CN105016852B - 一种利用蔬菜废弃物制备碳肥料增效剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用蔬菜废弃物制备碳肥料增效剂的方法，其具体步骤是在密闭容器中，加入粉碎的蔬菜废弃物和水溶性高分子，并加入有机酸，在160～300℃下反应，经干燥得到碳肥料增效剂。本发明以蔬菜废弃物为原料制备碳肥料增效剂，制备方法简单、成本低廉，有效解决蔬菜废弃物污染问题，本发明方法制备的碳肥料增效剂添加到肥料中能促进植物生长，而且具有节肥增产的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用蔬菜废弃物制备碳肥料增效剂的方法。
背景技术
蔬菜是我国重点扶持发展的特色产业。随着净菜上市、超市卖菜增多，产生的残次蔬菜也大量增加。此外，蔬菜产业仍是分散生产、集中上市，由此产生的大量蔬菜废弃物堆积于田间地头、乡村道路旁、沟渠内，蔬菜废弃物腐烂变质后，污染空气、河流、地下水，并滋生大量蚊蝇。因此，对蔬菜废弃物进行综合治理迫在眉睫。
由于蔬菜废弃物利用转化率低、无害化处理难度大，目前处理蔬菜废弃物的方法主要采用在田间地头修建堆沤池或者直接堆放，接种微生物菌剂沤肥、堆肥的方式处理蔬菜废弃物，这些处理方式不环保且蔬菜利用率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用蔬菜废弃物制备碳肥料增效剂的方法，制备的碳肥料增效剂可添加到肥料中促进植物生长。
本发明的实现过程如下：
一种利用蔬菜废弃物制备碳肥料增效剂的方法，其包括如下步骤：在密闭容器中，加入粉碎的蔬菜废弃物、水溶性高分子和有机酸，在160～300℃下充分反应，调节pH值至中性，得到碳肥料增效剂。
上述的水溶性高分子选自聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、聚乙烯醇。
上述的有机酸选自甲酸、乙酸、丙酸、乙二酸。
上述的蔬菜废弃物、水溶性高分子和有机酸的质量比为（30～10）：（2～0.1）：（20～5）。
上述反应的最佳反应温度为190～230℃。
在160～300℃下充分反应后加入有氮、磷、钾肥和微量元素。
本发明方法制备的碳肥料增效剂可用于调节植物生长，也可用于修复重金属污染土壤。
蔬菜废弃物中含有成分复杂的淀粉、纤维素和蛋白质等物质，此类物质在有机酸存在下，高温水解可得到单糖、氨基酸等相关降解物，水溶性高分子的存在可以有效控制有机物水热碳化后制备得到的碳颗粒的粒径。所得到的碳颗粒比表面积大，表面富含羟基和羧基，对重金属离子具有强的吸附效果，长期施用，可改良土壤，富集土壤中的重金属。
本发明的积极效果：
（1）本发明制备碳肥料增效剂的方法简单，成本低廉；
（2）本发明以蔬菜废弃物为原料，有效解决蔬菜废弃物污染问题；
（3）本发明方法制备的碳肥料增效剂可以添加到肥料中，调节植物生长，为蔬菜等农作物节肥增产。
附图说明
图1为实施例1的扫描电镜图；
图2为实施例4的扫描电镜图；
图3为实施例6的扫描电镜图；
图4为实施例1的红外图谱。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
将30g南瓜置于粉碎机中，加入15mL冰乙酸、0.75g聚乙烯吡咯烷酮（K30）粉碎，将粉碎后南瓜直接转移至水热反应釜中，在200℃下反应8小时，反应后调节pH为中性，干燥，得到碳肥料增效剂。其扫描电镜图见图1，从图中可以看出，所得到的碳肥料增效剂为球状，尺寸大小不一。图4为其红外图谱，在3424cm-1的位置为-OH的吸收峰，在2921cm-1、2852cm-1的位置为CH2的吸收峰，在1656cm-1的位置为C=C的吸收峰，在1159cm-1的位置为醇的C-O吸收，并未具体显示羧基的出峰位置，主要是因为红外吸收峰不明显，峰均较宽，可能把羧基峰掩盖。
实施例2
将30g莲藕置于粉碎机中，加入20mL冰乙酸、2g聚丙烯酰胺（Mw：2000000~14000000）粉碎，将粉碎后的粘稠物直接转移至水热反应釜中，在180℃下反应10小时，反应后调节pH为中性，干燥，得到碳肥料增效剂。
实施例3
将10g土豆置于粉碎机中，加入5mL甲酸、0.1g聚乙烯吡咯烷酮（K30）粉碎，将粉碎后的粘稠物直接转移至水热反应釜中，在210℃下反应8小时，反应后调节pH为中性，干燥，得到碳肥料增效剂。
实施例4
将20g大蒜置于粉碎机中，加入20mL冰乙酸、1g聚丙烯酸钠（Mw：5000000~7000000）粉碎，将粉碎后的粘稠物直接转移至水热反应釜中，在200℃下反应8小时，反应后调节pH为中性，干燥，得到碳肥料增效剂。其扫描电镜图见图2。
实施例5
将30g蔬菜废弃物置于粉碎机中，加入0.1g聚丙烯酰胺（Mw：2000000~14000000）、5mL甲酸，粉碎，将粉碎后的粘稠物直接转移至水热反应釜中，在160℃下反应8小时，反应结束后调节pH为中性，干燥得到碳肥料增效剂。
实施例6
将30g蔬菜废弃物置于粉碎机中，加入0.75g聚乙烯吡咯烷酮（K30）、15mL冰乙酸，粉碎，将粉碎后的粘稠物直接转移至水热反应釜中，在200℃下反应5小时，反应结束后调节pH为中性，干燥得到碳肥料增效剂，其扫描电镜图见图3。
实施例7
将30g蔬菜废弃物置于粉碎机中，加入1.5g聚丙烯酰胺（Mw：2000000~14000000）、20mL乙二酸，粉碎，将粉碎后的粘稠物直接转移至水热反应釜中，在300℃下反应4小时，反应结束后调节pH为中性，干燥得到碳肥料增效剂。
实施例8
将15g蔬菜废弃物置于粉碎机中，加入0.5g聚丙烯酸钠（Mw：5000000~7000000）、5mL甲酸，粉碎，将粉碎后的粘稠物直接转移至水热反应釜中，在230℃下反应7小时，反应结束后调节pH为中性，干燥得到碳肥料增效剂。
实施例9
将25g蔬菜废弃物置于粉碎机中，加入2g聚乙烯吡咯烷酮（K30）、10mL丙酸，粉碎，将粉碎后的粘稠物直接转移至水热反应釜中，在200℃下反应8小时，反应结束后调节pH为中性，干燥得到碳肥料增效剂。
实施例10
将30g蔬菜废弃物置于粉碎机中，加入2g聚丙烯酸、20mL冰乙酸，粉碎，将粉碎后的粘稠物直接转移至水热反应釜中，在210℃下反应8小时，反应结束后调节pH为中性，干燥得到碳肥料增效剂。
实施例11
将30g蔬菜废弃物置于粉碎机中，加入0.1g聚乙烯醇、5mL冰乙酸，粉碎，将粉碎后的粘稠物直接转移至水热反应釜中，在190℃下反应10小时，反应结束后调节pH为中性，干燥得到碳肥料增效剂。
实施例12 热解法制备生物质碳材料
将30g蔬菜废弃物置于管式炉中，氮气气氛下，500摄氏度煅烧0.5小时，得到生物质碳材料。
实施例13 不添加高分子和有机酸水热法制备碳肥料增效剂
将30g蔬菜废弃物置于粉碎机中粉碎，将粉碎后的粘稠物直接转移至水热反应釜中，在200℃下反应8小时，反应结束后，干燥得到碳肥料增效剂。
实施例14 不添加高分子水热法制备碳肥料增效剂
将30g蔬菜废弃物置于粉碎机中，加入15mL冰乙酸，粉碎，将粉碎后的粘稠物直接转移至水热反应釜中，在200℃下反应8小时，反应结束后，干燥得到碳肥料增效剂。
实施例15 利用蔬菜废弃物制备的碳肥料增效剂在调节植物生长方面的应用
（1）碳肥料增效剂使用浓度室内盆栽试验
按大豆每亩施肥量换算室内盆栽的施肥量，然后将实施例6制备的碳肥料增效剂配制成碳的质量分数分别为0、0.5‰、1‰，3‰，5‰的碳肥料增效剂，每个处理设置5盆，每盆5株，培养45天。测试大豆全植株生物量，统计分析。
表1 利用蔬菜废弃物制备的碳肥料增效剂在调节植物生长的评价数据表
从表1可以看出，利用蔬菜废弃物制备的碳肥料增效剂具有促进植物生长的作用，随着碳浓度的增大，大豆苗的质量先增大后减少，当碳浓度增大到3‰时，大豆苗的生长速率最快，质量达到6.5g，而当浓度达到5‰时，大豆苗生长速率减缓，质量为4.9g，说明碳的质量分数为3‰的碳肥料增效剂能够显著促进植物生长。
（2）肥料减量室内盆栽试验
以碳肥料增效剂适宜添加比例3‰为基础，设置100%、60%的肥料施用及添加碳肥料增效剂3‰的肥料施用处理，每个处理5盆，每盆5株，培养45天，测试大豆全植株生物量，统计分析。
表2 利用蔬菜废弃物制备的碳肥料增效剂调节植物生长的评价数据表
从表2可以看出，与正常施肥（即100%）相比，增加3‰碳肥增效剂后，大豆苗的鲜重增加了2.6g，在施肥量减为60%时，在肥料中加入3‰碳肥料增效剂后，大豆苗的鲜重比正常施肥（即100%）重1.4g，说明利用蔬菜废弃物制备的碳肥料增效剂在促进植物生长的同时能够减少施肥量。
实施例16 水中重金属铬离子吸附实验
含铬离子的溶液配制：称取干燥的重铬酸钾(K2Cr2O7，优级纯) 2.829±0.0001g转移至1000mL容量瓶中，加入0.067mol盐酸，定容，配得铬溶液(1000mg/L)。
在含铬离子的溶液（1000 mg/L）中加入实施例1、6、12、13、14所制备的碳肥料增效剂，调节pH为1，在恒温振荡器上震20小时，反应结束后，取上清液，加入显色剂，测吸光度，并结合标准曲线计算碳肥料增效剂的吸附容量。
表3 实施例1、6、12、13、14得到的碳肥料增效剂对铬离子吸附容量数据表
从上述结果可知，本发明方法中的高分子是必不可少的，蔬菜废弃物中加入有机酸、高分子后合成的碳肥料增效剂的吸附容量最大，而直接热解得到的碳材料的吸附容量最小。本发明制备的碳肥料增效剂在调节植物生长的过程中，能吸附土壤中重金属、改善土壤质量的目的。
实施例17 吸附有机污染物罗丹明B的实验
溶液配制：配制浓度为100mg/L的罗丹明B溶液待用。
将实施例1、6、12、13、14所制备的碳肥料增效剂加入到100mg/L的罗丹明B溶液中，在恒温振荡器上震20小时，反应结束后，取上清液，测吸光度，计算罗丹明B的去除率。
表4 实施例1、6、12、13、14得到的碳肥料增效剂对罗丹明B去除率数据表
从上表可知，当蔬菜废弃物中加入有机酸、高分子后，得到的碳肥料增效剂对罗丹明B的去除率是不加高分子或直接热解得到的碳材料的2倍，可见高分子在该发明方法中必不可少。从而也充分证明了本发明方法将蔬菜废弃物被转化为碳肥料增效剂，不仅能和肥料一起施用来促进植物生长，达到节肥增产的目的，而且能有效去除土壤中重金属离子和有机物污染。
Claims (7)
1.一种利用蔬菜废弃物制备碳肥料增效剂的方法，其特征在于：在密闭容器中，加入粉碎的蔬菜废弃物、水溶性高分子和有机酸，在160～300℃下充分反应，调节pH值至中性，得到碳肥料增效剂；
所述的水溶性高分子选自聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、聚乙烯醇；
所述的有机酸选自甲酸、乙酸、丙酸、乙二酸。
2.根据权利要求1所述制备碳肥料增效剂的方法，其特征在于：所述的蔬菜废弃物、水溶性高分子和有机酸的质量比为（30～10）：（2～0.1）：（20～5）。
3.根据权利要求1所述制备碳肥料增效剂的方法，其特征在于：反应温度为190～230℃。
4.根据权利要求1所述制备碳肥料增效剂的方法，其特征在于：在160～300℃下充分反应后加入有氮、磷、钾肥和微量元素。
5.权利要求1所述制备方法制备得到的碳肥料增效剂。
6.权利要求5所述碳肥料增效剂在调节植物生长中的应用。
7.权利要求5所述碳肥料增效剂在修复重金属污染土壤中的应用。
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