CN103351217B - 一种多功能生物质炭钾肥的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物质炭制备技术领域，尤其涉及一种多功能生物质炭钾肥的制备方法。包括以下步骤，A.粉碎原料；B.生物质原料与氢氧化钾的混合；C.生物质炭钾肥的制备。本发明是生物质热解一步法制备多功能生物质炭钾肥的方法，制备过程中氢氧化钾与热解产生的二氧化碳、有机酸等反应，减少了二氧化碳的排放，捕捉了生物质中的碳元素，达到固炭减排的目的；制备的多功能生物质炭钾肥施与田间，吸附土壤中污染物、改善土壤环境，还可以长期提供钾源，实现了绿色农业。
Description
技术领域
本发明属于生物质炭制备技术领域，尤其涉及一种多功能生物质炭钾肥的制备方法。
背景技术
我国每年化肥施用量超过4100万吨。施用化肥是农业增产的重要措施，但是长期使用化学肥料，会导致土壤板结、耕地退化、土壤和水体污染等环境问题。因此，环境友好型肥料的开发和应用显得尤为重要。同时，我国是一个农业大国，农业生产中产生的废弃物种类繁多且数量巨大，尤其是以农作物秸秆、畜禽粪便和林木枝条为主的农业废弃物资源十分丰富。而且，中国在未来15～20年，农林废弃物的产生总量依然呈增加的趋势，如果对其不加合理的利用和处理，会带来一系列的环境问题。
研究表明生物质炭具有优良的理化特性，如高的碳含量，丰富的空隙结构，表面多种含氧官能团，以及呈碱性等。将其施与田间，具有修复污染土壤、提高土壤肥效、促进作物生长等多方面的功效，并可以将碳长期封存于土壤中。因此，以生物质为原料，采用催化热解技术制备多功能生物质炭钾肥，既能够实现废弃生物质资源化利用，又能达到固碳减排。
发明内容
本发明针对现有制备多功能生物质炭钾肥的技术缺乏，现有生物质热解过程中会产生大量二氧化碳气体的不足，旨在提供一步法制备多功能生物质炭钾肥的方法，工艺简单；制备过程中，热解产生的二氧化碳可以被氢氧化钾吸收，从而达到了固碳减排的目的。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决。
一种多功能生物质炭钾肥的制备方法，包括以下步骤，
A.粉碎原料：将生物质原料粉碎至40～100目；钾盐的负载量均匀，热解炭化效果较好。粉碎的颗粒再大，生物质的热解反应以及和氢氧化钾的反应受到影响，钾盐的负载不均匀。颗粒再小时，粉碎工序的成本增高。
B.混合原料：将生物质原料与氢氧化钾混合；通过粉末混配的方式将生物质与氢氧化钾混合，该技术克服了传统采用浸渍方式的复杂性，简化了制备工艺，节约了能源。
C.生物质炭钾肥的制备：将混合后的生物质原料放入炭化炉中，在无氧条件下，升温至350～550℃，进行热解炭化反应，反应10～60min，得到多功能生物质炭钾肥。生物质热解过程中产生的二氧化碳与氢氧化钾反应，减少了生物质热解过程中二氧化碳的排放，达到了固碳减排的目的。生物质炭上负载无机钾盐和有机钾盐的钾肥，具有生物质炭的特性，可以固碳减排、吸附土壤中污染物、改善土壤环境，还可以长期给作物提供钾源。
作为优选，步骤A中，生物质原料为含木质素的原料。生物质原料是环境友好型原料，我国有丰富的生物质原料资源。含木质素的原料经过热解炭化处理，得到生物质炭。生物质炭的多孔结构及其表面丰富的含氧官能团，使得生物质炭具有较强的吸附有毒物质的能力。
作为优选，生物质原料为农作物秸秆或竹材废弃物。生物质原料选用农作物秸秆、竹木材废弃物，实现了废弃生物质资源化利用，避免了资源浪费。
作为优选，步骤B中，加入氢氧化钾的质量是生物质原料质量的5～30%。氢氧化钾的质量是生物质原料质量的5～30%时，氢氧化钾对热解产生的二氧化碳的利用率最高，最大程度上限制了生物质热解制炭过程中产生二氧化碳的排放。
作为优选，步骤C中，无氧条件为隔绝空气或通入惰性气体保护的条件。生物质热解是生物质在完全缺氧条件下，产生液体、气体、固体三种产物的生物质热降解过程。目前工业上惯用的无氧条件通过隔绝空气或者通入惰性气体保护来实现。
本发明的有益效果是：
（1）本发明高效利用生物质废弃物，避免环境污染和资源浪费，产生客观的社会效益、环境效益和经济效益。
（2）本发明通过粉末混配的方式将生物质与氢氧化钾混合，避免了浸渍方式的复杂过程，节约了能源，提高了效率。
（3）本发明采用热解技术一步制备了多功能复合型生物质炭肥。该技术克服了传统采用先制备生物质炭，再以此为原料与其他化学肥料制备复合生物质炭基肥工艺的复杂性，简化了制备工艺，提高了生物质炭的产率。
（4）本发明添加的氢氧化钾可吸收生物质热解过程中产生的二氧化碳气体的排放，因此进一步捕捉了生物质中的碳元素，可实现固碳减排。
（5）本发明制备的含有碳酸钾和草酸钾等的多功能生物质炭钾肥具有优良的特性，施与田间，不仅拥有生物质炭改良土壤和增加碳源的性能，同时还是一种优质的缓释钾肥。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种多功能生物质炭钾肥的制备方法，包括以下步骤，
A.粉碎原料：将竹材废弃物粉碎至80-100目；
B.混合原料：将生物质原料与氢氧化钾混合；
C.生物质炭钾肥的制备：将混合后的生物质原料放入炭化炉中，在无氧条件下，以9℃/min的加热速度升温至380℃，进行热解炭化，保温10min，待自然降温至室温后，得到多功能生物质炭钾肥。
步骤B中，加入氢氧化钾的质量是生物质原料质量的5%。
步骤C中，无氧条件为1L/min的氩气保护的条件。
步骤C中，生物质炭产物通过X射线衍射仪测定。
本实施例得到的多功能生物质炭钾肥产率为46.56%，碳含量为72.65%，PH值为11.15，生物质炭中钾盐的成分为碳酸钾和有机钾盐。
实施例2
一种多功能生物质炭钾肥的制备方法，包括以下步骤，
A.粉碎原料：将木材废弃物粉碎至80-100目；
B.混合原料：将生物质原料与氢氧化钾混合；
C.生物质炭钾肥的制备：将混合后的生物质原料放入炭化炉中，在无氧条件下，以9℃/min的加热速度升温至500℃，进行热解炭化，反应60min，待自然降温至室温后，得到多功能生物质炭钾肥。
步骤B中，加入氢氧化钾的质量是生物质原料质量的30%。
步骤C中，无氧条件为隔绝空气的条件。
步骤C中，生物质炭产物通过X射线衍射仪测定。
本实施例得到的多功能生物质炭钾肥产率为56.36%，碳含量为48.19%，PH值为10.75，生物质炭中钾盐的成分为碳酸钾和草酸钾盐。
实施例3
一种多功能生物质炭钾肥的制备方法，包括以下步骤，
A.粉碎原料：将水稻秸秆粉碎至40-60目；
B.混合原料：将生物质原料与氢氧化钾混合；
C.生物质炭钾肥的制备：将混合后的生物质原料放入炭化炉中，在无氧条件下，以8℃/min的加热速度升温至350℃，进行热解炭化，反应30min，待自然降温至室温后，得到多功能生物质炭钾肥。
步骤B中，加入氢氧化钾的质量是生物质原料质量的18%。
步骤C中，无氧条件为通入1L/min的氮气保护的条件。
步骤C中，生物质炭产物通过X射线衍射仪测定。
本实施例得到的多功能生物质炭钾肥产率为50.28%，碳含量为46.89%，PH值为10.25。多功能生物质炭钾肥中钾盐的成分为碳酸钾和有机钾盐。
实施例4
一种多功能生物质炭钾肥的制备方法，包括以下步骤，
A.粉碎原料：将水稻秸秆粉碎至40-60目；
B.混合原料：将生物质原料与氢氧化钾混合；
C.生物质炭钾肥的制备：将混合后的生物质原料放入炭化炉中，在无氧条件下，以8℃/min的加热速度升温至550℃，进行热解炭化，反应30min，待自然降温至室温后，得到多功能生物质炭钾肥。
步骤B中，加入氢氧化钾的质量是生物质原料质量的18%。
步骤C中，无氧条件为通入1L/min的氮气保护的条件。
步骤C中，生物质炭产物通过X射线衍射仪测定。
本实施例得到的多功能生物质炭钾肥产率为42.02%，碳含量为51.4%，PH值为11.05。多功能生物质炭钾肥中钾盐主要成分为碳酸钾和有机钾盐。
实施例5
一种多功能生物质炭钾肥的制备方法，包括以下步骤，
A.粉碎原料：将竹材废弃物粉碎至80-100目；
B.混合原料：将生物质原料与氢氧化钾混合；
C.生物质炭钾肥的制备：将混合后的生物质原料放入炭化炉中，在无氧条件下，以6℃/min的加热速度升温至550℃，进行热解炭化，反应30min，待自然降温至室温后，得到多功能生物质炭钾肥。
步骤B中，加入氢氧化钾的质量是生物质原料质量的11%。
步骤C中，无氧条件为通入0.5L/min的氮气保护的条件。
步骤C中，生物质炭产物通过X射线衍射仪测定。
本实施例得到的多功能生物质炭钾肥产率为30.28%，碳含量为73.45%，PH值为10.40。多功能生物质炭钾肥中钾盐的主要成分为碳酸钾和草酸钾。
实施例6
将实施例1～实施例5配制的多功能生物质炭钾肥，选择油葵田、小麦田作为试验对象，与相同量现有技术的普通钾肥进行对比，每小区施10公斤本发明的多功能生物质炭钾肥，每小区为0.3亩耕田。对比结果见下表1：
表1
说明：结果表明采用本发明的方法施肥后，亩产量明显高于现有肥料。总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
Claims (4)
1.一种多功能生物质炭钾肥的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
A.粉碎原料：将生物质原料粉碎至40～100目；
B.混合原料：将生物质原料与氢氧化钾混合；
C.生物质炭钾肥的制备：将混合后的生物质原料放入炭化炉中，在无氧条件下，升温至350～550℃，进行热解炭化反应，反应10～60min，得到多功能生物质炭钾肥；
步骤B中，加入氢氧化钾的质量是生物质原料质量的5～30%；
步骤C中，得到的多功能生物质炭钾肥中钾盐的成分为碳酸钾和有机钾盐。
2.根据权利要求1所述的一种多功能生物质炭钾肥的制备方法，其特征在于：步骤A中，生物质原料为含木质素的原料。
3.根据权利要求2所述的一种多功能生物质炭钾肥的制备方法，其特征在于：生物质原料为农作物秸秆或竹材废弃物。
4.根据权利要求1所述的一种多功能生物质炭钾肥的制备方法，其特征在于：步骤C中，无氧条件为隔绝空气或通入惰性气体保护的条件。
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