CN107032860A - 一种制备营养型炭基矿化活性土壤调理剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种制备营养型炭基矿化活性土壤调理剂的方法。该方法包括采用农林废弃物、木质褐煤生物质作为基础原料，由磷矿粉、浮石、蛇纹石、麦饭石和膨润土混合配制的催化剂，分别粉碎、按一定比例混合造粒后置入碳化反应釜内反应，出料冷却后、再粉碎，加入木酢液、生物菌剂、腐植酸搅拌混合，造粒得营养型炭基矿化活性土壤调理剂。本发明以简单有效的方法制备的营养型炭基矿化活性土壤调理剂为环境友好型、较传统生物炭微孔结构增多20％以上，较仅利用生物质作原料获取的生物炭含有更丰富的氮、磷、钾和中微量元素，植物可利用氮磷钾总量增加15‑30％，其中N‑P‑K的总含量≥10％以上，有机质的含量≥36％，含有丰富有机酸，可以降低化肥用量、提高肥效。
Description
技术领域
本发明属于生物质、矿物质资源化利用领域，具体涉及一种利用催化、活化反应强化基于生物质、矿物质制备营养型炭基矿化活性土壤调理剂的方法。
背景技术
生物炭是由生物质在完全或部分缺氧的条件下经过热裂解、炭化产生的难溶性固态物质。生物炭吸附能力强、具有多孔性、高比表面积、物理的热稳定性和生物化学的抗分解性。生物炭的强吸附性可将土壤中的重金属离子有效固持，降低重金属的有效态含量。目前，土壤污染和退化问题的日益严峻，合理开发和利用生物质资源，研发新型肥料已成为当前紧迫的研究课题。生物炭对增加土壤碳库贮量、提高土壤肥力以及维持土壤生态系统平衡意义重大，日益受到全世界的关注。为此，近年来，生物炭作为土壤改良剂、肥料缓释载体备受重视。热转化技术是实现生物质利用的最有效途径，催化热解被认为是改变生物质热解条件和热解产物分布与性质的最有效方法。国内已有较多以农林废弃物热解获取生物炭的专利发明，如中国科学院南京土壤研究所专利“一种秸秆制碳装置”专利申请号为：2009202321919，公开日期：2010.06.16石河子大学“生物炭土壤改良剂及其制备方法”专利号：201010148039，公开日期：2012-04-11。这类生物炭虽然具有丰富的微孔结构，但产炭率不高，氮、磷、钾等植物营养元素含量太低，在施用中同时需要配合化肥以增强肥效，产炭率不高也使应用成本太高，制约大面积推广。
目前中国农业的科学施肥不是很普遍，氮肥易流失，磷肥钾肥易固化，使施肥成本增加，施肥效益降低，由此造成的化肥流失、土壤理化性状恶化、土壤板结、土壤酸化、透气性差、保水保肥能力下降、重金属超标、水体污染等十分严重，肥料利用率一直在30％以下。世界上农业发达国家美国、以色列等国化肥利用率已经提高到65％以上。为改变这一趋势，科学家们曾提出了有机矿化活性肥料的概念，设想有机矿化活性肥料来代替单一的无机肥料，以便在任何一种土壤上营造保护土壤活性及自我循环的趋势。我国在2007年启动的重点基 础研究发展计划项目“肥料减施增效与农田可持续利用基础研究”，其中，肥料的减施增效是一个重要研究内容和攻关方向。
发明内容
本发明是利用一个化学反应发生时其他反应也相伴进行的现象。催化反应即通过催化剂改变反应物的活化能，改变反应物的化学反应速率。目的旨在利用酸碱类矿物质在生物质热解过程中的催化作用，优化生物质热解热化学反应，使其低温裂解、增加微孔性能、固定炭含量。生物质热化学偶联反应又协同酸碱类矿物质的膨化、活化，产生易于植物吸收的P-K大量元素及中微量元素和螯合物，螯合物可化解土壤中未被植物利用的肥效，解决化肥残留及有机肥和传统生物炭肥效不足的弱点。本发明以环境友好、简单有效的方法，制备的原料粉碎后加入腐植酸类活化剂、木酢液及生物菌剂、获得营养型炭基矿化活性土壤调理剂料，替代化肥使用。
1、本发明所提供的一种制备营养型炭基矿化活性土壤调理剂的方法，包括以下步骤：
将农林废弃物和木质褐煤分别磨细至40～80目，将矿物质催化剂磨细至160～400目，将磨细农林废弃物7重量份，木质褐煤3重量份和重量为农林废弃物重量与木质褐煤重量之和的15～35％的矿物质催化剂混合造粒后，置入碳化反应釜内，将反应釜升温至280-380℃，持续2小时出料；
2、所述矿物质催化剂由下述方法制备得到：将7重量份的磷矿粉或7重量份的钾矿粉、1重量份浮石、1重量份蛇纹石、0.5重量份麦饭石和0.5重量份膨润土混合后为矿物质催化剂；
3、出料后冷至室温，即为营养型炭基矿化活性土壤调理剂料原料；将营养型炭基矿化活性土壤调理剂料原料再粉碎，加入重量为营养型炭基矿化活性土壤调理剂料原料重量的6％的木酢液和重量为营养型炭基矿化活性土壤调理剂料原料重量的6％的生物菌剂、重量为营养型炭基矿化活性土壤调理剂料原料重量的10％的腐植酸，搅拌混合，造粒得营养型炭基矿化活性土壤调理剂。
与现有技术相比，本发明具有以下显著特点和效果：
1、利用催化剂对生物炭进行活化，使产物较传统生物炭微孔结构增多20％以上，产炭率达35％以上，增强了生物炭的活性及络和能力，生物炭施入土壤以后利用自身超强的吸附性像海绵一样把土壤中作物生长所需要的营养元素 吸附在它周围，一是可以防止流失，二是可以达到缓释的效果，这对作物的生长极为有利。生物炭可以改善土壤理化性质及微生物的活性，培养土壤肥力，延缓肥料养分释放，降低肥料及土壤养分的损失，减轻土壤污染及土壤功能退化等诸多问题。
2、使用矿物质做催化剂和农林废弃物等生物质作为主要原料，较仅利用生物质作原料获取的生物炭含有更丰富的氮、磷、钾和中微量元素植物可利用氮磷钾总量增加约15-30％，其中N-P-K的总含量≥10％以上，有机质的含量≥36％。
3、在热解生物质时，利用热化学反应协同活化磷、钾及微量元素技术突破了现行的经典技术框架，在温和条件下即可生产活化磷肥、钾肥、微量元素，使磷矿石、钾矿石从极低活性向高活性提升。这与目前国内外通用的强酸、高温煅烧等激烈反应条件有很大区别。它既可免除强酸、高温煅烧的高能耗，又可获得适度、均衡的水溶性，无需的对过高的水溶性进行缓释处理，因而可以减少对环境污染而提高利用率。
4、本发明营养型炭基矿化活性土壤调理剂中其丰富的有机酸可以将土壤中的矿质营养离子鳌合，固定在土壤表层的植物根际区，防止矿质离子的沉结和淋洗。这样，就可以大大提高肥料的利用效率，同时又避免矿质沉淀的产生，有利于土壤改良。另外，有机腐殖酸螯合剂最大的优势在于把沉结的矿质活化，转变为植物吸收态的矿质离子，将逐步减少土壤的沉结物、改良土壤及盐碱地，促进微生物的活动。使用发明营养型炭基矿化活性土壤调理剂不但可以降低化肥用量、提高肥效，同时逐步解决化学农业造成的生态问题。
5、将易分解有机碳转化为稳定的固定碳，减少了大气中二氧化碳的排放，有利于改善全球气候变化；解决了现在肥料产业的高能耗、高酸耗、高污染排放的问题，作为低成本非化学肥料，本发明炭基矿化活性可以为低炭农业、有机农业提供产量上的保证。
6、本发明在有效处理了农林废弃物和矿物质的同时，所获得的产品较传统生物炭具有更丰富的微孔结构和更高的肥效，配合冲施肥和叶面肥使用，可以完全取代化肥施用。这是从土壤被破坏的源头，找寻各种元素的平衡规律，恢复土壤的原有性状和理化性质的一场追根溯源型革命。它对于“调养”土 壤，提高耕地质量和土地资源的利用率，持续高效利用耕地将起到极大的推动作用。
7、本发明的生产原料是由生物质、天然矿物质组成，具有取材方便、物料来源广、生产成本低等优势，为生物炭、矿化活性物质作为土壤调理剂的农业大规模应用提供了适宜技术和实用产品，具有较高应用价值和市场推广潜力。
具体实施方式
本发明实施方法步骤如下：
1、将农林废弃物和木质褐煤分别磨细至40～80目，将矿物质催化剂磨细至60-400目，将磨细农林废弃物7重量份，木质褐煤3重量份和重量为农林废弃物重量与木质褐煤重量之和的15％的筛下矿物质催化剂混合造粒后，置入碳化反应釜内，将反应釜升温至280-380℃，持续2小时出料；
2、所述矿物质催化剂由下述方法制备得到：将7重量份的磷矿粉、1重量份浮石、1重量份蛇纹石、0.5重量份麦饭石和0.5重量份膨润土混合后为矿物质催化剂；
3、出料后冷至室温，即为营养型炭基矿化活性土壤调理剂料原料；将营养型炭基矿化活性土壤调理剂料原料再粉碎，作为营养型炭基矿化活性土壤调理剂料原料，再加入重量为营养型炭基矿化活性土壤调理剂料原料重量的6％的木酢液和重量为营养型炭基矿化活性土壤调理剂料原料重量的6％的生物菌剂、重量为所取的筛下营养型炭基矿化活性土壤调理剂料原料重量的10％的腐植酸，搅拌混合，造粒得营养型炭基矿化活性土壤调理剂。
本发明具有如下特点：(1)利用催化剂对生物炭进行活化，使产物较传统生物炭微孔结构增多20％以上，产炭率达35％以上。(2)使用矿物质和农林废弃物等生物质作为主要原料，较仅利用生物质作原料获取的生物炭含有更丰富的氮、磷、钾和中微量元素。(3)植物可利用氮磷钾总量增加15-30％，其中N-P-K的总含量≥10％以上，有机质的含量≥36％。(4)本发明营养型炭基矿化活性土壤调理剂中含有丰富有机酸。(5)使用本发明营养型炭基矿化活性土壤调理剂不但可以降低化肥用量、提高肥效，同时逐步解决化学农业造成的生态问题。(6)本发明营养型炭基矿化活性土壤调理剂可以为低炭农业、有机农业提供产量上的保证。
附图说明：图1为制备营养型炭基矿化活性土壤调理剂工艺的流程图。
Claims (3)
1.一种制备营养型炭基矿化活性土壤调理剂的方法，权利要求如下：
将农林废弃物和木质褐煤分别磨细至40～80目，将矿物质催化剂磨细至160～400目，将磨细农林废弃物7重量份，木质褐煤3重量份和和重量为农林废弃物重量与木质褐煤重量之和的15～35％的矿物质催化剂混合造粒后，置入碳化反应釜内，将反应釜升温至280-380℃，持续2小时出料。
2.所述矿物质催化剂由下述方法制备得到：将7重量份的磷矿粉或7重量份的钾矿粉、1重量份浮石、1重量份蛇纹石、0.5重量份麦饭石和0.5重量份膨润土混合后为矿物质催化剂。
3.出料后冷至室温，即为营养型炭基矿化活性土壤调理剂料原料；将营养型炭基矿化活性土壤调理剂料原料再粉碎，加入重量为营养型炭基矿化活性土壤调理剂料原料重量的6％的木酢液和重量为营养型炭基矿化活性土壤调理剂料原料重量的6％的生物菌剂、重量为营养型炭基矿化活性土壤调理剂料原料重量的10％的腐植酸类活化剂，搅拌混合，造粒得营养型炭基矿化活性土壤调理剂。
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