CN112707759A - 一种用于土壤修复的生物炭制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开的属于生物炭制备应用技术领域，具体为用于土壤修复的生物炭制备方法及其应用，本发明通过对生物质粉进行二次加热，第一次加热能够对生物质粉进行预热，缓慢加热的方式能够提高了生物炭的产率，同时降低了气体的产率，第二次加热采用了微波热裂解的方法，能够保证了生物质粉在反应过程中内外均衡加热，缩短了加热的时间同时对物料没有限制，能够对第一次加热完成后的生物质粉中的成分进行二次加热反应，使得一次加热后的生物炭产率再次提高，反应时间短，反应温度分为两个阶段，缓慢加热到迅速恒温加热，能够有效的提高了对生物炭产率，同时降低了加工成本，在生物炭材料的基础上加入了动物粪便与氧化剂，从而提高了生物炭剂的功效。

Description

一种用于土壤修复的生物炭制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及生物炭制备应用技术领域，具体为一种用于土壤修复的生物炭制备方法及其应用。

背景技术

生物炭是生物质在缺氧和高温条件下热裂解干馏形成难溶的、稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固态物质，具有较大的孔隙度和比表面积，表面带有大量负电荷和较高的电荷密度，并且富含含氧、含氮、含硫管能团，具有很大的阳离子交换量和较强的吸附力、抗氧化力和抗生物分解能力，生物质炭中丰富的孔隙结构可以作为微生物及其有效养分的载体，可以促进土壤中微生物群落的生长，现有对生物炭的制备方法大都是通过高温分解得到，但这种高温分解方法产率较低，在分解时产生的生物油较高，且现有的生物炭对土壤的修复性能较低，修复周期较长，投放量较大，从而导致成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于土壤修复的生物炭制备方法及其应用，以解决上述背景技术中提出的产率较低，在分解时产生的生物油较高，修复性能较低，修复周期较长，投放量较大的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于土壤修复的生物炭制备方法，制备方法包括以下步骤：

步骤1：将生物质原料进行清洁处理后，放入30-40℃的真空干燥炉中进行干燥，干燥时长为30-60min，将干燥完成后的生物质原料取出放入粉碎机中进行粉碎过滤得到生物质粉；

步骤2：将步骤1中得到的生物质粉放入炭化炉中，将炭化炉中通入保护气体，采用外热式的加热方式对炭化炉进行加热，并控制炭化炉以5-7/s的升温速度升温至400℃，在炭化炉的温度到达400℃时，采用内加热的方式对炭化炉内的生物质粉进行加热，并控制加热温度在400-1000℃，反应时间为0.3-9h，反应完成后冷却至室温得到生物炭材料；

步骤3：将步骤2中的到的生物炭材料放入搅拌箱中，向搅拌箱内加入氧化剂、动物粪便、粘合剂与水并进行搅拌均匀，将搅拌完成后的混合物送入成型装置中，成型完成后在40-50℃的温度下进行干燥处理，干燥时长为1-2h，干燥完成后冷却至室温得到土壤修复剂。

优选的，所述步骤1中的生物质原料为木材、植物秸秆、果壳、有机垃圾、有机污泥、动物粪便中的一种或多种。

优选的，所述步骤2中的外热式的加热方法为将生物质粉置于密封的炭化炉中，对其在外部进行加热炭化，所述步骤2中的内加热的加热方法为将原料点燃，在封闭的炭化炉中进行燃烧。

优选的，所述步骤2中的保护气体为氮气或者氩气。

优选的，所述步骤3中的氧化剂为高锰酸盐、过氧化氢、过硫酸盐、臭氧中的一种或多种。

优选的，所述步骤3中对混合物的成型处理为造粒处理。

所述的一种用于土壤修复的生物炭制备方法及其应用，包括以下步骤：

步骤A：对重金属污染土进行翻土，并将生物炭材料按照10-30t/hm²的施用量加入到重金属污染土中；

步骤B：对加入重金属污染土中的生生物炭材料进行填埋，通过旋耕的方式使土壤与生物炭进行混合；

步骤C：对步骤B中的土壤在90天内进行三次土壤取样，每30天取样一次，并对土壤中的含水量、土壤容重、土壤比表面积、土壤酸碱度、土壤阳离子交换量、土壤有机质、土壤中重金属离子形态进行测定，评估生物炭材料对土壤的影响。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过对生物质粉进行二次加热，第一次加热能够对生物质粉进行预热，缓慢加热的方式能够提高了生物炭的产率，同时降低了气体的产率，第二次加热采用了微波热裂解的方法，能够保证了生物质粉在反应过程中内外均衡加热，缩短了加热的时间同时对物料没有限制，能够对第一次加热完成后的生物质粉中的成分进行二次加热反应，使得一次加热后的生物炭产率再次提高。

2)本发明反应时间短，反应温度分为两个阶段，缓慢加热到迅速恒温加热，能够有效的提高了对生物炭产率，同时降低了加工成本。

3)本发明在生物炭材料的基础上加入了动物粪便与氧化剂，从而提高了生物炭剂的功效，使得生物炭剂对土壤的修复性能得到提高，缩短了对土壤修复的周期，减小了投放量，节省了投放成本。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本发明提供一种技术方案：一种用于土壤修复的生物炭制备方法，制备方法包括以下步骤：

步骤1：将生物质原料进行清洁处理后，放入40℃的真空干燥炉中进行干燥，干燥时长为30min，将干燥完成后的生物质原料取出放入粉碎机中进行粉碎过滤得到生物质粉；

步骤2：将步骤1中得到的生物质粉放入炭化炉中，将炭化炉中通入保护气体，采用外热式的加热方式对炭化炉进行加热，并控制炭化炉以7/s的升温速度升温至400℃，在炭化炉的温度到达400℃时，采用内加热的方式对炭化炉内的生物质粉进行加热，并控制加热温度在500℃，反应时间为5h，反应完成后冷却至室温得到生物炭材料；

步骤3：将步骤2中的到的生物炭材料放入搅拌箱中，向搅拌箱内加入氧化剂、动物粪便、粘合剂与水并进行搅拌均匀，将搅拌完成后的混合物送入成型装置中，成型完成后在40℃的温度下进行干燥处理，干燥时长为2h，干燥完成后冷却至室温得到土壤修复剂。

所述步骤1中的生物质原料为木材、植物秸秆、果壳、有机垃圾、有机污泥、动物粪便中的一种或多种。

所述步骤2中的外热式的加热方法为将生物质粉置于密封的炭化炉中，对其在外部进行加热炭化，所述步骤2中的内加热的加热方法为将原料点燃，在封闭的炭化炉中进行燃烧。

所述步骤2中的保护气体为氮气或者氩气。

所述步骤3中的氧化剂为高锰酸盐、过氧化氢、过硫酸盐、臭氧中的一种或多种。

所述步骤3中对混合物的成型处理为造粒处理。

一种用于土壤修复的生物炭制备方法及其应用，包括以下步骤：

步骤A：对重金属污染土进行翻土，并将生物炭材料按照20t/hm²的施用量加入到重金属污染土中；

步骤B：对加入重金属污染土中的生生物炭材料进行填埋，通过旋耕的方式使土壤与生物炭进行混合；

步骤C：对步骤B中的土壤在90天内进行三次土壤取样，每30天取样一次，并对土壤中的含水量、土壤容重、土壤比表面积、土壤酸碱度、土壤阳离子交换量、土壤有机质、土壤中重金属离子形态进行测定，评估生物炭材料对土壤的影响。

实施例2：

一种用于土壤修复的生物炭制备方法，制备方法包括以下步骤：

步骤1：将生物质原料进行清洁处理后，放入40℃的真空干燥炉中进行干燥，干燥时长为60min，将干燥完成后的生物质原料取出放入粉碎机中进行粉碎过滤得到生物质粉；

步骤2：将步骤1中得到的生物质粉放入炭化炉中，将炭化炉中通入保护气体，采用外热式的加热方式对炭化炉进行加热，并控制炭化炉以5/s的升温速度升温至400℃，在炭化炉的温度到达400℃时，采用内加热的方式对炭化炉内的生物质粉进行加热，并控制加热温度在800℃，反应时间为3h，反应完成后冷却至室温得到生物炭材料；

步骤3：将步骤2中的到的生物炭材料放入搅拌箱中，向搅拌箱内加入氧化剂、动物粪便、粘合剂与水并进行搅拌均匀，将搅拌完成后的混合物送入成型装置中，成型完成后在50℃的温度下进行干燥处理，干燥时长为1h，干燥完成后冷却至室温得到土壤修复剂。

所述步骤1中的生物质原料为木材、植物秸秆、果壳、有机垃圾、有机污泥、动物粪便中的一种或多种。

所述步骤2中的外热式的加热方法为将生物质粉置于密封的炭化炉中，对其在外部进行加热炭化，所述步骤2中的内加热的加热方法为将原料点燃，在封闭的炭化炉中进行燃烧。

所述步骤2中的保护气体为氮气或者氩气。

所述步骤3中的氧化剂为高锰酸盐、过氧化氢、过硫酸盐、臭氧中的一种或多种。

所述步骤3中对混合物的成型处理为造粒处理。

一种用于土壤修复的生物炭制备方法及其应用，其特征在于：包括以下步骤：

步骤A：对重金属污染土进行翻土，并将生物炭材料按照15t/hm²的施用量加入到重金属污染土中；

步骤B：对加入重金属污染土中的生生物炭材料进行填埋，通过旋耕的方式使土壤与生物炭进行混合；

步骤C：对步骤B中的土壤在90天内进行三次土壤取样，每30天取样一次，并对土壤中的含水量、土壤容重、土壤比表面积、土壤酸碱度、土壤阳离子交换量、土壤有机质、土壤中重金属离子形态进行测定，评估生物炭材料对土壤的影响。

实施例3：

一种用于土壤修复的生物炭制备方法，制备方法包括以下步骤：

步骤1：将生物质原料进行清洁处理后，放入40℃的真空干燥炉中进行干燥，干燥时长为60min，将干燥完成后的生物质原料取出放入粉碎机中进行粉碎过滤得到生物质粉；

步骤2：将步骤1中得到的生物质粉放入炭化炉中，将炭化炉中通入保护气体，采用外热式的加热方式对炭化炉进行加热，并控制炭化炉以5/s的升温速度升温至400℃，在炭化炉的温度到达400℃时，采用内加热的方式对炭化炉内的生物质粉进行加热，并控制加热温度在1000℃，反应时间为3h，反应完成后冷却至室温得到生物炭材料；

步骤3：将步骤2中的到的生物炭材料放入搅拌箱中，向搅拌箱内加入氧化剂、动物粪便、粘合剂与水并进行搅拌均匀，将搅拌完成后的混合物送入成型装置中，成型完成后在50℃的温度下进行干燥处理，干燥时长为2h，干燥完成后冷却至室温得到土壤修复剂。

所述步骤1中的生物质原料为木材、植物秸秆、果壳、有机垃圾、有机污泥、动物粪便中的一种或多种。

所述步骤2中的外热式的加热方法为将生物质粉置于密封的炭化炉中，对其在外部进行加热炭化，所述步骤2中的内加热的加热方法为将原料点燃，在封闭的炭化炉中进行燃烧。

所述步骤2中的保护气体为氮气或者氩气。

所述步骤3中的氧化剂为高锰酸盐、过氧化氢、过硫酸盐、臭氧中的一种或多种。

所述步骤3中对混合物的成型处理为造粒处理。

一种用于土壤修复的生物炭制备方法及其应用，包括以下步骤：

步骤A：对重金属污染土进行翻土，并将生物炭材料按照10t/hm²的施用量加入到重金属污染土中；

步骤B：对加入重金属污染土中的生生物炭材料进行填埋，通过旋耕的方式使土壤与生物炭进行混合；

步骤C：对步骤B中的土壤在90天内进行三次土壤取样，每30天取样一次，并对土壤中的含水量、土壤容重、土壤比表面积、土壤酸碱度、土壤阳离子交换量、土壤有机质、土壤中重金属离子形态进行测定，评估生物炭材料对土壤的影响。

如下表所示，采用本发明制备的生物炭剂修复的土壤中的含水量、表面积、酸碱度、阳离子交换量、均优于现有生物炭修复剂的性能。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种用于土壤修复的生物炭制备方法，其特征在于：制备方法包括以下步骤：

步骤1：将生物质原料进行清洁处理后，放入30-40℃的真空干燥炉中进行干燥，干燥时长为30-60min，将干燥完成后的生物质原料取出放入粉碎机中进行粉碎过滤得到生物质粉；

步骤2：将步骤1中得到的生物质粉放入炭化炉中，将炭化炉中通入保护气体，采用外热式的加热方式对炭化炉进行加热，并控制炭化炉以5-7/s的升温速度升温至400℃，在炭化炉的温度到达400℃时，采用内加热的方式对炭化炉内的生物质粉进行加热，并控制加热温度在400-1000℃，反应时间为0.3-9h，反应完成后冷却至室温得到生物炭材料；

步骤3：将步骤2中的到的生物炭材料放入搅拌箱中，向搅拌箱内加入氧化剂、动物粪便、粘合剂与水并进行搅拌均匀，将搅拌完成后的混合物送入成型装置中，成型完成后在40-50℃的温度下进行干燥处理，干燥时长为1-2h，干燥完成后冷却至室温得到土壤修复剂。

2.根据权利要求1所述的一种用于土壤修复的生物炭制备方法，其特征在于：所述步骤1中的生物质原料为木材、植物秸秆、果壳、有机垃圾、有机污泥、动物粪便中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种用于土壤修复的生物炭制备方法，其特征在于：所述步骤2中的外热式的加热方法为将生物质粉置于密封的炭化炉中，对其在外部进行加热炭化，所述步骤2中的内加热的加热方法为将原料点燃，在封闭的炭化炉中进行燃烧。

4.根据权利要求1所述的一种用于土壤修复的生物炭制备方法，其特征在于：所述步骤2中的保护气体为氮气或者氩气。

5.根据权利要求1所述的一种用于土壤修复的生物炭制备方法，其特征在于：所述步骤3中的氧化剂为高锰酸盐、过氧化氢、过硫酸盐、臭氧中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种用于土壤修复的生物炭制备方法，其特征在于：所述步骤3中对混合物的成型处理为造粒处理。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种用于土壤修复的生物炭制备方法及其应用，其特征在于：包括以下步骤：

步骤A：对重金属污染土进行翻土，并将生物炭材料按照10-30t/hm²的施用量加入到重金属污染土中；

步骤B：对加入重金属污染土中的生生物炭材料进行填埋，通过旋耕的方式使土壤与生物炭进行混合；

步骤C：对步骤B中的土壤在90天内进行三次土壤取样，每30天取样一次，并对土壤中的含水量、土壤容重、土壤比表面积、土壤酸碱度、土壤阳离子交换量、土壤有机质、土壤中重金属离子形态进行测定，评估生物炭材料对土壤的影响。