CN109438028A - 一种改性生物炭基肥及其制备方法和应用 - Google Patents

一种改性生物炭基肥及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN109438028A
CN109438028A CN201811288024.6A CN201811288024A CN109438028A CN 109438028 A CN109438028 A CN 109438028A CN 201811288024 A CN201811288024 A CN 201811288024A CN 109438028 A CN109438028 A CN 109438028A
Authority
CN
China
Prior art keywords
modification biological
base manure
biological charcoal
charcoal
parts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811288024.6A
Other languages
English (en)
Inventor
蔺中
甄珍
任磊
杨荣超
罗舒文
钟来元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong Ocean University
Original Assignee
Guangdong Ocean University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong Ocean University filed Critical Guangdong Ocean University
Priority to CN201811288024.6A priority Critical patent/CN109438028A/zh
Publication of CN109438028A publication Critical patent/CN109438028A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G3/00—Mixtures of one or more fertilisers with additives not having a specially fertilising activity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05B—PHOSPHATIC FERTILISERS
    • C05B13/00—Fertilisers produced by pyrogenic processes from phosphatic materials
    • C05B13/02—Fertilisers produced by pyrogenic processes from phosphatic materials from rock phosphates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05D—INORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C; FERTILISERS PRODUCING CARBON DIOXIDE
    • C05D9/00—Other inorganic fertilisers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G3/00—Mixtures of one or more fertilisers with additives not having a specially fertilising activity
    • C05G3/80—Soil conditioners

Abstract

本发明公开了一种改性生物炭基肥及其制备方法和应用。该改性生物炭基肥，以重量份计，包括以下组分：改性生物炭82～86份、石灰1.5～2.0份、腐殖酸8～10份、牡蛎壳粉2～3.5份、生物淀粉1.2～1.4份、尿素0.22～0.3份、钙镁磷肥0.74～0.89份、硫酸钾0.1～0.12份、硫酸锌0.01～0.02份。本发明的改性生物炭基肥的粒径小，比表面积大，有丰富的微孔结构，能够将营养离子吸附在其微孔内，使营养离子缓慢释放，解决水体富营养化等环境问题；还可作为土壤调理剂，改良土壤酸化，提高土壤透气性。另外，该改性生物炭基肥以干动物粪便为原材料，变废为宝，其制备方法简单，生产周期短，成本低廉，工艺先进，产品附加值高，可大规模化生产和应用。

Description

一种改性生物炭基肥及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于肥料制备领域，更具体地，涉及一种改性生物炭基肥及其制备方法和应用。
背景技术
水稻是世界上最主要和悠久的稻属，其所结稻谷碾去米糠层即为大米。中国是水稻生产大国，近一半人口都以大米为食。我国水稻种植多集中在南方，即长江中下游、西南、华南三大稻区。其中，华南稻田普遍存在“酸度过强、有机质少、熟化度低、砂多粘少”等诸多限制因素，低产水稻田约占三分之一，严重制约了整个华南地区水稻增产潜力。为了提高稻谷产量，种植户通常会增加化肥的施用量。但不合理的化肥使用不但不能提高作物产量，反而会增加成本，造成资源大量浪费，产生严重的环境污染，如土壤有机质含量下降，土壤团粒结构破坏，蓄水保肥力下降，水体富营养化等，不利于农业可持续发展。
随着国家对新型环保肥料的支持，以生物炭为基质的各种专用性肥料受到广泛关注。生物炭是植物或畜禽粪便等生物质原料在缺氧或绝氧环境中，通过热化学转换而成的一种固态富碳物质，是一种无公害、无污染的环保有机肥。以生物炭作为肥料基质，通过合理的养分配比，制备出既能满足特定作物生长所需各类养分，又能改善不良土壤条件的产品是当前肥料开发的研究重点。
华南地区水稻施肥方式大多是根据经验单一施肥或几种肥料配施，这种不合理的施肥模式在施肥用量和水稻养分需求方面把控严重不足，施肥量过少会导致稻谷产量降低，过量则造成环境污染。加之，华南地区稻田存在的土壤酸性过强、肥料流失严重等限制因素，常规的肥料已不能满足人们现实的需求。因此，开发一种改性生物炭基肥，以大幅度提高华南地区土壤的肥力水平、产量与综合效益，创造有利于高产、稳产的“红色沃土”具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷和不足，提供一种改性生物炭基肥。该改性生物炭基肥作为基肥施用，既可减少酸性土壤肥料养分流失，持续不断地为作物生长提供各种养分，又可提高土壤pH值，增加土壤透气性，改善土壤板结等问题，为作物提供良好的生长环境。
本发明的另一目的是提供上述改性生物炭基肥的制备方法。
本发明的再一目的是提供上述改性生物炭基肥的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种改性生物炭的制备方法，包括以下步骤：
S1.将动物粪便粉末在隔氧条件下于250～650℃热解碳化2～3h，升温速率为10～20℃/min，研磨过筛，滤洗，烘干，得到生物碳初品；
S2.向生物碳初品中加入改性剂，冲洗，烘干，即可得到所述改性生物碳；其中，所述改性剂为FeCl3、NaOH或HNO3。
优选地，制备步骤S1所述动物粪便粉末的具体步骤为：将干动物粪便先用水浸渍3次，去除表面杂质及石块，然后在水中浸泡2h，置于电热鼓风干燥箱烘干3～4h，烘干温度为105℃，研磨过20目筛。
优选地，步骤S1所述热解碳化的温度为350℃。
优选地，步骤S1所述热解碳化的时间为2.5h。
优选地，步骤S1所述升温速率为15℃/min。
优选地，步骤S1所述研磨过筛为用60目的筛网进行过筛。
优选地，步骤S1所述隔氧条件为：通入保护气体。
优选地，所述保护气体为氮气。
通入氮气作为保护气，不仅可以减少粪便的碳化时间，还可以隔绝氧气以防止过度碳化，灰分过大。
优选地，步骤S2中，所述改性剂的浓度为4～12mol/L。
更优选地，步骤S2中，所述改性剂的浓度为8mol/L。
优选地，步骤S2中，所述改性剂为HNO3。
优选地，步骤S2中，所述生物炭初品与所述改性剂的固液比为1：8～12。
更优选地，步骤S2中，所述生物炭初品与所述改性剂的固液比为1：10。
优选地，步骤S1所述动物粪便粉末为羊粪粉末、牛粪粉末或蚓粪粉末。
更优选地，步骤S1所述动物粪便粉末为羊粪粉末。
优选地，步骤S1～S2所述烘干的温度为105℃。
优选地，步骤S1～S2所述烘干的时间为3～4h。
更优选地，步骤S1～S2所述烘干的时间为3.5h。
所述改性生物炭的制备方法所制备得到的改性生物炭，也应在本发明的保护范围之内。
另外，本发明提供了一种改性生物炭基肥，包含所述的改性生物炭。
优选地，所述改性生物炭基肥的pH为7.5～8.0。
优选地，所述改性生物炭基肥的有机质含量≥70％。
优选地，所述改性生物炭基肥的含水量≤30％。
优选地，所述的改性生物炭基肥，包括以下组分：所述改性生物炭、石灰、腐殖酸、牡蛎壳粉、生物淀粉、尿素、钙镁磷肥、硫酸钾、硫酸锌。
该改性生物炭基肥在改性生物炭中加入氮钙镁磷钾锌混合水溶液，能够将氮、钙、镁、磷、钾、锌等作物所需的营养离子吸附在改性生物炭的微孔内，再通过生物淀粉和牡蛎壳粉的包裹，使营养离子缓慢释放，避免养分快速释放，解决大量养分离子流失而导致的水体富营养化等环境问题。
优选地，所述的改性生物炭基肥，以重量份计，包括以下组分：所述改性生物炭82～86份、石灰1.5～2.0份、腐殖酸8～10份、牡蛎壳粉2～3.5份、生物淀粉1.2～1.4份、尿素0.22～0.3份、钙镁磷肥0.74～0.89份、硫酸钾0.1～0.12份、硫酸锌0.01～0.02份。
更优选地，所述的改性生物炭基肥，以重量份计，包括以下组分：改性生物炭82份、石灰2.0份、腐殖酸10份、牡蛎壳粉3.5份、生物淀粉1.4份、尿素0.22份、钙镁磷肥0.74份、硫酸钾0.12份、硫酸锌0.02份。
优选地，所述的改性生物炭基肥，其制备方法为：向所述改性生物炭中加入石灰、腐殖酸、以及复合肥溶液，搅拌混合均匀后，加入生物淀粉和牡蛎壳粉，搅拌并烘干，即可得到所述改性生物炭基肥；其中，所述复合肥溶液包括氮肥、钙镁磷肥、钾离子溶液和锌离子溶液。
优选地，所述氮肥为尿素。
优选地，所述钾离子溶液为硫酸钾、硝酸钾、磷酸二氢钾。
更优选地，所述钾离子溶液为硫酸钾。
优选地，所述锌离子溶液为硫酸锌、氯化锌、碳酸锌。
更优选地，所述锌离子溶液为硫酸锌。
更优选地，所述复合肥溶液包括40～60mg/L的尿素、40～60mg/L的钙镁磷肥、40～60mg/L的硫酸钾溶液和40～60mg/L的硫酸锌溶液。
当复合肥溶液中的尿素、钙镁磷肥、硫酸钾溶液和硫酸锌溶液的养分离子浓度均小于40mg/L时，养分离子不能充分吸附到改性生物碳中；当养分离子浓度均大于60mg/L时，按照配比配置的复合肥溶液中总的养分离子吸附性能直线降低。
优选地，所述生物淀粉和牡蛎壳粉的比例为1：1.5～2.5。
更优选地，所述生物淀粉和牡蛎壳粉的比例为1：1.7。
生物淀粉和牡蛎壳粉按比例混合，可有效将营养离子包裹在生物炭内，使营养离子缓慢释放，解决大量养分离子快速释放和流失而导致的水体富营养化等环境问题。
优选地，所述生物淀粉为玉米粉、马铃薯粉或木薯粉。
更优选地，所述生物淀粉为玉米粉。
优选地，所述烘干的温度为105℃。
优选地，所述烘干的时间为3～4h。
更优选地，所述烘干的时间为3.5h。
另外，本发明所述的改性生物炭基肥在改善酸性土壤性质和/或提高酸性土壤肥力水平中的应用，也应在本发明的保护范围之内。
所述酸性土壤的pH为4.8～6.5。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的改性生物炭呈疏松多孔结构，其比表面积、总孔容、微孔比表面积和微孔孔容显著提高，大幅提升了生物炭的吸附性能，显著改善了生物炭的结构性质；该改性生物炭添加肥料元素后的改性生物炭基肥，氮、磷和钾的元素占总量百分比显著上升。
(2)本发明的改性生物炭基肥的粒径小，比表面积大，有丰富的微孔结构，微孔结构突出，能够将氮、钙、镁、磷、钾、锌等作物所需的营养离子吸附在其微孔内，再通过生物淀粉和牡蛎壳粉包裹，使营养离子缓慢释放，解决大量养分离子流失而导致的水体富营养化等环境问题。
(3)另一方面，该改性生物炭基肥还可以作为土壤调理剂，改善酸性土壤性质，提高土壤透气性，增强土壤肥水渗透力，提高酸性土壤肥力水平，具有显著的“保水、增肥、透气、改土”四大土壤调理性能。
(4)另外，该改性生物炭基肥以动物粪便粉末为原材料，对其进行资源化利用，变废为宝，使得动物粪便得到了有效处理，减少了对周边环境的污染；且该改性生物炭基肥的制备方法简单，生产周期短，成本低廉，工艺先进，产品附加值高，可规模化生产，符合当代农业废物资源化利用产业的发展趋势。
附图说明
图1是不同热解碳化温度下改性生物炭基肥的产率。
图2是不同热解碳化温度下改性生物炭基肥的灰分。
图3是不同热解碳化温度下改性生物炭基肥的pH。
图4是未改性的生物炭的扫描电子显微镜(SEM)图。
图5是FeCl3改性生物炭的扫描电子显微镜(SEM)图。
图6是NaOH改性生物炭的扫描电子显微镜(SEM)图。
图7是HNO3改性生物炭的扫描电子显微镜(SEM)图。
图8是4mol/LHNO3改性的生物炭的扫描电子显微镜(SEM)图。
图9是8mol/LHNO3改性的生物炭的扫描电子显微镜(SEM)图。
图10是12mol/LHNO3改性的生物炭的扫描电子显微镜(SEM)图。
图11是未改性的生物炭基肥的采样点。
图12是未改性的生物炭基肥的元素组成图。
图13是HNO3改性的生物炭基肥的采样点。
图14图是HNO3改性的生物炭基肥的元素组成图。
图15是未改性的生物炭基肥和改性生物炭基肥的红外光谱对比图。
图16是改性生物炭基肥的不同施用量对土壤有机质含量的影响。
图17是改性生物炭基肥的不同施用量对土壤碱解氮含量的影响。
图18是改性生物炭基肥的不同施用量对土壤速效磷含量的影响。
图19是改性生物炭基肥的不同施用量对土壤速效钾含量的影响。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1改性生物炭的制备
一种改性生物炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)将干羊粪先用水浸渍3次，去除表面杂质及石块，然后在水中浸泡2h，置于电热鼓风干燥箱烘干3.5h，烘干温度为105℃，研磨过20目筛；
(2)将步骤(1)得到的羊粪粉末在隔氧条件(通入氮气)下，于350℃热解碳化2.5h，升温速率为15℃/min，研磨，用60目的筛网进行过筛，滤洗，置于电热鼓风干燥箱烘干3.5h，烘干温度为105℃，得到生物碳初品；
(2)向生物碳初品中加入浓度为8mol/L的HNO3，生物炭初品与HNO3的固液比为1：10，冲洗，置于电热鼓风干燥箱烘干3.5h，烘干温度为105℃，即可得到所述改性生物碳。
实施例2改性生物炭的制备
一种改性生物炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)将干羊粪先用水浸渍3次，去除表面杂质及石块，然后在水中浸泡2h，置于电热鼓风干燥箱烘干3.5h，烘干温度为105℃，研磨过20目筛；
(2)将羊粪粉末在隔氧条件(通入氮气)下，于250℃热解碳化2h，升温速率为10℃/min，研磨，用60目的筛网进行过筛，滤洗，置于电热鼓风干燥箱烘干3.5h，烘干温度为105℃，得到生物碳初品；
(3)向生物碳初品中加入浓度为4mol/L的HNO3，生物炭初品与HNO3的固液比为1：10，冲洗，置于电热鼓风干燥箱烘干3.5h，烘干温度为105℃，即可得到所述改性生物碳。
实施例3改性生物炭的制备
一种改性生物炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)将干羊粪先用水浸渍3次，去除表面杂质及石块，然后在水中浸泡2h，置于电热鼓风干燥箱烘干3.5h，烘干温度为105℃，研磨过20目筛；
(2)将羊粪粉末在隔氧条件(通入氮气)下。于650℃热解碳化3h，升温速率为20℃/min，研磨，用60目的筛网进行过筛，滤洗，置于电热鼓风干燥箱烘干3.5h，烘干温度为105℃，得到生物碳初品；
(3)向生物碳初品中加入浓度为12mol/L的HNO3，生物炭初品与HNO3的固液比为1：10，冲洗，置于电热鼓风干燥箱烘干3.5h，烘干温度为105℃，即可得到所述改性生物碳。
实施例4一种华南稻田专用改性生物炭基肥
一种华南稻田专用改性生物炭基肥，以重量份计，包括以下组分：实施例1～3任一制备得到的改性生物炭82份、石灰2.0份、腐殖酸10份、牡蛎壳粉3.5份、生物淀粉1.4份、尿素0.22份、钙镁磷肥0.74份、硫酸钾0.12份、硫酸锌0.02份。
该改性生物炭基肥的pH为7.5～8.0；有机质含量≥70％；含水量≤30％。
实施例5一种华南稻田专用改性生物炭基肥
一种华南稻田专用改性生物炭基肥，以重量份计，包括以下组分：实施例1～3任一制备得到的改性生物炭86份、石灰1.5份、腐殖酸8份、牡蛎壳粉2份、生物淀粉1.2份、尿素0.3份、钙镁磷肥0.89份、硫酸钾0.1份、硫酸锌0.01份。
该改性生物炭基肥的pH为7.5～8.0；有机质含量≥70％；含水量≤30％。
实施例6改性生物炭基肥的制备
一种改性生物炭基肥，其制备方法为：向实施例1～3任一制备得到的改性生物炭中加入石灰、腐殖酸、以及复合肥溶液，搅拌混合均匀后，加入玉米粉和牡蛎壳粉，玉米粉和牡蛎壳粉的比例为1：1.7，搅拌均匀，105℃烘干3.5h，即可得到所述改性生物炭基肥；其中，复合肥溶液包括50mg/L尿素、50mg/L钙镁磷肥、50mg/L硫酸钾和50mg/L硫酸锌溶液。
该改性生物炭基肥的pH为7.5～8.0；有机质含量≥70％；含水量≤30％。
实施例7改性生物炭基肥的制备
一种改性生物炭基肥，其制备方法为：向实施例1～3任一制备得到的改性生物炭中加入石灰、腐殖酸、以及复合肥溶液，搅拌混合均匀后，加入马铃薯粉和牡蛎壳粉，马铃薯粉和牡蛎壳粉的比例为1：1.5，搅拌均匀，105℃烘干3.5h，即可得到所述改性生物炭基肥；其中，复合肥溶液包括40mg/L尿素、40mg/L钙镁磷肥、40mg/L硫酸钾和40mg/L硫酸锌溶液。
该改性生物炭基肥的pH为7.5～8.0；有机质含量≥70％；含水量≤30％。
实施例8改性生物炭基肥的制备
一种改性生物炭基肥，其制备方法为：向实施例1～3制备得到的改性生物炭中加入石灰、腐殖酸、以及复合肥溶液，搅拌混合均匀后，加入木薯粉和牡蛎壳粉，木薯粉和牡蛎壳粉的比例为1：2.5，搅拌均匀，105℃烘干3.5h，即可得到所述改性生物炭基肥；其中，复合肥溶液包括60mg/L尿素、60mg/L钙镁磷肥、60mg/L硫酸钾和60mg/L硫酸锌溶液。
该改性生物炭基肥的pH为7.5～8.0；有机质含量≥70％；含水量≤30％。
实施例9改性生物炭制备条件的优化
1、热解碳化温度的优化
(1)热解碳化温度的优化实验
改性生物炭的产率可反映动物粪便在不同热解碳化温度下，制备改性生物炭的效率，应用到工业生产工艺时，产率越高，经济效益越大。
本实施例中，分别选用羊粪、牛粪或蚓粪3种动物粪便，设置动物粪便的热解碳化温度分别为250℃、350℃、450℃、550℃、650℃，制备改性生物炭，以研究热解碳化温度与改性生物炭的产率的关系。
(2)试验结果
其结果如图1～3所示，结果表明，3种动物粪便制备得到的改性生物炭在350℃时，各项指标相对为最优，产率为56.62～63.44％，pH为7.11～7.55；热解碳化过程中，温度越高，虽改性生物炭的pH变高，但灰分急剧上升，产量显著降低。由此可知，热解碳化温度太低，动物粪便中的生物质碳化不完全；热解碳化温度太高，生物质中的有机物及挥发分越易转化为二氧化碳、水蒸气等气体，因而质量损失也越大。
因此，为了得到较高产率的中偏碱性改性生物炭，选择动物粪便粉末的最佳热解碳化温度为350℃，并选用pH最高、产率最好的羊粪作为制备改性生物炭的原料。
2、生物炭改性剂的选择
(1)生物炭改性剂的选择实验
选用市面上常规的3种改性剂FeCl3、NaOH和HNO3对生物炭进行改性，利用扫描电子显微镜(SEM)观察未改性的生物炭和改性生物炭样品表面的形貌差异。使用比表面积/孔隙度分析仪，确定未改性的生物炭和改性生物炭的比表面积和孔径分布差异。
(2)实验结果
未改性的生物炭和3种改性剂改性生物炭表面的形貌差异分别如图4～7所示，结果表明，未改性的生物炭为不规则的块状结构，微粒表面较粗糙，几乎没有孔隙；而改性生物炭，尤其是HNO3改性生物炭在改性过程中因有机质的分解，形成了芳香性碳结构，而在结构上留下孔洞，使生物炭变得疏松多孔。因此，改性生物炭表面比较平滑，表面分布着大量的大小不一的孔隙和通道，改性生物炭的表面构造和内层较未改性的生物炭也变得更为明显，使生物炭在吸附反应时可以提供更多的活性位点，吸附的性能也变得越好，更有利于引入新的功能团。
未改性的生物炭和改性生物炭的比表面积和孔径分布差异如表1所示，结果表明，改性生物炭比表面积、总孔容、微孔比表面积和微孔孔容较未改性的生物炭均有提高，尤其是HNO3改性生物炭的比表面积、总孔容、微孔比表面积和微孔孔容提高将近两倍。这说明改性过程中，微孔数量增加，使微孔分布比率增加，平均孔径减少，微孔孔容增加，这大幅提升了生物炭的吸附性能，显著改善了生物炭的结构性质。因此，我们选择HNO3作为改性剂对生物炭进行改性。
表1未改性的生物炭和改性生物炭的比表面积和孔径分布差异
3、生物炭改性剂浓度的优化
(1)生物炭改性剂浓度的优化实验
以HNO3作为改性剂，选用4mol/L、8mol/L和12mol/L浓度的HNO3对生物炭进行改性，生物炭与HNO3的固液比为1：10，探寻最优的改性剂浓度。利用扫描电子显微镜(SEM)观察未改性的生物炭和改性生物炭样品表面的形貌差异。使用比表面积/孔隙度分析仪确定未改性的生物炭和改性生物炭样品的比表面积和孔径分布差异。
(2)实验结果
未改性的生物炭和不同浓度的HNO3改性生物炭样品表面的形貌差异结果如图8～10所示，结果表明，8mol/L浓度的HNO3改性生物炭结构更疏松多孔，内层改变最为明显。未改性的生物炭和改性生物炭样品的比表面积和孔径分布差异如表2所示，表明8mol/L浓度的HNO3改性生物炭相应的比表面积、总孔容、微孔比表面积和微孔孔容提高最为明显。
表2不同浓度HNO3改性生物炭的比表面积和孔径分布差异
实施例10HNO3改性生物炭基肥的元素组成和官能团差异分析
(1)将石灰和腐殖酸倒入8mol/L HNO3改性生物炭中混合后，置于搅拌器中，边搅拌边用尿素、钙镁磷肥、硫酸钾、硫酸锌配置的混合水溶液混合均匀，烘干。利用能谱仪观察未改性的生物炭基肥和改性生物炭基肥的元素组成分布和差异。运用FT-IR红外光谱仪测试表面官能团的振动，明确改性前后附着在生物炭基肥表面的官能团的类型差异。
(2)未改性的生物炭基肥和HNO3改性的生物炭基肥的采样点和元素组成分布结果如图11～14和表3所示，结果显示，改性生物炭添加肥料元素后，N、P和K的元素占总量百分比显著上升。未改性的生物炭基肥和HNO3改性的生物炭基肥官能团的类型差异的红外光谱对比结果如图15所示，结果显示，改性生物炭基肥在3400cm-1、2361cm-1、1771cm-1、1609cm-1、1429cm-1、1094cm-1、1034cm-1处的吸收峰显著增强，不同键区，官能团的叁键不同。例如，3400cm-1处出现一个宽而强的吸收峰，因为羟基是强极性基团，所以羟基化合物缔合现象非常显著，是大量酚羟基或醇羟基和少量胺基的伸缩振动吸收峰；2361cm-1属于叁键和累积双键区，叁键和累积双键的化合物遇见的机会较少，推断其含有-C≡N或-N≡N或-C≡C或-C＝C＝C-伸缩振动；1771cm-1属于-C＝O基伸缩振动，含有-C＝O基的化合物包括酮类、醛类、酸类、酯类和酸酐等，改性生物炭基肥在此处有峰谱出现，可推断为酸类的-C＝O基；在1609cm-1处为芳香化合物C＝C、-C＝O、烯烃中C＝C伸缩振动；1429cm-1为芳香化合物的C＝C伸缩振动、芳环CH2的面内弯曲振动；1094cm-1、1034cm-1为芳氢面内的弯曲振动或醇-C-O的伸缩振动。
因此，最终得出8mol/L浓度的HNO3改性的生物炭基肥的芳香化程度增加，共轭双键增多，吸附力和稳定性增强。
表3未改性的生物炭基肥和改性生物炭基肥的主要元素组成百分比
实施例11改性生物炭基肥的不同施用量对土壤肥力和水稻产量的影响
(1)大田模拟实验
将实施例6所制备得到的改性生物炭基肥作为试验肥料，考察改性生物炭基肥的不同施用量对土壤肥力和水稻产量的影响。
选用广东省湛江市广东海洋大学的试验田进行大田模拟试验，土壤类型为花岗岩母质上发育的砖红壤，土壤有机质为22.83mg/kg，碱解氮为104mg/kg，速效磷为13.2mg/kg，速效钾为113mg/kg。实验划分1m×1m共12个小区域，设置4个处理：不施肥(CK)、施用2kg(T1)、施用4kg(T2)和施用6kg(T3)，各重复3次，分别在水稻播种期、分蘖期、抽穗期和成熟期检测土壤的有机质、碱解氮、速效磷和速效钾养分含量。实验结束时，研究以上4个不同处理下的水稻产量。
(2)实验结果
图16～19是改性生物炭基肥的不同施用量对土壤肥力的影响，表4是改性生物炭基肥的不同施用量对水稻产量的影响。由图16～19和表4结果可以看出，施用改性生物炭基肥可显著提升土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量，在水稻生长整个周期中，不同处理的土壤中的有机质含量均无显著变化，但碱解氮、速效磷和速效钾含量下降明显；当施用超过4kg(T2)生物炭基肥时，整个水稻生长期中，土壤中的碱解氮、速效磷和速效钾养分供应充足，始终维持在土壤原含有碱解氮、速效磷和速效钾水平之上，且水稻的穗数、每穗实粒数、千粒重和产量也达到最高。
因此，当施用4kg改性生物炭基肥时的效果最好，即施用2.5吨/亩改性生物炭基肥时，可提高华南稻田(土壤容重1.2～1.4g/cm)耕作层土壤(厚度0～20cm)的有机质含量在1.0％左右，且在水稻的整个生长期中，维持土壤中的氮、磷和钾养分供应充足。
表4改性生物炭基肥的不同施用量对水稻产量的影响
以上具体实施方式为便于理解本发明而说明的较佳实施例，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种改性生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 将动物粪便粉末在隔氧条件下于250～650℃热解碳化2～3 h，升温速率为10～20℃/min，研磨过筛，滤洗，烘干，得到生物碳初品；
S2. 向生物碳初品中加入改性剂，冲洗，烘干，即可得到所述改性生物碳；其中，所述改性剂为FeCl3、NaOH或HNO3。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述改性剂的浓度为4～12mol/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述改性剂为HNO3。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述生物炭初品与所述改性剂的固液比为1：8～12。
5.权利要求1～4任一所述的方法所制备得到的改性生物炭。
6.一种改性生物炭基肥，其特征在于，包含权利要求5所述的改性生物炭。
7.根据权利要求6所述的改性生物炭基肥，其特征在于，包括以下组分：所述改性生物炭、石灰、腐殖酸、牡蛎壳粉、生物淀粉、尿素、钙镁磷肥、硫酸钾、硫酸锌。
8.根据权利要求6所述的改性生物炭基肥，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：所述改性生物炭82～86份、石灰1.5～2.0份、腐殖酸8～10份、牡蛎壳粉2～3.5份、生物淀粉1.2～1.4份、尿素0.22～0.3份、钙镁磷肥0.74～0.89份、硫酸钾0.1～0.12份、硫酸锌0.01～0.02份。
9.根据权利要求8所述的改性生物炭基肥，其特征在于，其制备方法为：向所述改性生物炭中加入石灰、腐殖酸、以及复合肥溶液，搅拌混合均匀后，加入生物淀粉和牡蛎壳粉，搅拌并烘干，即可得到所述改性生物炭基肥；其中，所述复合肥溶液包括氮肥、钙镁磷肥、钾离子溶液和锌离子溶液。
10.权利要求6～9任一所述的改性生物炭基肥在改善酸性土壤性质和/或提高酸性土壤肥力水平中的应用。
CN201811288024.6A 2018-10-31 2018-10-31 一种改性生物炭基肥及其制备方法和应用 Pending CN109438028A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811288024.6A CN109438028A (zh) 2018-10-31 2018-10-31 一种改性生物炭基肥及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811288024.6A CN109438028A (zh) 2018-10-31 2018-10-31 一种改性生物炭基肥及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109438028A true CN109438028A (zh) 2019-03-08

Family

ID=65550099

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811288024.6A Pending CN109438028A (zh) 2018-10-31 2018-10-31 一种改性生物炭基肥及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109438028A (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110683895A (zh) * 2019-10-11 2020-01-14 天津大学 一种基于水热炭肥的养分控释方法
CN111138232A (zh) * 2020-01-04 2020-05-12 南京千亩休闲农业发展有限公司 一种樱桃种植地专用土壤改良材料及其制备方法
CN112409094A (zh) * 2020-11-27 2021-02-26 重庆大学 一种人粪水热炭基包膜尿素肥及其制备方法
CN112759475A (zh) * 2021-03-05 2021-05-07 湖南华田盛德生物科技有限公司 一种基于腐殖酸的环保缓释型复混肥料及其制备方法
CN112772318A (zh) * 2019-11-10 2021-05-11 湖南金泰米业有限公司 一种水稻育苗方法
CN113349017A (zh) * 2021-06-22 2021-09-07 武汉泾渭环境科技有限公司 一种基于固废综合利用的基质土及其制备方法
US11124461B2 (en) 2019-07-04 2021-09-21 Incitec Pivot Limited Fertilizer
CN113800982A (zh) * 2021-11-04 2021-12-17 施可丰化工股份有限公司 一种玻璃轻石碱性肥料及其制备方法
CN114702351A (zh) * 2022-04-18 2022-07-05 香港科技大学 一种改性生物炭及其制备方法与应用
CN115466152A (zh) * 2022-09-14 2022-12-13 江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所 一种缓解土壤酸化的土壤改良剂及其制备方法与使用方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3406100B2 (ja) * 1993-12-21 2003-05-12 日清製粉株式会社 有機質肥料およびその製造方法
CN104446750A (zh) * 2014-11-06 2015-03-25 浙江省农业科学院 一种杨梅炭基专用肥
CN106083331A (zh) * 2016-06-14 2016-11-09 华南农业大学 一种能减少堆肥有害气体排放的改性生物炭制备和使用方法
CN106903151A (zh) * 2017-03-31 2017-06-30 湖南大学 利用秸秆实现堆肥化修复污染土壤的方法
CN107162787A (zh) * 2017-06-29 2017-09-15 太仓东浔生物科技有限公司 一种高吸附性高肥效生物炭肥
CN107540460A (zh) * 2017-10-19 2018-01-05 张永华 一种用于土壤治理的复合生物肥的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3406100B2 (ja) * 1993-12-21 2003-05-12 日清製粉株式会社 有機質肥料およびその製造方法
CN104446750A (zh) * 2014-11-06 2015-03-25 浙江省农业科学院 一种杨梅炭基专用肥
CN106083331A (zh) * 2016-06-14 2016-11-09 华南农业大学 一种能减少堆肥有害气体排放的改性生物炭制备和使用方法
CN106903151A (zh) * 2017-03-31 2017-06-30 湖南大学 利用秸秆实现堆肥化修复污染土壤的方法
CN107162787A (zh) * 2017-06-29 2017-09-15 太仓东浔生物科技有限公司 一种高吸附性高肥效生物炭肥
CN107540460A (zh) * 2017-10-19 2018-01-05 张永华 一种用于土壤治理的复合生物肥的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
柳开楼等: "不同改良剂材料对双季稻田砷污染阻控的影响", 《生态与农村环境学报》 *
涂仕华等: "《面向未来的土壤科学 上中下》", 31 August 2012, 电子科技大学出版社 *
陈昆柏等: "《农业固体废物处理与处置》", 30 November 2016, 河南科学技术出版社 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11124461B2 (en) 2019-07-04 2021-09-21 Incitec Pivot Limited Fertilizer
US11691929B2 (en) 2019-07-04 2023-07-04 Incitec Fertilizers Pty Limited Fertiliser
CN110683895A (zh) * 2019-10-11 2020-01-14 天津大学 一种基于水热炭肥的养分控释方法
CN112772318A (zh) * 2019-11-10 2021-05-11 湖南金泰米业有限公司 一种水稻育苗方法
CN111138232A (zh) * 2020-01-04 2020-05-12 南京千亩休闲农业发展有限公司 一种樱桃种植地专用土壤改良材料及其制备方法
CN112409094A (zh) * 2020-11-27 2021-02-26 重庆大学 一种人粪水热炭基包膜尿素肥及其制备方法
CN112409094B (zh) * 2020-11-27 2022-04-15 重庆大学 一种人粪水热炭基包膜尿素肥及其制备方法
CN112759475A (zh) * 2021-03-05 2021-05-07 湖南华田盛德生物科技有限公司 一种基于腐殖酸的环保缓释型复混肥料及其制备方法
CN113349017A (zh) * 2021-06-22 2021-09-07 武汉泾渭环境科技有限公司 一种基于固废综合利用的基质土及其制备方法
CN113800982A (zh) * 2021-11-04 2021-12-17 施可丰化工股份有限公司 一种玻璃轻石碱性肥料及其制备方法
CN114702351A (zh) * 2022-04-18 2022-07-05 香港科技大学 一种改性生物炭及其制备方法与应用
CN115466152A (zh) * 2022-09-14 2022-12-13 江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所 一种缓解土壤酸化的土壤改良剂及其制备方法与使用方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109438028A (zh) 一种改性生物炭基肥及其制备方法和应用
Guo et al. Humic substances developed during organic waste composting: Formation mechanisms, structural properties, and agronomic functions
Zhang et al. Effects of earthworm casts and zeolite on the two-stage composting of green waste
Zhang et al. Changes in physical, chemical, and microbiological properties during the two-stage co-composting of green waste with spent mushroom compost and biochar
Li et al. Effects of recyclable ceramsite as the porous bulking agent during the continuous thermophilic composting of dairy manure
CN109012589B (zh) 一种选择性吸附Cr(VI)的尿素改性生物炭及其制备方法和应用方法
CN104030862B (zh) 一种抑制氮肥淋失的牛粪生物炭制备方法
CN108840766A (zh) 一种盐碱土壤改良剂及其制备方法
CN105618007B (zh) 一种复合凝胶协同生物治理市政污泥及资源化利用工艺
CN107285951A (zh) 一种全量营养碳基土壤修复肥料及生产方法
CN108840775A (zh) 一种有机农业生物炭基肥料及其制备方法
CN109400381A (zh) 一种改善土壤的配方
CN105016864A (zh) 一种水稻专用有机无机复混肥料及其制备方法
CN109825306A (zh) 一种矿物质土壤修复剂及其制备方法
CN109485481A (zh) 一种有机生物炭基肥及其制备方法和应用
CN106673896A (zh) 一种荷叶炭基肥料及其制备方法
Lu et al. Addition of oyster shell to enhance organic matter degradation and nitrogen conservation during anaerobic digestate composting
CN105925270B (zh) 一种改善盐碱地肥力的土壤改良剂及其应用
CN107935640B (zh) 一种加快猪粪堆肥腐熟的添加剂及其制备方法和应用
CN111994908B (zh) 一种消减土壤氮磷的生物质炭制备方法
CN106430873A (zh) 一种高效复合型底质改良剂及制备方法
Rao et al. A comprehensive review on the decentralized composting systems for household biodegradable waste management
CN109250769A (zh) 一种畜禽养殖专用的污水处理剂及其制备方法
CN111925240A (zh) 一种畜禽粪便高温堆肥保氮除臭剂
CN106316584A (zh) 处理剩余污泥的方法及剩余污泥处理装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190308

RJ01 Rejection of invention patent application after publication