CN112358881A - 一种以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂及其制备方法 - Google Patents

一种以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂及其制备方法，属于废物循环利用技术领域，主要利用废弃物胶清浆液制备土壤调理剂，以改善土壤环境。本发明土壤调节剂包括以下重量份的原料制备而成：浓缩胶清浆液49‑51份、生物炭3‑12份、保水剂0.3‑1.2份、腐植酸钠0.75‑6份、氢氧化钙0.3‑0.6份、微量元素1‑1.5份、交联剂0.6‑0.8份、烷基多苷0.6‑0.8份、甲基硅酸钾0.2‑0.4份。本发明避免了对废液的减污处理，减少了能源浪费，提高了利用率，并且制备了土壤调节剂，一举两得；且本发明所制备的含有浓缩胶清浆液和生物炭的土壤调节剂，可吸附土壤中的重金属，并改善土壤结构及理化性质。

Description

一种以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂及 其制备方法
技术领域
本发明属于废物循环利用技术领域，具体涉及一种以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂及其制备方法。
背景技术
浓缩胶清浆液来自于浓缩乳胶的加工过程，从橡胶树采集的新鲜天然胶乳经过离心机后，分成40%浓缩胶乳和60%浓缩胶清浆液两部分。新鲜胶乳中含有的橡胶烃随着大部分的非胶组分留在浓缩胶清浆液中，非橡胶组分含有大量的蛋白质、脂类、糖类和无机盐类等天然植物精华。
浓缩胶清浆液具有COD高、菌体含量高、氨氮含量高及pH值低等特点，是一种难治理的工业废水。由于不能有效地治理浓缩胶清浆液，浓缩胶清浆液的排放，不仅浪费胶清资源，还可能造成一定的环境污染，同时增加了排放废水的经费，大大提高成本，成为制约我国橡胶产业的重大难题。
生物炭是一种生物质炭，是将富含碳的生物质（如木材和作物秸秆）通过热解技术使其发生不完全燃烧或者裂解而产生的一种高度芳香化的固体难熔物质，是一种具有较大的比表面积、发达孔隙结构以及丰富表面官能团的碳材料， 因此生物炭常作为一种吸附剂来增加农作物产量、改善土壤环境、处理生产生活废水、吸附重金属离子等，不仅能够有效地利用农业废弃物，而且利用农业废弃物来治理环境污染物，达到以废治废的目的。
近年来我国耕地的高强度集约化生产，大量的化肥投入品及高强度作物连作导致我国已有相当一部分土地的土壤粘重增加，通透性差，土壤营养元素失衡、板结、污染和肥力下降，工业“三废”、污水灌溉及农业投入品等导致农田土壤大面积重金属污染。针对上述弊端，大田耕作很需要一种能提高土壤质量、强化土壤功能,减少对环境的污染，并且对农作物增产的土壤调节剂。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂，该调节剂能活化土壤，提高土壤肥力，降低土壤中重金属有效形态。
为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：
一种以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂，包括以下重量份的原料制备而成：浓缩胶清浆液 49-51份、生物炭3-12份、保水剂0.3-1.2份、腐植酸钠0.75-6份、氢氧化钙0.3-0.6份、微量元素1-1.5份、交联剂0.6-0.8份、烷基多苷0.6-0.8份、甲基硅酸钾0.2-0.4份。
优选的，本发明以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂，包括以下重量份的原料制备而成：浓缩胶清浆液50份、生物炭3份、保水剂0.9份、腐植酸钠3份、氢氧化钙0.5份、微量元素1份、交联剂0.7份、烷基多苷0.6份、甲基硅酸钾 0.3份。
优选的，所述浓缩胶清浆液是将胶清浆液进行浓缩，浓缩倍数不小于5。
优选的，所述生物炭的制备方法为：将木薯渣干燥粉碎，填满压实于瓷坩埚，加盖密封，置于马弗炉以10℃min-1升至200℃，预炭化2h，然后以同样速率升温至450℃炭化3h，全程进行氮气保护，冷却后过100目筛即得。
优选的，所述保水剂为阴离子型聚丙烯酰胺保水剂。
优选的，所述微量元素的组成为：硫酸镁1-2份、硼酸5-7份、钼酸铵2-5份、硫酸锰1.5-3.5份。
优选的，所述交联剂为丙三醇。
一种以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂的制备方法，包括以下步骤：
1)制备生物质碳：将木薯渣干燥粉碎，填满压实于瓷坩埚，加盖密封，置于马弗炉以10℃min-1升至200℃，预炭化2h，然后以同样速率升温至450℃在炭化3h，全程进行氮气保护，冷却后过100目筛即得；
2)将胶清浆液进行浓缩，得到浓缩胶清浆液；
3)按重量份数取生物炭、保水剂、腐植酸钠、氢氧化钙、微量元素破碎成粉末并筛分后与相应重量份的浓缩胶清浆液混合均匀，形成混合物；
4)按重量份将烷基多苷、交联剂和甲基硅酸钾加入步骤（3）所得混合物中搅拌均匀；
5)将步骤（4）所得混合物冷却至13℃，再将反应体系升温至60-70℃，并将其置于60-70℃的恒温箱中，进行交联反应3-4h，反应完成后置于烘箱内烘干即得到土壤调节剂。
有益效果
（1）本发明制作的含有浓缩胶清浆液和生物炭的土壤调节剂，通过向土壤调节剂中加入浓缩胶清浆液和木薯渣制备生物炭，浓缩胶清浆液本身具有粘性，通过粘结吸附在生物炭表面，再吸附在生物炭多孔空隙中，二者有机结合协同作用，在施用过程中，使得其营养成分得到有效利用并缓慢释放。
（2）本发明将浓缩胶清浆液应用于土壤调节剂制备中，避免了对废液的减污处理，减少了能源浪费，提高了利用率，并且制备了土壤调节剂，一举两得；
（3）本发明通过利用自然存在的农作物废弃物来制作生物炭，可减少因焚烧秸秆所带来的空气污染，改善空气质量；
（4）本发明制备的含有浓缩胶清浆液和生物炭的土壤调节剂，可吸附土壤中的重金属，同时可改善土壤结构及理化性质。
附图说明
图1为本发明实施例1以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂制备工艺的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但不限于此。
实施例1
一种以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂，包括以下重量份的原料制备而成：浓缩胶清浆液 49份、生物炭3份、保水剂0.3份、腐植酸钠0.75份、氢氧化钙0.3份、微量元素1份、交联剂0.6份、烷基多苷0.6份、甲基硅酸钾 0.2份。
所述浓缩胶清浆液是将胶清浆液进行浓缩，浓缩倍数不小于5。
所述生物炭的制备方法为：将木薯渣干燥粉碎，填满压实于瓷坩埚，加盖密封，置于马弗炉以10℃min-1升至200℃，预炭化2h，然后以同样速率升温至450℃炭化3h，全程进行氮气保护，冷却后过100目筛即得。
所述保水剂为阴离子型聚丙烯酰胺保水剂。
所述微量元素的组成为：硫酸镁1份、硼酸5份、钼酸铵2份、硫酸锰1.5份。
所述交联剂为丙三醇。
一种以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂的制备方法，包括以下步骤：
1)制备生物质碳：将木薯渣干燥粉碎，填满压实于瓷坩埚，加盖密封，置于马弗炉以10℃min-1升至200℃，预炭化2h，然后以同样速率升温至450℃在炭化3h，全程进行氮气保护，冷却后过100目筛即得；
2)将胶清浆液进行浓缩，得到浓缩胶清浆液；
3)按重量份数取生物炭、保水剂、腐植酸钠、氢氧化钙、微量元素破碎成粉末并筛分后与相应重量份的浓缩胶清浆液混合均匀，形成混合物；
4)按重量份将烷基多苷、交联剂和甲基硅酸钾加入步骤（3）所得混合物中搅拌均匀；
5)将步骤（4）所得混合物冷却至13℃，再将反应体系升温至60℃，并将其置于60℃的恒温箱中，进行交联反应3h，反应完成后置于烘箱内烘干即得到土壤调节剂。
实施例2
一种以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂，包括以下重量份的原料制备而成：浓缩胶清浆液 50份、生物炭7份、保水剂0.7份、腐植酸钠3份、氢氧化钙0.4份、微量元素1.3份、交联剂0.7份、烷基多苷0.7份、甲基硅酸钾0.3份。
所述浓缩胶清浆液是将胶清浆液进行浓缩，浓缩倍数不小于5。
所述生物炭的制备方法为：将木薯渣干燥粉碎，填满压实于瓷坩埚，加盖密封，置于马弗炉以10℃min-1升至200℃，预炭化2h，然后以同样速率升温至450℃炭化3h，全程进行氮气保护，冷却后过100目筛即得。
所述保水剂为阴离子型聚丙烯酰胺保水剂。
所述微量元素的组成为：硫酸镁1.5份、硼酸6份、钼酸铵4份、硫酸锰2.5份。
所述交联剂为丙三醇。
一种以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂的制备方法，包括以下步骤：
1)制备生物质碳：将木薯渣干燥粉碎，填满压实于瓷坩埚，加盖密封，置于马弗炉以10℃min-1升至200℃，预炭化2h，然后以同样速率升温至450℃在炭化3h，全程进行氮气保护，冷却后过100目筛即得；
2)将胶清浆液进行浓缩，得到浓缩胶清浆液；
3)按重量份数取生物炭、保水剂、腐植酸钠、氢氧化钙、微量元素破碎成粉末并筛分后与相应重量份的浓缩胶清浆液混合均匀，形成混合物；
4)按重量份将烷基多苷、交联剂和甲基硅酸钾加入步骤（3）所得混合物中搅拌均匀；
5) 将步骤（4）所得混合物冷却至13℃，再将反应体系升温至65℃，并将其置于65℃的恒温箱中，进行交联反应3.5h，反应完成后置于烘箱内烘干即得到土壤调节剂。
实施例3
一种以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂，包括以下重量份的原料制备而成：浓缩胶清浆液 51份、生物炭12份、保水剂1.2份、腐植酸钠6份、氢氧化钙0.6份、微量元素1.5份、交联剂0.8份、烷基多苷0.8份、甲基硅酸钾 0.4份。
所述浓缩胶清浆液是将胶清浆液进行浓缩，浓缩倍数不小于5。
所述生物炭的制备方法为：将木薯渣干燥粉碎，填满压实于瓷坩埚，加盖密封，置于马弗炉以10℃min-1升至200℃，预炭化2h，然后以同样速率升温至450℃炭化3h，全程进行氮气保护，冷却后过100目筛即得。
所述保水剂为阴离子型聚丙烯酰胺保水剂。
所述微量元素的组成为：硫酸镁2份、硼酸7份、钼酸铵5份、硫酸锰3.5份。
所述交联剂为丙三醇。
一种以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂的制备方法，包括以下步骤：
1)制备生物质碳：将木薯渣干燥粉碎，填满压实于瓷坩埚，加盖密封，置于马弗炉以10℃min-1升至200℃，预炭化2h，然后以同样速率升温至450℃在炭化3h，全程进行氮气保护，冷却后过100目筛即得；
2)将胶清浆液进行浓缩，得到浓缩胶清浆液；
3)按重量份数取生物炭、保水剂、腐植酸钠、氢氧化钙、微量元素破碎成粉末并筛分后与相应重量份的浓缩胶清浆液混合均匀，形成混合物；
4)按重量份将烷基多苷、交联剂和甲基硅酸钾加入步骤（3）所得混合物中搅拌均匀；
5)将步骤（4）所得混合物冷却至13℃，再将反应体系升温至70℃，并将其置于70℃的恒温箱中，进行交联反应4h，反应完成后置于烘箱内烘干即得到土壤调节剂。
效果验证
对照组：常规施肥+喷施等量的清水
试验组：常规施肥+对应配比的土壤调节剂
本发明土壤调节剂，可用于酸性土壤和重金属污染土壤调理，用量为：75-150kg /亩。本次试验采用75kg/亩的施用量。
在调节剂施用14天后，测定土壤有效态Cr含量（土壤质量 有效态铅和镉的测定原子吸收法 GB/T 23739-2009）；30天后分别测定土壤pH值、有机质、碱解氮、有机磷和速效钾含量（鲍士旦，2000）。
表1 测试结果
项目 对照组 实施例1 实施例2 实施例3
pH 5.72 6.87 6.73 6.79
有机质（g/kg） 7.01 7.46 7.55 8.16
碱解氮（mg/kg） 33.12 40.22 50.39 52.56
有效磷（mg/kg） 1.34 1.27 1.45 1.55
速效钾（mg/kg） 0.93 1.04 1.09 1.15
有效态Cr含量（%） 100% 56.21% 51.02% 49.96%
从表1数据可以看出，施加土壤调节剂后，土壤的pH值有明显的上升，有机质可以增加至少0.30g/kg，碱解氮可以至少增加5.44mg/kg，速效钾可以至少增加0.11mg/kg，土壤有效态铬的含量至少降低49.96%。
需要说明的是，上述实施例仅仅是实现本发明的优选方式的部分实施例，而非全部实施例。显然，基于本发明的上述实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂，其特征在于，包括以下重量份的原料制备而成：浓缩胶清浆液 49-51份、生物炭3-12份、保水剂0.3-1.2份、腐植酸钠 0.75-6份、氢氧化钙0.3-0.6份、微量元素1-1.5份、交联剂0.6-0.8份、烷基多苷0.6-0.8份、甲基硅酸钾 0.2-0.4份。
2.根据权利要求1所述以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂，其特征在于，包括以下重量份的原料制备而成：浓缩胶清浆液50份、生物炭3份、保水剂0.9份、腐植酸钠3份、氢氧化钙0.5份、微量元素1份、交联剂0.7份、烷基多苷0.6份、甲基硅酸钾 0.3份。
3.根据权利要求1所述以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂，其特征在于，所述浓缩胶清浆液是将胶清浆液进行浓缩，浓缩倍数不小于5。
4.根据权利要求1所述以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂，其特征在于，所述生物炭的制备方法为：将木薯渣干燥粉碎，填满压实于瓷坩埚，加盖密封，置于马弗炉以10℃min-1升至200℃，预炭化2h，然后以同样速率升温至450℃炭化3h，全程进行氮气保护，冷却后过100目筛即得。
5.根据权利要求1所述以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂，其特征在于，所述保水剂为阴离子型聚丙烯酰胺保水剂。
6.根据权利要求1所述以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂，其特征在于，所述微量元素的组成为：硫酸镁1-2份、硼酸5-7份、钼酸铵2-5份、硫酸锰1.5-3.5份。
7.根据权利要求1所述以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂，其特征在于，所述交联剂为丙三醇。
8.一种权利要求1或2以浓缩胶清浆液为原料的木薯渣生物炭基土壤调节剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备生物质碳：将木薯渣干燥粉碎，填满压实于瓷坩埚，加盖密封，置于马弗炉以10℃min-1升至200℃，预炭化2h，然后以同样速率升温至450℃在炭化3h，全程进行氮气保护，冷却后过100目筛即得；
将胶清浆液进行浓缩，得到浓缩胶清浆液；
按重量份数取生物炭、保水剂、腐植酸钠、氢氧化钙、微量元素破碎成粉末并筛分后与相应重量份的浓缩胶清浆液混合均匀，形成混合物；
按重量份将烷基多苷、交联剂和甲基硅酸钾加入步骤（3）所得混合物中搅拌均匀；
将步骤（4）所得混合物冷却至13℃，再将反应体系升温至60-70℃，并将其置于60-70℃的恒温箱中，进行交联反应3-4h，反应完成后置于烘箱内烘干即得到土壤调节剂。
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泰松等: "《土壤-蔬菜系统对氮镉互作效应的响应及其调控模式研究》", 31 October 2017, 贵州科技出版社 *

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CN113912451A (zh) * 2021-11-19 2022-01-11 杨诗雨 一种兼顾改良土壤的有机肥及其制备方法

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