PL231929B1

PL231929B1 - Sposób wytwarzania mikroelementowych komponentów nawozowych oraz mikroelementowe komponenty nawozowe

Info

Publication number: PL231929B1
Application number: PL407673A
Authority: PL
Inventors: Katarzyna Chojnacka; Mateusz Samoraj; Łukasz Tuhy; Zuzanna Witkowska; Izabela Michalak; Henryk Górecki
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2019-04-30
Also published as: PL407673A1

Abstract

(ĄY) Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania mikroelementowych komponentów nawozowych, polegający na tym, że biomasę wybraną z grupy obejmującej mikroalgi z rodzaju Spirulina species lub makroalgi lub pestki owoców jagodowych lub podłoże popieczarkowe, wiąże się poprzez karboksylowe, hydroksylowe lub fosforylowe grupy funkcyjne, istniejące na powierzchni ścian komórkowych biomasy, z mikroelementami takimi jak Mn, Zn i Cu, na drodze wymiany jonowej z wodnych roztworów siarczanów manganu, cynku lub miedzi. Wynalazek dotyczy również mikroelementowych komponentów nawozowych, niezbędnych do wzrostu i rozwoju roślin, które charakteryzują się tym, że zawierają biomasę wybraną z grupy obejmującej mikroalgi z rodzaju Spirulina species lub makroalgi lub pestki owoców jagodowych lub podłoże popieczarkowe, która poprzez karboksylowe, hydroksylowe lub fosforylowe grupy funkcyjne, istniejące na powierzchni ścian komórkowych biomasy, związana jest z mikroelementami, których zawartość wynosi 3,0-12,0 mg/g Mn lub 12-40 mg/g Cu lub 5,0-35,0 mg/g Zn.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania mikroelementowych komponentów nawozowych, oraz mikroelementowe komponenty nawozowe, niezbędne do wzrostu i rozwoju roślin, dostosowane do wymagań nawożenia roślin.

Znany jest z chińskiego zgłoszenia patentowego CN 103193532 A sposób przygotowania i metoda aplikacji mikroelementowych dodatków nawozowych. Dodatek mikroelementowy bazuje na dwóch roztworach, z których pierwszy zawiera sole kwasu asparaginowego oraz metali ziem alkalicznych, a drugi zawiera schelatowane kwasem organicznym jony cynku, manganu, miedzi, żelaza oraz sól borową, amonową i amid kwasu molibdenowego. Dodatek nawozowy może zawierać jeden lub więcej mikroelementów i może być stosowany w postaci pierwszego roztworu albo drugiego roztworu lub mieszaniny obu roztworów w odpowiednim stosunku.

Znany jest z kanadyjskiego opisu patentowego CA 2444830 C sposób wytwarzania nawozów mikroelementowych zawierających schelatowane formy mikroelementów nawozowych. Preparat mikroelementowy może być stosowany samodzielnie lub jako dodatek do nawozów NPK. Wynalazek opiera się na preparatach zawierających sód, potas, sól amonowo-sodową i amonowo-potasową pochodnej kwasu asparaginowego oraz na mieszaninach jonów metali: cynku, manganu, żelaza lub związków miedzi w formie nieorganicznej lub organicznej.

Znany jest z amerykańskiego zgłoszenia patentowego US20130160506 A1 sposób wytwarzania nawozów i komponentów nawozowych bazujących na produktach ubocznych z produkcji estrów kwasów tłuszczowych i/lub biodiesla, przy czym produkt uboczny zawiera glicerynę, wodę, nasycone i nienasycone kwasy tłuszczowe (C6-C24), sole nasyconych i nienasyconych kwasów tłuszczowych (C6-C24), estry metylowe, estry etylowe i ich kombinacje jako źródło węgla. Produkty uboczne stanowią również źródło wilgoci, która sprzyja wzrostowi mikroorganizmów i roślin.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego EP 2393381 A1 znany jest sposób wytwarzania i wykorzystywania nawozów mikroelementowych nierozpuszczalnych w wodzie. Nawóz tego typu może zawierać co najmniej jeden mikroelement z grupy obejmującej chrom, kobalt, miedź, żelazo, mangan i cynk związany w formie polifosforanu, ewentualnie drugi mikroelement z grupy obejmującej bor, chlor, jod, molibden i selen. Sposób wytwarzania polega na rozpuszczeniu związku pierwszego mikroelementu w kwasie fosforowym w temperaturze pomiędzy 90 a 165°C, neutralizacji oraz suszeniu powstałego produktu do postaci sypkiego proszku.

Ze zgłoszenia WO 2013123032 znany jest sposób wytwarzania nawozu z mikroalg z minerałami, który polega na dodawaniu mikroelementów do mikroalg oraz inkubowaniu tej mieszaniny w celu zaabsorbowania mikroelementów przez mikroalgi i wytworzenia końcowego produktu. Korzystnie stosuje się takie mikroalgi jak Spirulina oraz mikroelementy takie jak: Cu, Mn i Zn, w postaci siarczanów i uwodnionych siarczanów.

W rozwiązaniu według WO 2013 123032 stosowane są organizmy żywe w postaci mikroalg, które są aktywne metabolicznie, a proces wiązania mikroelementów następuje na drodze bioakumulacji, skutkującej włączeniem mikroelementów do szlaków metabolicznych komórek.

Istotę wynalazku stanowi sposób wytwarzania komponentów nawozowych, na drodze biosorpcji mikroelementów przez biomasę, polegający na tym, że biomasę wybraną z grupy obejmującej makroalgi lub pestki owoców jagodowych lub podłoże popieczarkowe, wiąże się poprzez karboksylowe, hydroksylowe lub fosforylowe grupy funkcyjne, istniejące na powierzchni ścian komórkowych biomasy, z mikroelementami takimi jak Mn, Zn i Cu. Przy czym biosorpcję mikroelementów prowadzi się na drodze wymiany jonowej z wodnych roztworów siarczanów manganu, cynku lub miedzi, użytych w stężeniu wynoszącym 100-500 mg/dm³ przez co najmniej 0,5 godziny, korzystnie w temperaturze 20-45°C, przy pH w zakresie od 4 do 7.

Ponadto powierzchnię wymiany zwiększa się przez ciągłe mieszanie, lub przez kontaktowanie roztworu mikroelementów z biomasą wypełniającą kolumnę o stosunku szerokości do wysokości wynoszącym korzystnie od 1:4 do 1:2.

Korzystnie roztwór mikroelementów wielokrotnie przepuszcza się przez kolumnę, wypełnioną biomasą.

Biomasa w efekcie wiąże do 50 mg mikroelementów na 1 g suchej masy biomasy.

Wytwarzanie mikroelementowych komponentów nawozowych metodą biosorpcji prowadzi się w reaktorze mieszalnikowym lub kolumnowym. W reaktorze mieszalnikowym biomasę zawieszoną

PL 231 929 B1 w roztworze mikroelementów poddaje się ciągłemu mieszaniu, natomiast w metodzie kolumnowej biomasę wypełniającą kolumnę zrasza się od góry roztworem mikroelementów.

Wynalazek dotyczy również mikroelementowych komponentów nawozowych, zawierających biomasę, wybraną z grupy obejmującej makroalgi lub pestki owoców jagodowych lub podłoże popieczarkowe, która poprzez karboksylowe, hydroksylowe lub fosforylowe grupy funkcyjne, istniejące na powierzchni ścian komórkowych biomasy, związana jest z mikroelementami, których zawartość wynosi 3,0-12,0 mg/g Mn lub 12-40 mg/g Cu lub 5,0-35,0 mg/g Zn.

Korzystnie jony mikroelementów schelatowane są z występującymi na powierzchni ścian komórkowych grupami funkcyjnymi.

Zaletą wynalazku jest możliwość wytwarzania składników nawozowych, które nie podlegają wymywaniu do wód gruntowych, a ponadto pozbawione są elementów toksycznych nawet przy zastosowaniu większych dawek. Ważne jest również to, że mikroelementowe składniki nawozowe podawane są roślinom na nośniku biologicznym. Mikroelementowe komponenty nawozowe wytworzone sposobem według wynalazku, w których Mn, Zn i Cu związane są z nieaktywną metabolicznie biomasą alg, charakteryzują się wysoką biodostępnością mikroelementów oraz niską toksycznością dla roślin, a ich produkcja nie wymaga wysokich nakładów finansowych. Korzystną cechą jest również to, że biomasa wykorzystywana do produkcji mikroelementowych komponentów nawozowych stanowi źródło dodatkowych składników nawozowych takich jak potas, fosfor, siarka w formie dostępnej dla roślin.

Sposób wytwarzania mikroelementowych komponentów nawozowych według wynalazku objaśniony jest w przykładach wykonania.

P r z y k ł a d I

Sposób wytwarzania nawozowego komponentu mikroelementowego o zawartości Zn 6,5 mg/g polega na tym, że wodny roztwór siarczanu cynku siedmiowodny, o stężeniu 1,32 g/dm³, o pH 5, miesza się z biomasą z pestek czarnej porzeczki w stężeniu 1 g suchej masy na 1 dm³ roztworu w temperaturze 25°C, w reaktorze mieszalnikowym o działaniu ciągłym i pojemności 40 dm³. Proces wymiany jonowej o charakterze powierzchniowym, poprzez karboksylowe, hydroksylowe lub fosforylowe grupy funkcyjne, występujące na powierzchni ścian komórkowych biomasy prowadzi się 1,5 godziny.

W rezultacie uzyskuje się w ciągu doby 640 g mikroelementowego komponentu nawozowego o zawartości Zn wynoszącej 6,5 mg/g.

P r z y k ł a d II

Sposób wytwarzania nawozowego komponentu mikroelementowego o zawartości Cu 17,5 mg/g polega na tym, że wodny roztwór siarczanu miedzi pięciowodny o stężeniu 1,57 g/dm³ jonów Cu o pH 5,5, miesza się z podłożem popieczarkowym w stężeniu 1 g suchej masy na 1 dm³ roztworu, w temperaturze 20°C w reaktorze mieszalnikowym, o działaniu ciągłym i pojemności 100 dm³. Proces wymiany jonowej o charakterze powierzchniowym, poprzez karboksylowe, hydroksylowe lub fosforylowe grupy funkcyjne, występujące na powierzchni ścian komórkowych podłoża popieczarkowego prowadzi się 1,5 godziny.

W rezultacie uzyskuje się w ciągu doby 1600 g mikroelementowego komponentu nawozowego o zawartości Cu wynoszącej 17,5 mg/g.

P r z y k ł a d III

Sposób wytwarzania nawozowego komponentu mikroelementowego o zawartości Cu 12,8 mg/g polega na tym, że wodnym roztworem pięciowodnego siarczanu miedzi o stężeniu 1,96 g/dm³ o pH 5,5, doprowadzonym ze zbiornika o pojemności 1000 dm³, zrasza się złoże w postaci pestek czarnej porzeczki o masie 20 kg, wypełniające kolumnę o objętości 100 dm³, w temperaturze 25°C. Roztwór po przejściu przez złoże zawraca się do zbiornika z roztworem mikroelementów. Proces wymiany jonowej o charakterze powierzchniowym, poprzez karboksylowe, hydroksylowe lub fosforylowe grupy funkcyjne, występujące na powierzchni ścian komórkowych złoża prowadzi się 12 godzin.

W rezultacie uzyskuje się w ciągu doby 35 kg mikroelementowego komponentu nawozowego o zawartości Cu wynoszącej 12,8 mg/g.

P r z y k ł a d IV

Sposób wytwarzania nawozowego komponentu mikroelementowego o zawartości Mn 11,8 mg/g polega na tym, że roztworem siarczanu manganu jednowodnego, o stężeniu 1,23 g/dm³ o pH 5, zrasza się złoże w postaci podłoża popieczarkowego o masie 25 kg, wypełniające kolumnę o objętości 100 dm³, w temperaturze 20°C. Roztwór po przejściu przez złoże zawraca się do zbiornika z roztworem

PL 231 929 B1 mikroelementów. Proces wymiany jonowej o charakterze powierzchniowym, poprzez karboksylowe, hydroksylowe lub fosforylowe grupy funkcyjne, występujące na powierzchni ścian komórkowych złoża prowadzi się 8 godzin.

W rezultacie uzyskuje się w ciągu doby 65 kg mikroelementowego komponentu nawozowego o zawartości Mn wynoszącej 11,8 mg/g.

P r z y k ł a d V

Sposób wytwarzania nawozowego komponentu mikroelementowego, o zawartości Zn 21,3 mg/g polega na tym, że roztworem siedmiowodnego siarczanu cynku, o stężeniu 1,54 g/dm³ o pH 6, zrasza się złoże w postaci makroalg o masie 15 kg, wypełniające kolumnę o objętości 100 dm³, w temperaturze 25°C. Roztwór po przejściu przez złoże zawraca się do zbiornika z roztworem mikroelementów. Proces wymiany jonowej o charakterze powierzchniowym, poprzez karboksylowe, hydroksylowe lub fosforylowe grupy funkcyjne, występujące na powierzchni ścian komórkowych złoża prowadzi się 15 godzin.

W rezultacie uzyskuje się w ciągu doby 16 kg mikroelementowego komponentu nawozowego o zawartości Zn wynoszącej 21,3 mg/g.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania mikroelementowych komponentów nawozowych wzbogaconych w niezbędne mikroelementy nawozowe, znamienny tym, że biomasę wybraną z grupy obejmującej makroalgi lub pestki owoców jagodowych lub podłoże popieczarkowe, wiąże się poprzez karboksylowe, hydroksylowe lub fosforylowe grupy funkcyjne, istniejące na powierzchni ścian komórkowych biomasy, z mikroelementami takimi jak Mn, Zn i Cu, na drodze wymiany jonowej z wodnych roztworów siarczanów manganu, cynku lub miedzi.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w procesie biosorpcji stosuje się sole siarczanowe, o stężeniu wynoszącym 100-500 mg/dm³.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces biosorpcji prowadzi się co najmniej 0,5 godziny, w temperaturze 20-45°C, przy pH w zakresie od 4 do 7.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces biosorpcji prowadzi się przy ciągłym mieszaniu materiału biologicznego z roztworem mikroelementów.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces biosorpcji prowadzi się przez kontaktowanie roztworu mikroelementów z biomasą wypełniającą kolumnę o stosunku szerokości do wysokości wynoszącym korzystnie od 1:4 do 1:2.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że roztwór mikroelementów wielokrotnie przepuszcza się przez kolumnę, wypełnioną biomasą.
7. Mikroelementowe komponenty nawozowe, znamienne tym, że zawierają biomasę wybraną z grupy obejmującej makroalgi lub pestki owoców jagodowych lub podłoże popieczarkowe, która poprzez karboksylowe, hydroksylowe lub fosforylowe grupy funkcyjne, istniejące na powierzchni ścian komórkowych biomasy, związana jest z mikroelementami, których zawartość wynosi 3,0-12,0 mg/g Mn lub 12-40 mg/g Cu lub 5,0-35,0 mg/g Zn.