CN107686402A - 一种猪炭基土壤调理剂及其制备方法 - Google Patents

一种猪炭基土壤调理剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及土壤调理剂技术领域，具体涉及一种猪炭基土壤调理剂及其制备方法，它由以下重量份的原料组成：死猪生物质炭50‑100份、发酵豆渣10‑15份、草木灰10‑15份、甲壳素1‑5份、钠基膨润土10‑15份、木质素磺酸钠5‑10份、纳米二氧化钛1‑5份、风化煤1‑5份。本发明采用的死猪生物质炭磷和钙含量较高，具有更高的比表面积、pH值和灰分，本发明充分利用死猪生物质炭的特性，然后选取发酵豆渣、草木灰、甲壳素、钠基膨润土、木质素磺酸钠、纳米二氧化钛和风化煤与之配合，可有效提高土壤透气性、降低土壤容重、修复受污染土壤，促进土壤微生物活性、增强土壤保持肥水能力。

Description

一种猪炭基土壤调理剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及土壤调理剂技术领域，具体涉及一种猪炭基土壤调理剂及其制备方法。
背景技术
近年来，由于农药的大量和不合理使用以及工业废弃物向农田排放等原 因造成的土壤问题日益严重。国土资源部统计表明，目前全国耕种土地19%以上的点位已受重金属污染，影响食品安全。土壤重金属污染已造成我国水稻、蔬菜等农产品的质量下降，影响农业可持续发展，并严重威胁人体健康。因此，如何降低土壤环境中重金属含量，减少其对农作物产品的污染，保障农业安全可持续发展是亟需解决的重要问题。所以开发高效环保的土壤调理剂迫在眉睫已成为当前我国农业发展急需解决的问题。
目前用作土壤改良调节剂的矿物或岩石主要有石灰石、白云岩、膨润土、 泥炭、硅藻土、皂石、海泡石等。申请号为201510175388.3的中国发明专利申请公开了一种土壤调理剂，由以下重量份原料制成：20‐30份草木灰、40‐50份糖渣、10‐20份沸石粉、10‐20份腐殖酸、6‐10份碳酸氢铵、1‐5份硫酸钾、1‐5份氯化钠、2‐5份菌剂。虽然这些土壤调理剂在改善土壤结构和微生物环境、提高土壤透气性方面、去除土壤中重金属污染的效果还有待提高。
另外，作为畜牧业大国，我国每年产生的病死猪的数量达数千万头以上，若处置不当，必然会产生一系列生态环境以及食品安全的问题。因此，对死猪的处理就成了关键。而目前将死猪进行利用，制作成为土壤调理剂用这方面的技术还不成熟。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种猪炭基土壤调理剂及其制备方法，猪炭基土壤调理剂在改善土壤结构和微生物环境、提高土壤透气性方面、去除土壤中重金属污染有较好的效果。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种猪炭基土壤调理剂，它由以下重量份的原料组成：
死猪生物质炭 50-100份
发酵豆渣 10-15份
草木灰 10-15份
甲壳素 1-5份
钠基膨润土 10-15份
木质素磺酸钠 5-10份
纳米二氧化钛 1-5份
风化煤 1-5份。
死猪生物质炭是一种特殊的生物质炭，磷和钙含量较高，其表面官能团包括羟基、羟基等多种基团，具有更高的比表面积、pH值和灰分，在改善土壤结构和微生物环境、提高土壤透气性、固定土壤中重金属的方面优于其他生物质炭。
所述死猪生物质炭是将死猪在400-800摄氏度高温厌氧条件下裂解成死猪生物质炭；然后将死猪生物质炭研磨，得到两种不同粒径的死猪生物质炭；最后将两种不同粒径的死猪生物质炭分别进行活化处理得到的。本发明选用以上处理方法，使得死猪生物质炭更好地形成多孔结构，提高了孔隙率和比表面积，进而提高了吸附性能。
死猪生物质炭的粒径分为0.001-0.01mm和0.1-1mm两个级别，粒径为0.1-1mm死猪生物质炭的重量为粒径为0.001-0.01mm死猪生物质炭的重量的2-4倍。本发明通过合理设置死猪生物质炭的粒径和各粒径的用量，利用小粒径死猪生物质炭的小质量和高表面能，使得小粒径死猪生物质炭部分附着在大粒径死猪生物质炭的表面，形成核壳复合结构；没有附着在大粒径死猪生物质炭表面的小粒径死猪生物质炭将填充到该土壤调理剂的各种间隙，表现出生物质炭材料的各种性能优点。
将0.1-1mm粒径的死猪生物质炭浸泡在磷酸溶液中10-20小时，死猪生物质炭与磷酸溶液的质量比为1：1-1：2，然后在400-600摄氏度加热2-3小时，所述磷酸溶液的质量百分比浓度为30-40%；将0.001-0.01mm粒径的死猪生物质炭在850-950℃，以1：1-1：3质量比的碳酸钠和碳酸钾为催化剂，水蒸气和烟道以4：7-1：3的体积比混合的氛围中活化。不同粒径分别采用不同的方式活化，使得死猪生物质炭更好地形成多孔结构，提高了孔隙率和比表面积和孔径的多样化，进而提高了吸附性能
所述死猪生物质炭是由50-100重量份的死猪、1-3重量份的含钾页岩、1-3重量份的氧化钙在厌氧条件下高温裂解而成。
所述发酵豆渣为向每千克豆渣中加入鸡粪50-60g，食物残渣10-30g、尿素1-3g，调整pH至6-7，加入生物菌剂，发酵5-7天得到的。发酵豆渣含有丰富的养分和微生物，与死猪生物质炭结合后，会深入到死猪生物质炭内部，持续不断的为土壤提供养分。
所述生物菌剂包括如下组分：胶质芽孢杆菌0.5-1.5亿cfu/g、侧孢芽孢杆菌1-3亿cfu/g、硅酸盐菌0.2-0.8亿cfu/g、嗜热脂肪芽孢杆菌0.5-1.5亿cfu/g、乳酸菌1-3亿cfu/g和酵母菌0.2-0.8亿cfu/g。本发明的生物菌剂通过采用上述组分并严格控制各组分的含量，能够使发酵豆渣充分发酵，利于后续促进植物的生长，加速对降解产物的吸收和对污染土壤的生物修复。
一种猪炭基土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤（1）：将死猪生物质炭与部分纳米二氧化钛在超声波条件下混合均匀；
步骤（2）：将发酵豆渣、草木灰和剩余二氧化钛混合均匀，堆放2-6小时；
步骤（3）：将步骤（1）和步骤（2）中得到的物质与甲壳素、钠基膨润土、木质素磺酸钠、风化煤混合均匀，得到猪炭基土壤调理剂。
步骤（1）中加入的纳米二氧化钛占纳米二氧化钛总质量的60-80%。
步骤（1）死猪生物质炭与纳米二氧化钛在超声波条件下混合，可以使部分纳米二氧化钛进入到死猪生物质炭的内部孔道中或者粘附于死猪生物质炭的表面，将纳米二氧化钛负载于生物质炭基上，其光催化氧化性能可将吸附于死猪生物质炭表面的有机污染物降解，而使死猪生物质炭的吸附活性得到再生，吸附土壤中有机污染物的能力得以延续和强化。步骤（3）中的纳米二氧化钛，可以及时发挥作用，将土壤中的有机污染物降解。
本发明的有益效果在于：本发明采用的死猪生物质炭是一种特殊的生物质炭，磷和钙含量较高，其表面官能团包括羟基、羟基等多种基团，具有更高的比表面积、pH值和灰分，本发明充分利用死猪生物质炭的特性，然后选取发酵豆渣、草木灰、甲壳素、钠基膨润土、木质素磺酸钠、纳米二氧化钛和风化煤与之配合，可有效提高土壤透气性、降低土壤容重、修复受污染土壤，促进土壤微生物活性、增强土壤保持肥水能力。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1。
一种猪炭基土壤调理剂，它由以下重量份的原料组成：
死猪生物质炭 50份
发酵豆渣 10份
草木灰 10份
甲壳素 1份
钠基膨润土 10份
木质素磺酸钠 5份
纳米二氧化钛 1份
风化煤 1份。
所述死猪生物质炭是将死猪在450摄氏度高温厌氧条件下裂解成死猪生物质炭；然后将死猪生物质炭研磨，得到两种不同粒径的死猪生物质炭；最后将两种不同粒径的死猪生物质炭分别进行活化处理得到的。
死猪生物质炭的粒径分为0.001mm和0.1mm两个级别，粒径为0.1mm死猪生物质炭的重量为粒径为0.001mm死猪生物质炭的重量的2倍。
将0.1mm粒径的死猪生物质炭浸泡在磷酸溶液中10小时，死猪生物质炭与磷酸溶液的质量比为1：1，然后在400摄氏度加热2小时，所述磷酸溶液的质量百分比浓度为30%；将0.001mm粒径的死猪生物质炭在850℃，以1：1质量比的碳酸钠和碳酸钾为催化剂，水蒸气和烟道以4：7的体积比混合的氛围中活化。
所述死猪生物质炭是由50重量份的死猪、1重量份的含钾页岩、1重量份的氧化钙在厌氧条件下高温裂解而成。
所述发酵豆渣为向每千克豆渣中加入鸡粪50g，食物残渣10g、尿素1g，调整pH至6，加入生物菌剂，发酵5-7天得到的。
所述生物菌剂包括如下组分：胶质芽孢杆菌0.5亿cfu/g、侧孢芽孢杆菌1亿cfu/g、硅酸盐菌0.2亿cfu/g、嗜热脂肪芽孢杆菌0.5亿cfu/g、乳酸菌1亿cfu/g和酵母菌0.2亿cfu/g。
一种猪炭基土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤（1）：将死猪生物质炭与部分纳米二氧化钛在超声波条件下混合均匀；
步骤（2）：将发酵豆渣、草木灰和剩余二氧化钛混合均匀，堆放2小时；
步骤（3）：将步骤（1）和步骤（2）中得到的物质与甲壳素、钠基膨润土、木质素磺酸钠、风化煤混合均匀，得到猪炭基土壤调理剂。
步骤（1）中加入的纳米二氧化钛占纳米二氧化钛总质量的60%。
实施例2。
一种猪炭基土壤调理剂，它由以下重量份的原料组成：
死猪生物质炭 70份
发酵豆渣 12份
草木灰 12份
甲壳素 3份
钠基膨润土 12份
木质素磺酸钠 8份
纳米二氧化钛 3份
风化煤 3份。
所述死猪生物质炭是将死猪在650摄氏度高温厌氧条件下裂解成死猪生物质炭；然后将死猪生物质炭研磨，得到两种不同粒径的死猪生物质炭；最后将两种不同粒径的死猪生物质炭分别进行活化处理得到的。
死猪生物质炭的粒径分为0.009和0.9mm两个级别，粒径为0.9mm死猪生物质炭的重量为粒径为0.009mm死猪生物质炭的重量的3倍。
将0.9mm粒径的死猪生物质炭浸泡在磷酸溶液中15小时，死猪生物质炭与磷酸溶液的质量比为1：2，然后在500摄氏度加热2小时，所述磷酸溶液的质量百分比浓度为35%；将0.009mm粒径的死猪生物质炭在900℃，以1：2质量比的碳酸钠和碳酸钾为催化剂，水蒸气和烟道以1：2的体积比混合的氛围中活化。
所述死猪生物质炭是由80重量份的死猪、2重量份的含钾页岩、2重量份的氧化钙在厌氧条件下高温裂解而成。
所述发酵豆渣为向每千克豆渣中加入鸡粪55g，食物残渣19g、尿素2g，调整pH至6，加入生物菌剂，发酵6天得到的。
所述生物菌剂包括如下组分：胶质芽孢杆菌1亿cfu/g、侧孢芽孢杆菌2亿cfu/g、硅酸盐菌0.5亿cfu/g、嗜热脂肪芽孢杆菌1.2亿cfu/g、乳酸菌2亿cfu/g和酵母菌0.5亿cfu/g。
一种猪炭基土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤（1）：将死猪生物质炭与部分纳米二氧化钛在超声波条件下混合均匀；
步骤（2）：将发酵豆渣、草木灰和剩余二氧化钛混合均匀，堆放5小时；
步骤（3）：将步骤（1）和步骤（2）中得到的物质与甲壳素、钠基膨润土、木质素磺酸钠、风化煤混合均匀，得到猪炭基土壤调理剂。
步骤（1）中加入的纳米二氧化钛占纳米二氧化钛总质量的70%。
实施例3。
一种猪炭基土壤调理剂，它由以下重量份的原料组成：
死猪生物质炭 100份
发酵豆渣 15份
草木灰 15份
甲壳素 5份
钠基膨润土 15份
木质素磺酸钠 10份
纳米二氧化钛 5份
风化煤 5份。
所述死猪生物质炭是将死猪在800摄氏度高温厌氧条件下裂解成死猪生物质炭；然后将死猪生物质炭研磨，得到两种不同粒径的死猪生物质炭；最后将两种不同粒径的死猪生物质炭分别进行活化处理得到的。
死猪生物质炭的粒径分为0.01mm和1mm两个级别，粒径为1mm死猪生物质炭的重量为粒径为0.01mm死猪生物质炭的重量的4倍。
将1mm粒径的死猪生物质炭浸泡在磷酸溶液中20小时，死猪生物质炭与磷酸溶液的质量比为1：2，然后在600摄氏度加热3小时，所述磷酸溶液的质量百分比浓度为40%；将0.01mm粒径的死猪生物质炭在950℃，以1：3质量比的碳酸钠和碳酸钾为催化剂，水蒸气和烟道以1：3的体积比混合的氛围中活化。
所述死猪生物质炭是由100重量份的死猪、3重量份的含钾页岩、3重量份的氧化钙在厌氧条件下高温裂解而成。
所述发酵豆渣为向每千克豆渣中加入鸡粪60g，食物残渣30g、尿素3g，调整pH至7，加入生物菌剂，发酵7天得到的。
所述生物菌剂包括如下组分：胶质芽孢杆菌1.5亿cfu/g、侧孢芽孢杆菌3亿cfu/g、硅酸盐菌0.8亿cfu/g、嗜热脂肪芽孢杆菌1.5亿cfu/g、乳酸菌3亿cfu/g和酵母菌0.8亿cfu/g。
一种猪炭基土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤（1）：将死猪生物质炭与部分纳米二氧化钛在超声波条件下混合均匀；
步骤（2）：将发酵豆渣、草木灰和剩余二氧化钛混合均匀，堆放6小时；
步骤（3）：将步骤（1）和步骤（2）中得到的物质与甲壳素、钠基膨润土、木质素磺酸钠、风化煤混合均匀，得到猪炭基土壤调理剂。
步骤（1）中加入的纳米二氧化钛占纳米二氧化钛总质量的80%。
实施例4。
一种猪炭基土壤调理剂，它由以下重量份的原料组成：
死猪生物质炭 100份
发酵豆渣 10份
草木灰 15份
甲壳素 5份
钠基膨润土 10份
木质素磺酸钠 5份
纳米二氧化钛 5份
风化煤 5份。
所述死猪生物质炭是将死猪在800摄氏度高温厌氧条件下裂解成死猪生物质炭；然后将死猪生物质炭研磨，得到两种不同粒径的死猪生物质炭；最后将两种不同粒径的死猪生物质炭分别进行活化处理得到的。
死猪生物质炭的粒径分为0.001mm和1mm两个级别，粒径为1mm死猪生物质炭的重量为粒径为0.001mm死猪生物质炭的重量的2-4倍。
将1mm粒径的死猪生物质炭浸泡在磷酸溶液中20小时，死猪生物质炭与磷酸溶液的质量比为1：2，然后在600摄氏度加热2小时，所述磷酸溶液的质量百分比浓度为40%；将0.001mm粒径的死猪生物质炭在950℃，以1：3质量比的碳酸钠和碳酸钾为催化剂，水蒸气和烟道以1：2的体积比混合的氛围中活化。
所述死猪生物质炭是由90重量份的死猪、3重量份的含钾页岩、3重量份的氧化钙在厌氧条件下高温裂解而成。
所述发酵豆渣为向每千克豆渣中加入鸡粪60g，食物残渣30g、尿素2g，调整pH至7，加入生物菌剂，发酵7天得到的。
所述生物菌剂包括如下组分：胶质芽孢杆菌1.5亿cfu/g、侧孢芽孢杆菌1亿cfu/g、硅酸盐菌0.2亿cfu/g、嗜热脂肪芽孢杆菌0.5亿cfu/g、乳酸菌1亿cfu/g和酵母菌0.8亿cfu/g。
一种猪炭基土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤（1）：将死猪生物质炭与部分纳米二氧化钛在超声波条件下混合均匀；
步骤（2）：将发酵豆渣、草木灰和剩余二氧化钛混合均匀，堆放3小时；
步骤（3）：将步骤（1）和步骤（2）中得到的物质与甲壳素、钠基膨润土、木质素磺酸钠、风化煤混合均匀，得到猪炭基土壤调理剂。
步骤（1）中加入的纳米二氧化钛占纳米二氧化钛总质量的70%。
本发明土壤调理剂的使用方法：可作为基肥或追肥，可以撒施、沟施或穴施，也可以与其他的肥料进行混合使用。亩用量：蔬菜、经济作物、果树等30-60kg；育苗按苗床面积的1%-5%施用。
本发明土壤调理剂可有效提高土壤透气性、降低土壤容重、修复受污染土壤，促进土壤微生物活性、增强土壤保持肥水能力进而提高提高农作物产量，改善农作物品质，提高作物的抗性。委托某农业公司就本发明实施例1-4的土壤调理剂进行试验，施加了该土壤调理剂的土壤用于种植对黄瓜、番茄。结果表明，使用本发明土壤调理剂，黄瓜可以增产25%，黄瓜中的蛋白含量、维生素的含量提高，硝酸盐的含量降低。番茄增产23%，番茄红素、还原糖、可溶性蛋白等的含量升高。使用此土壤调理剂进行了育苗试验，出苗率在97%，成活率在93%以上。试验还表明本发明的土壤调理剂具有很好的保水性，节约了大量的水资源。本发明的土壤调理剂还可以实现一次施肥后期不用追肥，肥效持久。
特别的，还将本发明实施例1-4的土壤调理剂用于重金属污染的土壤，使用本发明的土壤调理剂后，土壤中重金属镉、铅、铜、锌含量明显下降。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种猪炭基土壤调理剂，其特征在于：它由以下重量份的原料组成：
死猪生物质炭 50-100份
发酵豆渣 10-15份
草木灰 10-15份
甲壳素 1-5份
钠基膨润土 10-15份
木质素磺酸钠 5-10份
纳米二氧化钛 1-5份
风化煤 1-5份。
2.根据权利要求1所述的一种猪炭基土壤调理剂，其特征在于：所述死猪生物质炭是将死猪在400-800摄氏度高温厌氧条件下裂解成死猪生物质炭；然后将死猪生物质炭研磨，得到两种不同粒径的死猪生物质炭；最后将两种不同粒径的死猪生物质炭分别进行活化处理得到的。
3.根据权利要求1所述的一种猪炭基土壤调理剂，其特征在于：死猪生物质炭的粒径分为0.001-0.01mm和0.1-1mm两个级别，粒径为0.1-1mm死猪生物质炭的重量为粒径为0.001-0.01mm死猪生物质炭的重量的2-4倍。
4.根据权利要求3所述的一种猪炭基土壤调理剂，其特征在于：将0.1-1mm粒径的死猪生物质炭浸泡在磷酸溶液中10-20小时，死猪生物质炭与磷酸溶液的质量比为1：1-1：2，然后在400-600摄氏度加热2-3小时，所述磷酸溶液的质量百分比浓度为30-40%；将0.001-0.01mm粒径的死猪生物质炭在850-950℃，以1：1-1：3质量比的碳酸钠和碳酸钾为催化剂，水蒸气和烟道以4：7-1：3的体积比混合的氛围中活化。
5.根据权利要求1所述的一种猪炭基土壤调理剂，其特征在于：所述死猪生物质炭是由50-100重量份的死猪、1-3重量份的含钾页岩、1-3重量份的氧化钙在厌氧条件下高温裂解而成。
6.根据权利要求1所述的一种猪炭基土壤调理剂，其特征在于：所述发酵豆渣为向每千克豆渣中加入鸡粪50-60g，食物残渣10-30g、尿素1-3g，调整pH至6-7，加入生物菌剂，发酵5-7天得到的。
7.根据权利要求6所述的一种猪炭基土壤调理剂，其特征在于：所述生物菌剂包括如下组分：胶质芽孢杆菌0.5-1.5亿cfu/g、侧孢芽孢杆菌1-3亿cfu/g、硅酸盐菌0.2-0.8亿cfu/g、嗜热脂肪芽孢杆菌0.5-1.5亿cfu/g、乳酸菌1-3亿cfu/g和酵母菌0.2-0.8亿cfu/g。
8.如权利要求1-7任一项所述的一种猪炭基土壤调理剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤（1）：将死猪生物质炭与部分纳米二氧化钛在超声波条件下混合均匀；
步骤（2）：将发酵豆渣、草木灰和剩余二氧化钛混合均匀，堆放2-6小时；
步骤（3）：将步骤（1）和步骤（2）中得到的物质与甲壳素、钠基膨润土、木质素磺酸钠、风化煤混合均匀，得到猪炭基土壤调理剂。
9.根据权利要求8所述的一种猪炭基土壤调理剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中加入的纳米二氧化钛占纳米二氧化钛总质量的60-80%。
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