低温生物炭基颗粒铁肥的缓释机理与造粒效率优化研究

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Low-temperature biochar-based granular iron fertilizer: Slow-release mechanism and granulation efficiency optimization

　　本文开发了一种基于玉米秸秆生物炭的颗粒铁肥（BCIG），通过低温热解生物炭（LTBC-FeS）实现了铁元素的缓释功能，其释放遵循伪二级动力学模型（R2>0.990），在静态水溶解和砂柱淋溶中分别表现出23.1%的初始释放和20.4%的累积释放。通过造粒工艺优化获得204.6 N抗压强度和7.6 J/g低能耗参数，同时技术经济分析显示投资回报率（ROI）达75.4%，回收期（PBP）仅1.33年，为农业铁营养精准供给提供了可持续解决方案。

　　

材料

羧甲基纤维素钠（分析纯）和邻菲罗啉（分析纯）购自国药集团化学试剂有限公司。玉米秸秆采集自华中农业大学试验田，经风干、研磨过150目筛后，于55°C烘干24小时备用。螯合铁肥（EDTA-Fe，铁含量≥6%，详细化学性质见附录表S6）购自郑州......

静态水溶解特性与动力学

静态水溶解试验表明，LTBC-FeS在提供初始养分供应后能持续释放铁元素。如图1(a)所示，LTBC-FeS在24小时内的铁累积释放率达到23.1%，显著高于中温和高温生物炭基肥料。这表明LTBC-FeS能快速提供有效铁，其适度的初始爆发量可满足作物早期需求。至第5天时，累积释放趋于稳定......

结论

本研究成功开发出具有缓释特性的生物炭基颗粒铁肥（LTBC-FeS）。LTBC-FeS展现出理想的释放动力学特征，符合二级动力学模型。在静态水环境中，铁元素在首日释放23.1%后进入持续缓释阶段。砂柱淋溶实验证实其缓释性能优异。盆栽试验表明该肥料能显著改善菠菜生长参数。