓释肥料的制备

发布时间：2020-08-27 22:33

【摘要】：木质纤维乙醇作为一种重要的低碳环保新兴能源,在全球气候与环境形势日益严峻的情况下,受到了越来越多的重视。近年来,以杨木为原料生产生物乙醇在我国取得了较大进展,但存在大量残渣无法有效利用的难题。本文以杨木发酵残渣为研究对象,在考查了其主要成分的基础上,利用其特点研究制备了缓释肥料,并对缓释肥料的性能进行了检测,为木质纤维乙醇剩余物的高值化利用提供了有效途径。主要内容包括：1.分别用冷水、热水、1%NaOH和苯醇对原木样品,蒸汽爆破预处理样品和生物乙醇残渣进行抽提,抽提物的含量均为生物乙醇残渣蒸汽爆破预处理样品原木样品。对三种样品纤维素、半纤维素、木质素含量进行了分析,结果表明,蒸汽爆破预处理极大的改变了杨木本身的结构与化学构成,在保持纤维素含量基本不变的情况下,降解了绝大多数的半纤维素。生物乙醇发酵残渣中的主要成分为木质素,含有少量的纤维素与半纤维素。对比杨木发酵残渣与杨木木质素的红外光谱图,杨木发酵残渣在保持明显的木质素的特征峰的同时,其中的羟基含量要多于杨木木质素,较高的羟基使得1000-1300 cm-1区域的醇和醚基峰不太明显。2.以氨水为氮源,过氧化氢为催化剂,在高温高压下以杨木发酵残渣为原料制备缓释肥料,其主要原理是利用残渣中木质素上的芳核易于反应生成含氮有机物,从而在土壤中达到缓慢降解的目的。通过正交试验优化反应条件,得出产量最优反应条件,即65%氨水、35%过氧化氢、温度120℃、反应时间90mmin,氨化产物总氮含量可达到9.14%,有机氮含量可达到5.46%。在此基础上利用数理分析,得出成本最优反应条件为45%氨水、25%过氧化氢、温度120℃、反应时间90min,氨化产物总氮含量7.55%,有机氮含量4.87%,相比较产量最优条件下总氮含量下降了17.4%,有机氮含量下降了10.8%,但是氨水用量节约了30.8%,过氧化氢用量节约了28.6%,原料的利用率显著提高。为了回收生产过程中多余的氨,在成本最优条件下的氨化产物中加入磷酸调节pH至4时,总氮含量可以达到12.04%。与以往的一些成果(氨化瓜子壳总氮7.26%,160℃；氨化核桃壳总氮5.68%,200℃；氨化杏核壳总氮5.12%,220℃)相比,具有一定的优越性。3.相比于氨化氧化法,通过包膜法制备的缓释肥料更具有可控性。本文尝试了用聚乙烯醇作为粘接剂,以膨润土和尿素为肥芯,周围包膜发酵残渣制备缓释肥料。通过调整膨润土和尿素的比例及聚乙烯醇的浓度,从而达到尿素规律释放的目的。通过扫描电镜观测发现,残渣-膨润土缓释肥料的包膜层靠近肥芯的部分是由聚乙烯醇穿插杨木发酵残渣构成的,靠近外表的部分是在聚乙烯醇的粘结作用下,杨木发酵残渣粉末以及其团聚体堆砌形成。在对缓释肥料进行溶出率研究后,发现残渣-膨润土缓释肥料的释放速率与肥芯的配比有很大关系。而聚乙烯醇浓度的高低不影响包膜的通透性,仅通过改变包膜强度影响一定比例下肥芯的养分释放。同时,残渣-膨润土缓释肥料中的尿素在水中溶解释放是遵循先“扩散”后“崩溃”的释放机理。通过对不同肥芯比例的肥料释放曲线进行拟合,得出在尿素：膨润土为6：4时,残渣-膨润土缓释肥料在水中的释放曲线接近于立方曲线。而在纯尿素时,残渣-膨润土缓释肥料在水中的释放曲线接近于“S”曲线。通过调节肥芯中尿素与膨润土的比例,可制备出尿素释放曲线介于立方曲线和“S”型曲线之间的缓释肥料,从而达到养分的规律释放。
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ449.1

【参考文献】