CN110055076A - 盐碱土改良剂木醋液及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及固体废弃物资源化利用、土壤环境治理技术领域，是一种盐碱土改良剂木醋液及其制备方法和应用，前者按照下述方法得到：将棉花秸秆干燥、粉碎后的棉花秸秆颗粒；装入反应釜中密封后放入马弗炉中程序升温后进行热解反应，热解产物依次进行一级冷凝、二级冷凝和三级冷凝，得到盐碱土改良剂木醋液。本发明能够有效改善盐碱土的理化性质，提高了土壤中总有机质、速效氮、磷、钾的含量，且可以提高土壤中酶的活性，提高植物抗逆性，有效降低盐碱土的碱性与含盐量,同时可实现农业废弃物的资源化利用，具有环保、经济、高效的特点，可广泛应用于小白菜栽培土壤改良。

Description

盐碱土改良剂木醋液及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及固体废弃物资源化利用、土壤环境治理技术领域，是一种盐碱土改良剂木醋液及其制备方法和应用。

背景技术

我国有大片的盐碱地需要改良与利用，对盐碱地改良措施与技术需求迫切。土地盐碱化已经成为制约农业可持续发展的重要因素，随着人口的持续增长，对粮食等农产品的需求越来越大，开发利用盐碱地迫在眉睫。盐碱土的合理利用不但可以增加作物产量 ,缓解粮食危机，同时还可以治理环境污染,提高环境生态质量。新疆由于其降水量少蒸发量强而形成大面积的盐碱土。另一方面，新疆是我国最大的棉花种植地区，每年的棉花产量都在增加，而棉花的增多会带来更多的棉花秸秆，使其成为固体废弃物，将其直接废弃、焚烧或填埋都会对大气、土壤等造成新的污染，且浪费了资源。近年来生物质热解技术因能够同时实现农业废弃物回收利用，又可将其热解产物应用到不同领域，为农业废弃物的资源化利用提供了新的发展方向。

到目前为止，盐碱土改良的方法大致可以分为以下几类：水利工程措施、物理改良措施、生物改良措施及化学改良措施。①水利工程措施主要包括开挖明沟、设置地下暗管、竖井排水等工程措施，尽管此方法能使土壤中盐分降低，但使用寿命有限，依赖于水资源。②物理改良方法主要形式有客土改良法、表面覆盖法、深耕翻土、间作套种、平整土地等，这些方法对盐碱土具有一定的效果，但缺点是工程繁琐、工程量大，且成本也不低，也会造成资源浪费。③生物改良法以引种和培育耐盐植物为主，再应用培养出的植物充分利用盐碱土并改善其土壤品质，生物改良特点是：见效快、费用低、基本没有二次污染，但是作物自身的生育时期，对土壤水分、土壤肥力、环境周围温度和农业技术以及耐盐能力等因素都有密切相关的联系，实际应用有困难。④化学改良盐碱土指的是通过向土壤里施加有机化学改良剂、无机化学改良剂或有机-无机混合改良剂改良盐碱地的过程。与其他改良措施相比，化学改良措施见效快，方法简单，效果明显，但是成本高昂，且有可能对环境造成二次污染。

综上所述，目前现有的盐碱土改良措施不能合理有效的对盐碱土改良起到作用。因此，函需建立一套集经济、环境和生态效益于一体的新疆盐碱土壤改良技术，在进行生态修复、改善当地生态的同时能促成盐碱地的可持续利用，为新疆盐碱地土壤的可持续利用提供更广的应用前景。

发明内容

本发明提供了一种盐碱土改良剂木醋液及其制备方法和应用，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有盐碱土改良方法中存在的实际应用困难、二次污染大以及工程量大和成本高问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种盐碱土改良剂木醋液，按照下述方法得到：第一步，将棉花秸秆在100℃至105℃烘箱中干燥3h至4h后，粉碎得到粒径为3cm至5cm的棉花秸秆颗粒；第二步，将棉花秸秆颗粒装入反应釜中，向反应釜内充入氮气吹扫，并将反应釜密封后放入马弗炉中程序升温至温度为300℃至700℃时，保温0.5h至1.5h，得到热解产物；第三步，热解产物进入一级冷凝装置，在一级冷凝装置内170℃至180℃条件下进行一级冷凝，得到一级冷凝产物；第四步，一级冷凝产物进入二级冷凝装置，在二级冷凝装置内110℃至120℃条件下进行二级冷凝，得到二级冷凝产物；第五步，二级冷凝产物进入三级冷凝装置，在三级冷凝装置内0℃条件下进行三级冷凝，得到盐碱土改良剂木醋液。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述反应釜内充入氮气吹扫时，吹扫速率为0.2 L/min至0.3 L/min，吹扫时间为0.5 h至1h。

上述第二步中，马弗炉程序升温时升温速率为15℃/min。

上述一级冷凝装置、二级冷凝装置均采用油浴冷凝，冷却介质为二甲基硅油；三级冷凝装置冷却介质为冰水。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种盐碱土改良剂木醋液的制备方法，按照下述方法进行：第一步，将棉花秸秆在100℃至105℃烘箱中干燥3h至4h后，粉碎得到粒径为3cm至5cm的棉花秸秆颗粒；第二步，将棉花秸秆颗粒装入反应釜中，向反应釜内充入氮气吹扫，并将反应釜密封后放入马弗炉中程序升温至温度为300℃至700℃时，保温0.5h至1.5h，得到热解产物；第三步，热解产物进入一级冷凝装置，在一级冷凝装置内170℃至180℃条件下进行一级冷凝，得到一级冷凝产物；第四步，一级冷凝产物进入二级冷凝装置，在二级冷凝装置内110℃至120℃条件下进行二级冷凝，得到二级冷凝产物；第五步，二级冷凝产物进入三级冷凝装置，在三级冷凝装置内0℃条件下进行三级冷凝，得到盐碱土改良剂木醋液。

下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：

上述反应釜内充入氮气吹扫时，吹扫速率为0.2 L/min至0.3 L/min，吹扫时间为0.5 h至1h。

上述第二步中，马弗炉程序升温时升温速率为15℃/min。

上述一级冷凝装置、二级冷凝装置均采用油浴冷凝，冷却介质为二甲基硅油；三级冷凝装置冷却介质为冰水。

本发明的技术方案之三是通过以下措施来实现的：一种盐碱土改良剂木醋液在小白菜栽培土壤改良中的应用。

本发明能够有效改善盐碱土的理化性质，提高了土壤中总有机质、速效氮、磷、钾的含量，且可以提高土壤中酶的活性，提高植物抗逆性，有效降低盐碱土的碱性与含盐量,同时可实现农业废弃物的资源化利用，具有环保、经济、高效的特点，可广泛应用于小白菜栽培土壤改良。

附图说明

附图1为本发明盐碱土改良剂木醋液不同稀释倍数时对盐碱土pH和全盐量的影响柱状图。

附图2为添加不同稀释倍数本发明盐碱土改良剂木醋液处理土壤酶活性变化柱状图。

附图3为添加不同稀释倍数本发明盐碱土改良剂木醋液处理土壤养分的变化柱状图。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品；本发明中的百分数如没有特殊说明，均为质量百分数；本发明中的溶液若没有特殊说明，均为溶剂为水的水溶液，例如，盐酸溶液即为盐酸水溶液；本发明中的常温、室温一般指15℃到25℃的温度，一般定义为25℃。

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：该盐碱土改良剂木醋液，按照下述方法得到：第一步，将棉花秸秆在100℃至105℃烘箱中干燥3h至4h后，粉碎得到粒径为3cm至5cm的棉花秸秆颗粒；第二步，将棉花秸秆颗粒装入反应釜中，向反应釜内充入氮气吹扫，并将反应釜密封后放入马弗炉中程序升温至温度为300℃至700℃时，保温0.5h至1.5h，得到热解产物；第三步，热解产物进入一级冷凝装置，在一级冷凝装置内170℃至180℃条件下进行一级冷凝，得到一级冷凝产物；第四步，一级冷凝产物进入二级冷凝装置，在二级冷凝装置内110℃至120℃条件下进行二级冷凝，得到二级冷凝产物；第五步，二级冷凝产物进入三级冷凝装置，在三级冷凝装置内0℃条件下进行三级冷凝，得到盐碱土改良剂木醋液。

本发明盐碱土改良剂木醋液通过分级冷凝制备得到，可以根据通过控制冷凝温度制备理化性质不同的盐碱土改良剂木醋液。针对现在盐碱土污染问题，使用本发明盐碱土改良剂木醋液，可以有效的改良盐碱土，提高了土壤中总有机质、速效氮、磷、钾的含量，且可以提高土壤中酶的活性，提高植物抗逆性，有效降低盐碱土的碱性与含盐量。

实施例2：该盐碱土改良剂木醋液，按照下述方法得到：第一步，将棉花秸秆在100℃或105℃烘箱中干燥3h或4h后，粉碎得到粒径为3cm或5cm的棉花秸秆颗粒；第二步，将棉花秸秆颗粒装入反应釜中，向反应釜内充入氮气吹扫，并将反应釜密封后放入马弗炉中程序升温至温度为300℃或700℃时，保温0.5h至1.5h，得到热解产物；第三步，热解产物进入一级冷凝装置，在一级冷凝装置内170℃至180℃条件下进行一级冷凝，得到一级冷凝产物；第四步，一级冷凝产物进入二级冷凝装置，在二级冷凝装置内110℃至120℃条件下进行二级冷凝，得到二级冷凝产物；第五步，二级冷凝产物进入三级冷凝装置，在三级冷凝装置内0℃条件下进行三级冷凝，得到盐碱土改良剂木醋液。

实施例3：作为上述实施例的优化，反应釜内充入氮气吹扫时，吹扫速率为0.2 L/min至0.3 L/min，吹扫时间为0.5 h至1h。

实施例4：作为上述实施例的优化，第二步中，马弗炉程序升温时升温速率为15℃/min。

实施例5：作为上述实施例的优化，一级冷凝装置、二级冷凝装置均采用油浴冷凝，冷却介质为二甲基硅油；三级冷凝装置冷却介质为冰水。

实施例6：该盐碱土改良剂木醋液，按照下述方法得到：第一步，将200g棉花秸秆在100℃烘箱中干燥4h后，粉碎得到粒径为3cm的棉花秸秆颗粒；第二步，将棉花秸秆颗粒装入反应釜中，向反应釜内充入氮气吹扫，并将反应釜密封后放入马弗炉中程序升温至温度为500℃时，保温1h，得到热解产物；第三步，热解产物进入一级冷凝装置，在一级冷凝装置内180℃条件下进行一级冷凝，得到一级冷凝产物；第四步，一级冷凝产物进入二级冷凝装置，在二级冷凝装置内120℃条件下进行二级冷凝，得到二级冷凝产物；第五步，二级冷凝产物进入三级冷凝装置，在三级冷凝装置内0℃条件下进行三级冷凝，得到盐碱土改良剂木醋液。

本发明盐碱土改良剂木醋液的制备方法，与传统制备木醋液的方方法相比，分级冷凝的方式可以有效的降低对植物生长有害的酚类物质，且可有效提高木醋液中总酸含量，对盐碱地改更有利。本发明中，第一级170℃至180℃冷凝，将热解气中的重质组分收集起来，主要是一些分子量较大、碳原子数目多的多环芳烃；第二级110℃至120℃冷凝，收集热解气里中质产物里，包括酚类、酮类及杂环类化合物；第三级0℃冷凝，主要将生物油中的小分子物质富集起来，主要是酸类、醇类、酮类和水分。

实施例7：一种盐碱土改良剂木醋液在小白菜栽培土壤改良中的应用。

将上述实施例7得到的盐碱土改良剂木醋液过1um有机膜，除去杂质，然后分别稀释50倍、200倍、400倍、600倍。将采得的250g盐碱土于花盆中，选择籽粒饱满的小白菜，以12粒/盆中数量进行小白菜播种。将花盆至于温室内，播种3d后记录每个盆中小白菜的发芽数，每隔3d浇灌一次，发芽其和幼苗期浇灌稀释后盐碱土改良剂木醋液30 ml，小白菜成熟期浇灌稀释后盐碱土改良剂木醋液50ml。当盐碱土改良剂木醋液稀释倍数越大时，株高株重也会随之增加，当分级冷凝得到的盐碱土改良剂木醋液稀释600倍时，小白菜的长势最好，在此稀释倍数时，小白菜的发芽率能够提高27.45%，株高提高95%，株重提高120%，小白菜体内丙二醛能够降低48.39%。

本发明盐碱土改良剂木醋液施用于土壤中以后，与现有盐碱土改良方法相比，能够更好的改善盐碱土的理化性质，提高土壤中总酸含量，提高土壤中总有机质、速效氮、磷、钾的含量，提高土壤中酶的活性，降低盐碱土的碱性与含盐量，也能够更好的提高作物品质,同时可实现农业废弃物的资源化利用，将棉花秸秆回收利用，避免、焚烧或填埋对环境所造成的二次污染。

盐碱土改良剂木醋液对盐碱土pH影响趋势如图1所示，图1可知，其中稀释50倍热解液对盐碱土pH影响比较大，比空白对照pH降低0.48个单位，盐碱土改良剂木醋液稀释50倍至600倍时，全盐量分别降低了15.81 %、23.21 %、25.06 %、27.67 %。因此，土壤施用盐碱土改良剂木醋液能够降低盐碱土的pH、全盐量。

施用盐碱土改良剂木醋液处理土壤后，土壤酶活性变化如图2所示，图2可知，盐碱土改良剂木醋液施入盐碱土后，土壤中多种酶活性增强。因此，盐碱土改良剂木醋液中具有大量的酸性物质如乙酸，能竞争土壤胶体和矿物对土壤酶的吸附位点，使土壤胶体、矿物等对土壤酶吸附作用减小，增强了土壤中酶的活性。

盐碱土改良剂木醋液对土壤有机质、土壤碱解氮和土壤速效磷的含量影响作用如图3所示，图3可知，随着盐碱土改良剂木醋液的加入，有机质的含量比空白对照有所提高，盐碱土改良剂木醋液能促进土壤中有机质含量的提高。土壤有机质增量变化为稀释50倍＞200倍＞400倍＞600倍＞CK，盐碱土改良剂木醋液对土壤有机质、碱解氮、速效磷及速效钾最佳分别可以提高64.86%、33.07%、64.65%、17.29%。因此，盐碱土改良剂木醋液中的酸类等有机物质能和土壤中物质相互作用促进酶及微生物活性，盐碱土改良剂木醋液含有机酸、酚类、醇类和酮类等有机化合物，灌溉土壤后与土壤相互作用，提高有机质的抗氧化性、微生物的活力，又能更新和活化老的有机质，从而提高土壤肥力。

综上所述，本发明能够有效改善盐碱土的理化性质，提高了土壤中总有机质、速效氮、磷、钾的含量，且可以提高土壤中酶的活性，提高植物抗逆性，有效降低盐碱土的碱性与含盐量,同时可实现农业废弃物的资源化利用，具有环保、经济、高效的特点，可广泛应用于小白菜栽培土壤改良。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (9)

1.一种盐碱土改良剂木醋液，其特征在于按照下述方法得到：第一步，将棉花秸秆在100℃至105℃烘箱中干燥3h至4h后，粉碎得到粒径为3cm至5cm的棉花秸秆颗粒；第二步，将棉花秸秆颗粒装入反应釜中，向反应釜内充入氮气吹扫，并将反应釜密封后放入马弗炉中程序升温至温度为300℃至700℃时，保温0.5h至1.5h，得到热解产物；第三步，热解产物进入一级冷凝装置，在一级冷凝装置内170℃至180℃条件下进行一级冷凝，得到一级冷凝产物；第四步，一级冷凝产物进入二级冷凝装置，在二级冷凝装置内110℃至120℃条件下进行二级冷凝，得到二级冷凝产物；第五步，二级冷凝产物进入三级冷凝装置，在三级冷凝装置内0℃条件下进行三级冷凝，得到盐碱土改良剂木醋液。

2.根据权利要求1所述的盐碱土改良剂木醋液，其特征在于反应釜内充入氮气吹扫时，吹扫速率为0.2 L/min至0.3 L/min，吹扫时间为0.5 h至1h。

3.根据权利要求1或2所述的盐碱土改良剂木醋液，其特征在于第二步中，马弗炉程序升温时升温速率为15℃/min。

4.根据权利要求1所述的盐碱土改良剂木醋液，其特征在于一级冷凝装置、二级冷凝装置均采用油浴冷凝，冷却介质为二甲基硅油；三级冷凝装置冷却介质为冰水。

5.一种根据权利要求1所述的盐碱土改良剂木醋液的制备方法，其特征在于按照下述方法进行：第一步，将棉花秸秆在100℃至105℃烘箱中干燥3h至4h后，粉碎得到粒径为3cm至5cm的棉花秸秆颗粒；第二步，将棉花秸秆颗粒装入反应釜中，向反应釜内充入氮气吹扫，并将反应釜密封后放入马弗炉中程序升温至温度为300℃至700℃时，保温0.5h至1.5h，得到热解产物；第三步，热解产物进入一级冷凝装置，在一级冷凝装置内170℃至180℃条件下进行一级冷凝，得到一级冷凝产物；第四步，一级冷凝产物进入二级冷凝装置，在二级冷凝装置内110℃至120℃条件下进行二级冷凝，得到二级冷凝产物；第五步，二级冷凝产物进入三级冷凝装置，在三级冷凝装置内0℃条件下进行三级冷凝，得到盐碱土改良剂木醋液。

6.根据权利要求5所述的盐碱土改良剂木醋液的制备方法，其特征在于反应釜内充入氮气吹扫时，吹扫速率为0.2 L/min至0.3 L/min，吹扫时间为0.5 h至1h。

7.根据权利要求5或6所述的盐碱土改良剂木醋液的制备方法，其特征在于第二步中，马弗炉程序升温时升温速率为15℃/min。

8.根据权利要求5或6所述的盐碱土改良剂木醋液的制备方法，其特征在于一级冷凝装置、二级冷凝装置均采用油浴冷凝，冷却介质为二甲基硅油；三级冷凝装置冷却介质为冰水。

9.一种根据权利要求1或2或3或4所述的盐碱土改良剂木醋液在小白菜栽培土壤改良中的应用。