CN107619341A - 一种基于贝壳的炭基肥制备方法和制备系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种基于贝壳的炭基肥制备方法和制备系统，制备方法包括水洗后烘干的贝壳经破碎设备粉碎后得到贝壳颗粒；贝壳颗粒加入含有氯化亚锡和三氯化铁的水溶液中浸渍3‑4小时后在80℃‑90℃中干燥4‑5小时得到混合物，污泥中加入硫酸和十八烷基三甲基氯化铵后脱水使得脱水污泥的含水率小于10%，脱水污泥和贝壳颗粒在马弗炉中氮气下以8‑10℃/min的速度升温至350‑400℃且持续5‑6小时得到贝壳生物炭颗粒；贝壳生物炭颗粒在含有氯化亚铁、氯化锌和硒粉的乙二醇溶液中通入氯气下以150‑160℃搅拌2‑3小时后，加入酸溶液调节pH值为4.5‑6，然后以40‑50℃真空干燥6‑7小时获得贝壳生物炭，贝壳生物炭输入制肥导流装置中加入肥料以制成炭基肥。

Description

一种基于贝壳的炭基肥制备方法和制备系统

技术领域

本发明涉及炭基肥处理领域，特别是涉及一种基于贝壳的炭基肥制备方法和制备系统。

背景技术

随着工业发展和人们生活水平的提高，大量的重金属废水排到环境中；农业发展中农药化肥的过量使用；汽车尾气及生活垃圾的日益增多，使得环境中的重金属污染加剧。重金属离子可通过食物链作用进入人体并富集，进而伤害骨骼、大脑等，严重威胁着人类健康。重金属污染已成为全世界共同关注的问题。在生物圈中广泛分布的汞，是唯一一种常温状态下呈液态的金属，极易挥发，毒性高，汞是一种具有高毒性的非生命必需元素，由于元素汞及其多种有机化合物具有较高的挥发性，在环境中易于迁移转化，并通过食物链进入人体而造成不可逆的危害，因此，汞作为全球性的环境污染物已备受关注。汞在土壤中的积累、迁移和转化受制于其在土壤体系中的生物、物理过程和氧化还原、沉淀溶解、吸附解吸、络合螯合和酸碱反应等化学过程，而其在土壤的固液界面上的行为却决定于土壤固相有机、无机组分对汞离子的吸附-解吸特性。进入土壤系统的汞在土壤中处于吸附和解析的动态平衡中，这种平衡控制着其在土壤中的浓度、活性、生物有效性或毒性、在土壤系统中的迁移和在食物链中的传递。土壤的类型、组分和性质以及汞本身的化学特性与土壤中汞的吸附解吸动态有密切的关系，并直接影响到土壤中汞的环境风险。

生物炭是生物质通过热解的方法在缺氧或者低氧条件下制备的一种富含孔隙结构，含碳量较高的碳化物质。制备生物炭的原料来源广泛，农林废弃物如木材，农作物秸秆，果壳及有机废弃物等都可以作为原料。生物炭表面官能团主要包括羧基、羟基、内酯、吡喃酮、酸酐等，并具有大量的表面负电荷以及高电核密度，构成了良好的吸附特性。它还具有良好的环境修复潜力，可以直接或间接地降低水中重金属的生物有效性。因此，生物炭对水中重金属的吸附是值得研究的问题。关于生物炭材料大多数集中在木炭、秸秆等，而不同种类生物炭对汞的吸附作用影响还少有研究。

专利文献1公开的一种污泥-生物炭有机复合肥制备系统包括秆粉碎机，炭化炉，生物炭储存箱，传送带，发酵池，除臭杀菌装置，生物淋滤反应器，污泥储存箱，太阳能干化设备，混料罐，造粒机，精加工装置；所述秸秆粉碎机通过传送带与炭化炉的进料口连接，所述炭化炉与生物炭储存箱连接；所述发酵池、生物淋滤反应器、太阳能干化设备、除臭杀菌装置和污泥储存箱依次连接；所述生物炭储存箱和污泥储存箱分别与所述混料罐的进料口连接，所述混料罐的出料口与造粒机相连，所述造粒机与精加工装置相连。该专利以废水污泥、农作物秸秆或其他农林废弃物为原料制备有机复合肥，但该专利的处理重金属的能力有待提高，吸附量不足。

专利文献2公开的一种城市污泥生物炭基复合肥制备方法包括步骤： 步骤A，将植物秸秆进行高温裂解制成生物炭；步骤B，将所述生物炭与城市垃圾高温下掺混后进行堆腐；步骤C，堆腐后将氮磷钾化肥加入其中进行混合，形成复合肥。该专利将植物秸秆为原料制成的生物炭与城市垃圾和传统的无机N、P、K化肥混合制成复合肥，利用生物炭基多孔介质特性将重金属吸附固持并储存在土壤中。但该专利的秸秆材质不利于形成比表面积大的生物炭，且生物炭的比表面积和孔容积有待提高。

我国海洋滩涂养殖种类主要以滩涂贝类为主，养殖面积占整个海水养殖面积的41.4%，总体的产量占海水养殖的39.5%，是我们目前贝类的主要养殖方式。我国出产的滩涂贝类种类很多，大约有300余种，其中经济价值较大、有养殖生产前途的大约有近50种，其中养殖技术已经成熟的有文蛤、菲律宾蛤仔、泥蚶、毛蚶、西施舌、中国蛤蜊、四角蛤蜊、竹蛏、大竹蛏、缢蛏等等。作为实验材料的海虹和文蛤在沿海城市十分普遍，是滩涂养殖贝类中常见的品种，产量大，易于取得。

本发明以贝壳制备炭基肥，以达到施肥同时去除土壤中重金属，特别是汞目的，实现以废治废的目标。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：中国专利公开CN206089492U号

专利文献2：中国专利公开CN105884448 A号。

发明内容

发明要解决的问题

如上所述，现有技术中的炭基肥制备方法制备的炭基肥的重金属吸附量和吸附速度需要提升。

解决问题的方案

本发明人等为了达成上述目的而进行了深入研究，具体而言，在本发明的第一方面，本发明提供了一种基于贝壳的炭基肥制备方法，其步骤包括：

第一步骤中，贝壳进行水洗后在70 ℃-80 ℃中烘干，烘干后的贝壳经破碎设备粉碎后过60目筛得到贝壳颗粒。

第二步骤中，贝壳颗粒加入含有氯化亚锡和三氯化铁的水溶液中浸渍3-4小时后在80 ℃-90 ℃中干燥4-5小时得到混合物，所述水溶液中的贝壳颗粒、氯化亚锡和三氯化铁的质量份比例处于100:(5-8):(20-40)。

第三步骤中，所述贝壳颗粒在马弗炉中氮气下以8-10 ℃/min的速度升温至350-400 ℃且持续5-6小时得到贝壳生物炭颗粒。

第四步骤中，所述贝壳生物炭颗粒在含有氯化亚铁、氯化锌和硒粉的乙二醇溶液中通入氯气下以150-160 ℃搅拌2-3小时后，加入碱溶液调节pH值为10-12，然后以40-50℃真空干燥6-7小时获得贝壳生物炭，其中，所述乙二醇溶液中的贝壳生物炭颗粒、乙二醇、氯化亚铁、氯化锌和硒粉的质量份比例处于100:(600-800):(5-6) :(20-24) :(5-6)。

第五步骤中，所述贝壳生物炭输入制肥导流装置，在所述制肥导流装置中加入肥料以制成炭基肥，其中，所述肥料包括尿素、碳酰胺、磷酸氢二铵、氯化钾、膨润土和粘结剂。

在所述的制备方法中，第二步骤中，所述水溶液中的贝壳颗粒、氯化亚锡和三氯化铁的质量份比例处于100:6:30。

在所述的制备方法中，第四步骤中，所述乙二醇溶液中的贝壳生物炭颗粒、乙二醇、氯化亚铁、氯化锌和硒粉的质量份比例处于100:700:5.5:22 :5.5。

在所述的制备方法中，第四步骤中，加入酸溶液调节pH值为11。

在所述的制备方法中，第一步骤中，贝壳先通过自来水清洗完杂质后，再经由蒸馏水水洗2次后在75 ℃中烘干，烘干后的贝壳经破碎设备粉碎后过60目筛得到贝壳颗粒。

在所述的制备方法中，第三步骤中，贝壳颗粒在马弗炉中氮气下以9 ℃/min的速度升温至380 ℃且持续5.5小时得到贝壳生物炭颗粒。

在所述的制备方法中，第五步骤中，贝壳生物炭、尿素、碳酰胺、磷酸氢二铵、氯化钾、膨润土和粘结剂的质量份比例处于的范围为100 :(120-150) :(80-85) :(88-98) :(60-70) :(18-20) :(3.5-5)。

根据本发明的另一方面，一种实施所述基于贝壳的炭基肥制备方法的制备系统包括预处理装置、混合装置、炭化装置、处理装置、制肥导流装置和控制装置。

所述预处理装置包括用于清洗贝壳的清洗设备、烘干设备、用于粉碎贝壳的破碎设备，所述烘干设备设有第一温度传感器，所述破碎设备设有转速传感器。

所述混合装置设有定量注入水溶液的输液阀、第一浓度传感器和用于干燥所述水溶液的干燥模块，所述干燥模块设有第二温度传感器。

所述炭化装置包括马弗炉和第三温度传感器。

所述处理装置设有定量注入乙二醇溶液的注液阀、第二浓度传感器、酸碱度传感器、用于定量加入碱溶液的注碱口、用于搅拌的搅拌器、加热模块和真空干燥器，其中，加热模块和真空干燥器分别设有第四温度传感器和第五温度传感器。

所述制肥导流装置设有添加肥料的输入口。

所述控制装置连接所述第一、第二、第三、第四和第五温度传感器、第一、第二浓度传感器、酸碱度传感器和转速传感器并分别控制所述烘干设备、干燥模块、加热模块和真空干燥器的温度、破碎设备的转速以及混合装置和处理装置的浓度。

在所述的制备系统中，控制装置包括通用处理器、数字信号处理器、PLC控制板、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA。

在所述的制备系统中，控制装置包括存储器，所述存储器为一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。

发明的效果

基于贝壳的炭基肥制备方法和制备系统中，本发明有利于在炭化过程能够形成更大的比表面积和孔容积的材质，通过锡粒子和铁粒子能够分布在贝壳生物炭的微孔中，使得微孔胀大，进一步提高贝壳生物炭的比表面积和孔容积，本发明的贝壳生物炭吸附量大，吸附能力显著提高，贝壳生物炭上吸附有锡粒子、铁粒子和锌粒子增强生物炭的亲水性，提高生物炭的比表面积和孔容积，显著提高了生物炭的吸附容量，在满足土壤施肥的基础上，显著提高了炭基肥的吸附能力，特别是对汞的吸附能力。因此，本发明的技术方案克服了现有技术的技术缺陷，取得了显著的技术效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

[图1] 示出了本发明的一个实施例的基于贝壳的炭基肥制备方法的步骤示意图。

[图2] 示出了本发明的一个实施例的贝壳生物炭和现有生物炭动力学吸附曲线比较图。

[图3] 示出了本发明的一个实施例的贝壳生物炭和现有生物炭等温吸附曲线比较图。

[图4] 示出了本发明的一个实施例的贝壳生物炭和现有生物炭不同pH对汞的吸附量影响曲线比较图。

[图5] 示出了本发明的一个实施例的制备系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

具体而言，如图1所示的本发明的基于贝壳的炭基肥制备方法的步骤示意图，如图1所示，基于贝壳的炭基肥制备方法步骤包括：

第一步骤（S1）中，贝壳进行水洗后在70 ℃-80 ℃中烘干，烘干后的贝壳经破碎设备粉碎后过60目筛得到贝壳颗粒。

本发明通过清洗去除贝壳上的杂质，在70 ℃-80 ℃中烘干，烘干温度过高有可能对贝壳的材料造成损害，降低吸附位点，烘干温度过低则降低了烘干效率，烘干后的小段经破碎设备粉碎后过60目筛得到贝壳颗粒，进一步地，破碎设备可调节破碎粒径范围，所述贝壳颗粒小于60目，优选地，所述贝壳颗粒为30-60目，更进一步地，所述贝壳颗粒为50目。

第二步骤（S2）中，贝壳颗粒加入含有氯化亚锡和三氯化铁的水溶液中浸渍3-4小时后在80 ℃-90 ℃中干燥4-5小时得到混合物，所述水溶液中的贝壳颗粒、氯化亚锡和三氯化铁的质量份比例处于100:(5-8):(20-40)。本发明通过研究发现，锡粒子和铁粒子能够分布在贝壳生物炭的微孔中，使得微孔胀大，进一步提高贝壳生物炭的比表面积和孔容积。将贝壳颗粒加入含有氯化亚锡和三氯化铁的水溶液中浸渍3-4小时后在80 ℃-90 ℃中干燥4-5小时得到混合物，这种浸渍可以使得锡粒子和铁粒子快速有效地附着在贝壳颗粒上。为了提高附着性和贝壳生物炭的比表面积和孔容积，本发明经过研究发现所述水溶液中的贝壳颗粒、氯化亚锡和三氯化铁的质量份比例处于100:(5-8):(20-40)可以得到最佳性能。

第三步骤（S3）中，所述贝壳颗粒在马弗炉中氮气下以8-10 ℃/min的速度升温至350-400 ℃且持续5-6小时得到贝壳生物炭颗粒。本发明可以大规模制备贝壳生物炭颗粒，且产量连续稳定。

第四步骤（S4）中，所述贝壳生物炭颗粒在含有氯化亚铁、氯化锌和硒粉的乙二醇溶液中通入氯气下以150-160 ℃搅拌2-3小时后，加入碱溶液调节pH值为10-12，然后以40-50 ℃真空干燥6-7小时获得贝壳泥生物炭，其中，所述乙二醇溶液中的贝壳生物炭颗粒、乙二醇、氯化亚铁、氯化锌和硒粉的质量份比例处于100:(600-800):(5-6) :(20-24) :(5-6)。通过第四步骤S4处理，本发明的贝壳生物炭吸附量大，吸附能力显著提高，贝壳生物炭上吸附有锡粒子、铁粒子和锌粒子增强生物炭的亲水性，提高生物炭的比表面积和孔容积，显著提高了生物炭的吸附容量。

第五步骤（S5）中，所述贝壳泥生物炭输入制肥导流装置（26），在所述制肥导流装置中加入肥料以制成炭基肥，其中，所述肥料包括尿素、碳酰胺、磷酸氢二铵、氯化钾、膨润土和粘结剂。通过本发明方法制备的炭基肥，其在满足土壤施肥的基础上，显著提高了炭基肥的吸附能力，特别是对汞的吸附能力。

为了进一步说明本发明的制备方法制备的炭基肥中的贝壳生物炭的显著性能，将本发明制备的贝壳生物炭和现有生物炭进行动力吸附对比，于250ml三角瓶(共需18个)中分别添加0.4g生物炭，加少量蒸馏水润湿，加入64mL汞标准储备液，使溶液中汞的初始浓度为40mg/L。再加入16mL0.1mol/L硝酸钠，为试验提供0.01mol/L离子环境，最后加水定容至160mL。记录两个样品的初始pH值。加入完成后摇匀10min，静置并开始计时。在相应的时间点（5min,10min,30min,1h,2h,4h,6h,12h,24h)取上清液测定其中汞离子的浓度。测定获得如图2所示的贝壳生物炭和现有生物炭动力学吸附曲线比较图。由图2可以清楚的看出，相同的实验条件下，吸附量大小为贝壳生物炭>现有生物炭，随着时间的增加，生物炭对汞离子的吸附量也会不断的累积，在前一段时间中，生物炭不断吸附汞离子，汞离子吸附量不断增加，但到达一定的时间后，反应达到平衡，这之后，生物炭对汞离子的吸附量便不会在随着时间的变化产生很大的变化。这就是造成整个曲线呈现先上升后趋于平稳状态的原因。总体而言我们可以看出，动力实验条件下，贝壳生物炭的吸附能力优于现有生物炭。

为了进一步说明本发明的制备方法制备的贝壳生物炭的显著性能，将本发明制备的炭基肥中的贝壳生物炭和现有生物炭进行等温吸附对比，设定汞离子初始浓度分别为5、15、40、80、120、160、200mg/L，然后用50ml的离心管(共14个)取0.1g两种生物碳，再加入固体硝酸钠0.034g，再分别加入一定体积的汞标准贮备液，调节背景离子浓度分别为5、15、40、80、120、160、200mg/L，用蒸馏水定容止40 mL，调节固液比为1:400，样品加入后以120r/min振荡6 h，再取出静止2 h，最后测定滤液中汞离子的浓度。然后将测完等温吸附的离心管上清液倒掉，加蒸馏水清洗土样，离心后倒掉上清液，反复两次。将结果处理后制成如图3所示的贝壳生物炭和现有生物炭等温吸附曲线比较图，由该图3可以看出，两种生物炭在等温条件下对汞离子的吸附量都呈现出随着汞离子平衡浓度的升高而升高的趋势；同时贝壳生物炭和现有生物炭还呈现出随着汞离子平衡浓度的上升对汞离子的吸附量增速增大的趋势。其中，在相同的汞离子平衡浓度下，贝壳生物炭对汞离子的吸附量明显大于现有生物炭。在等温条件下，贝壳生物炭的对汞离子的最大吸附量是154486.88μg/g，贝壳生物炭对汞离子的最大吸附量是151143.418μg/g；实验条件下吸附能力大小为贝壳生物炭>现有生物炭。最后，分析实验数据得出结论为汞离子平衡浓度越大，生物炭对汞离子的吸附能力也就越强。而出现这种状况的原因我们可以总结为，当汞离子的浓度偏低时，汞离子与生物炭接触时，只能被生物炭表面吸附住，但当汞离子的浓度很大时，大量的汞离子会进入生物炭的内部，从而被生物炭内部吸附，其吸附能力自然就会增强，从而也就得到更好的去除。而对于现有生物炭和贝壳生物炭两种材料而言，贝壳生物炭的吸附能力明显高于现有生物炭。

为了进一步说明本发明的制备方法制备的贝壳生物炭的显著性能，将本发明制备的炭基肥中的贝壳生物炭和现有生物炭进行pH对比，用50ml的离心管(共12个)取0.1g两种生物碳，分别加入质量浓度为20mg/l的汞离子8ml,使汞离子初始浓度为25 mg/L，再加入0.034g固体硝酸钠，加蒸馏水至40ml,然后通过用尽量少的1 mol/L稀氢氧化钠溶液、mol/L稀盐酸溶液调节pH值为 1、3、5、7、9、11。在室温下，以120 r/min振荡，振荡半小时后，由于土壤的缓冲性能，pH会向中性方向靠拢，这时需要补加一次酸（或者碱）到所需整数pH值后只需振荡，不需再调节pH。振荡时间为解吸动力学中的吸附平衡时间6h，振荡过程中，每隔半小时或当样品沉淀时，需把离心管取出，手动晃动离心管，达到固液分离，静置2h，后以2500 r/min离心6 min，测定并记录每个处理样的pH值。最后测定滤液中汞离子的浓度，吸附量随pH的变化如图4所示的贝壳生物炭和现有生物炭不同pH对汞的吸附量影响曲线比较图。可以看出，在室温下，由图4可以发现，在汞离子浓度等其他实验条件相同的情况下，生物炭对汞离子的吸附量随着pH值的升高而呈现出先上升后下降再上升的趋势。在pH值为3之前，两种材料对汞离子的吸附量都处于不断上升的阶段，在3之后开始呈现下降的趋势，5到9之间趋于平缓，之后又开始上升并在pH值为11时候达到最大值。并且在相同的实验条件下，贝壳生物炭对汞离子的吸附量远远大于现有生物炭，贝壳生物炭的最大吸附量出现在pH值为11时，值为1547.72μg/g，现有生物炭的最大吸附量出现在pH值为11时值为1468.43μg/g；贝壳生物炭和现有生物炭最大吸附量与最小吸附量比值百分比分别为107.31%，101.56%。在同一种重金属初始浓度下，重金属从溶液中的去除量-pH曲线一般可以分为3个特征区，即低pH负吸附区至零吸附区（或微吸附区）、中pH稳定吸附区、高pH吸附和沉淀区。本实验结果显然与其他重金属的吸附规律差别很大，这种现象出现的可能原因我们可以总结为pH的变化不仅会影响颗粒物表面性质，而且会改变重金属的形态，进而会影响其在固体表面的吸附量。由以往研究我们可以知道Hg具有强Lewis 酸性，因此在酸性条件下生物炭对汞的吸附量会达到一个相对较大的值，在pH 值由1-3时pH值不断上升并在3时达到一个相对较大的值，达到前阶段的最大值之后呈现下降趋势，在pH值在5-9之间时反应趋于平衡；由于汞可以发生络合反应增加溶解度，本实验结果也发现pH >9时，沉积物对汞吸附量又有增加的现象，可以看出pH值对生物炭的吸附量的影响很大，我们可以调节最佳的pH值，从而达到更好的吸附效果，同时该实验条件下贝壳生物炭的吸附效果比现有生物炭更好。

以上对比说明贝壳生物炭比现有生物炭更显著地吸附溶液中汞离子。

在本发明的所述的制备方法的优选实施例中，第二步骤（S2）中，所述水溶液中的贝壳颗粒、氯化亚锡和三氯化铁的质量份比例处于100:6:30。

在本发明的所述的制备方法的优选实施例中，第四步骤（S4）中，所述乙二醇溶液中的贝壳生物炭颗粒、乙二醇、氯化亚铁、氯化锌和硒粉的质量份比例处于100:700:5.5:22:5.5。

在本发明的所述的制备方法的优选实施例中，第四步骤（S4）中，加入酸溶液调节pH值为11。

在本发明的所述的制备方法的优选实施例中，第一步骤（S1）中，贝壳先通过自来水清洗完杂质后，再经由蒸馏水水洗2次后在75 ℃中烘干，烘干后的贝壳经破碎设备粉碎后过60目筛得到贝壳颗粒。

在本发明的所述的制备方法的优选实施例中，第三步骤（S3）中，贝壳颗粒在马弗炉中氮气下以9 ℃/min的速度升温至380 ℃且持续5.5小时得到贝壳生物炭颗粒。

在本发明的所述的制备方法的优选实施例中，第五步骤（S5）中，贝壳泥生物炭、尿素、碳酰胺、磷酸氢二铵、氯化钾、膨润土和粘结剂的质量份比例处于的范围为100 :(120-150) :(80-85) :(88-98) :(60-70) :(18-20) :(3.5-5)。

本发明还提供了一种实施所述基于贝壳的炭基肥制备方法的制备系统，如图5所示的实施所述基于贝壳的炭基肥制备方法的制备系统的结构示意图，制备系统括预处理装置1、混合装置2、炭化装置3、处理装置4、制肥导流装置26和控制装置5。

所述预处理装置（1）包括用于清洗贝壳的清洗设备（6）、烘干设备（7）、用于粉碎贝壳的破碎设备（8），所述烘干设备（7）设有第一温度传感器（9），所述破碎设备（8）设有转速传感器（10）。

所述混合装置（2）设有定量注入水溶液的输液阀（11）、第一浓度传感器（12）和用于干燥所述水溶液的干燥模块（13），所述干燥模块（13）设有第二温度传感器（14）。

所述炭化装置（3）包括马弗炉（15）和第三温度传感器（16）。

所述处理装置（4）设有定量注入乙二醇溶液的注液阀（17）、第二浓度传感器（18）、酸碱度传感器（19）、用于定量加入酸溶液的注酸口（20）、用于搅拌的搅拌器（21）、加热模块（22）和真空干燥器（23），其中，加热模块（22）和真空干燥器（23）分别设有第四温度传感器（24）和第五温度传感器（25）。

所述制肥导流装置（26）设有添加肥料的输入口。

所述控制装置（5）连接所述第一、第二、第三、第四和第五温度传感器（9、14、16、24、25）、第一、第二浓度传感器（12、18）、酸碱度传感器（19）和转速传感器（10）并分别控制所述烘干设备（7）、干燥模块（13）、加热模块（22）和真空干燥器（23）的温度、破碎设备（8）的转速以及混合装置（2）和处理装置（4）的浓度。

在所述的制备系统的优选实施例中，控制装置5包括通用处理器、数字信号处理器、PLC控制板、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA。

在所述的制备系统的优选实施例中，控制装置5包括存储器，所述存储器为一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。

在一个实施方式中，所述制备系统还设有远程控制器，所述远程控制器通过无线通信设备连接制备系统并发送和接收控制信号。所述无线通信设备包括蓝牙、ZigBee或Wi-Fi模块。

工业实用性

本发明的基于贝壳的炭基肥制备方法和制备系统可以在肥料领域制造并使用。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (10)

1.一种基于贝壳的炭基肥制备方法，其步骤包括：

第一步骤（S1）中，贝壳进行水洗后在70 ℃-80 ℃中烘干，烘干后的贝壳经破碎设备粉碎后过60目筛得到贝壳颗粒；

第二步骤（S2）中，贝壳颗粒加入含有氯化亚锡和三氯化铁的水溶液中浸渍3-4小时后在80 ℃-90 ℃中干燥4-5小时得到混合物，所述水溶液中的贝壳颗粒、氯化亚锡和三氯化铁的质量份比例处于100:(5-8):(20-40)；

第三步骤（S3）中，所述贝壳颗粒在马弗炉中氮气下以8-10 ℃/min的速度升温至350-400 ℃且持续5-6小时得到贝壳生物炭颗粒；

第四步骤（S4）中，所述贝壳生物炭颗粒在含有氯化亚铁、氯化锌和硒粉的乙二醇溶液中通入氯气下以150-160 ℃搅拌2-3小时后，加入碱溶液调节pH值为10-12，然后以40-50℃真空干燥6-7小时获得贝壳生物炭，其中，所述乙二醇溶液中的贝壳生物炭颗粒、乙二醇、氯化亚铁、氯化锌和硒粉的质量份比例处于100:(600-800):(5-6) :(20-24) :(5-6)；

第五步骤（S5）中，所述贝壳生物炭输入制肥导流装置（26），在所述制肥导流装置中加入肥料以制成炭基肥，其中，所述肥料包括尿素、碳酰胺、磷酸氢二铵、氯化钾、膨润土和粘结剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第二步骤（S2）中，所述水溶液中的贝壳颗粒、氯化亚锡和三氯化铁的质量份比例处于100:6:30。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，第四步骤（S4）中，所述乙二醇溶液中的贝壳生物炭颗粒、乙二醇、氯化亚铁、氯化锌和硒粉的质量份比例处于100:700:5.5:22:5.5。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第四步骤（S4）中，加入酸溶液调节pH值为11。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第一步骤（S1）中，贝壳先通过自来水清洗完杂质后，再经由蒸馏水水洗2次后在75 ℃中烘干，烘干后的贝壳经破碎设备粉碎后过60目筛得到贝壳颗粒。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，第三步骤（S3）中，贝壳颗粒在马弗炉中氮气下以9 ℃/min的速度升温至380 ℃且持续5.5小时得到贝壳生物炭颗粒。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，第五步骤（S5）中，贝壳生物炭、尿素、碳酰胺、磷酸氢二铵、氯化钾、膨润土和粘结剂的质量份比例处于的范围为100:(120-150) :(80-85) :(88-98) :(60-70) :(18-20) :(3.5-5)。

8.一种实施权利要求1-6中任一项所述基于贝壳的炭基肥制备方法的制备系统，其包括预处理装置（1）、混合装置（2）、炭化装置（3）、处理装置（4）、制肥导流装置（26）和控制装置（5），其特征在于，

所述预处理装置（1）包括用于清洗贝壳的清洗设备（6）、烘干设备（7）、用于粉碎贝壳的破碎设备（8），所述烘干设备（7）设有第一温度传感器（9），所述破碎设备（8）设有转速传感器（10）；

所述混合装置（2）设有定量注入水溶液的输液阀（11）、第一浓度传感器（12）和用于干燥所述水溶液的干燥模块（13），所述干燥模块（13）设有第二温度传感器（14）；

所述炭化装置（3）包括马弗炉（15）和第三温度传感器（16）；

所述处理装置（4）设有定量注入乙二醇溶液的注液阀（17）、第二浓度传感器（18）、酸碱度传感器（19）、用于定量加入碱溶液的注碱口（20）、用于搅拌的搅拌器（21）、加热模块（22）和真空干燥器（23），其中，加热模块（22）和真空干燥器（23）分别设有第四温度传感器（24）和第五温度传感器（25）；

所述制肥导流装置（26）设有添加肥料的输入口；

所述控制装置（5）连接所述第一、第二、第三、第四和第五温度传感器（9、14、16、24、25）、第一、第二浓度传感器（12、18）、酸碱度传感器（19）和转速传感器（10）并分别控制所述烘干设备（7）、干燥模块（13）、加热模块（22）和真空干燥器（23）的温度、破碎设备（8）的转速以及混合装置（2）和处理装置（4）的浓度。

9.根据权利要求8所述的制备系统，其中，

控制装置（5）包括通用处理器、数字信号处理器、PLC控制板、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA。

10.根据权利要求8或9所述的制备系统，其特征在于：控制装置（5）包括存储器，所述存储器为一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。