CN114317002A - 一种植物热解生物炭土壤改良剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植物热解生物炭土壤改良剂的制备方法，属于土壤修复技术领域，包括如下步骤：S1、植物热解生物炭的制备；S2、原料准备；S3、微波活化混合；S4、成品制备。本申请提供了一种植物热解生物炭土壤改良剂的制备方法，对现有的生物质炭的制备进行了很大程度的改进，并在改良剂的制备中引入微波处理，将本申请方法制备的土壤改良剂应用到盐碱土壤中，能够显著改善土壤的理化性质，并且对土壤中污染物具有很好的吸附作用，减低污染物在土壤中的可迁移性与生物可利用性。
Description
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种植物热解生物炭土壤改良剂的制备方法。
背景技术
土壤改良剂有多类：(1)矿物类，主要有泥炭、褐煤、风化煤、石灰、石膏、蛭石、膨润土、沸石、珍珠岩和海泡石等；(2)天然和半合成水溶性高分子类，主要有秸秆类、多糖类物料、纤维素物料、木质素物料和树脂胶物质；(3)人工合成高分子化合物，主要有聚丙烯酸类、醋酸乙烯马来酸类和聚乙烯醇类；(4)有益微生物制剂类等。
生物炭可以作为土壤改良剂带来显著的环境和农业效益，还可在现有的燃烧设备中代替煤粉作为燃料，亦能应用于冶金和生产活性炭。中国生物质能储量很丰富，当前各类生物质总量为5.4×108t标准煤，其中可能源利用的生物质资源约2.8×108t标准煤，随着社会经济发展，废弃生物质资源将不断增加，加上开发利用各类边际土地、规模化种植能源作物和能源林木，到2030年可能源利用的生物质资源有望达到8.9×108t标准煤。中国是-一个农业大国，农林废弃物能占到生物质资源的53％。所以，中国拥有大量的农作物秸秆、木屑等廉价而来源广泛的原料来生产生物炭。
虽然生物质已经被广泛研究和应用，但是现今的生物炭的热解过程中，往往存在比表面积增大的同时，生物质炭的孔结构的复杂性降低，吸附能力也就随之下降，修复能力也会随之下降。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种植物热解生物炭土壤改良剂的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种植物热解生物炭土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、植物热解生物炭的制备：
S101、将植物原料经过初步粉碎后置于连续式闪爆机内进行连续闪爆处理，完成后取出烘干植物原料粗粉备用；
S102、将步骤S101中所得的植物原料粗粉置于热解反应器内进行热解炭化反应，完成后，取出炭化颗粒备用；
S103、将步骤S102中所得的炭化颗粒置于电晕放电仪内进行电晕处理；
S2、原料准备：
称取相应重量份的步骤S1中所得的植物热解生物炭60～70份、腐殖酸20～30份、膨润土30～40份、珍珠岩10～14份、海泡石12～14份、有益微生物3～6份；
S3、微波活化混合：
将步骤S2中称取的植物热解生物炭、腐殖酸、膨润土、珍珠岩、海泡石在微波环境下进行搅拌混匀，完成后得混合物备用；
S4、成品制备：
将步骤S2中称取得有益微生物加入到步骤S3中的混合物中，在特定的温度环境下进行搅拌混匀，完成后进行包装即可。
进一步地，步骤S101中所述的闪爆处理的压力为2～3MPa，闪爆机内的空气相对湿度为80～90％，温度为120～140℃，闪爆次数为7～11次。
进一步地，步骤S102中所述的热解炭化时保持热解反应器内的氧气浓度为10～12％，时间为23～27min。
进一步地，步骤S103中所述的电晕处理时控制电晕放电仪的工作电压为12～16kV，电晕处理的时间为2～3min。
进一步地，步骤S3中所述的微波环境为功率为400～600W的微波，混匀时间控制在10～14min。
进一步地，步骤S4中所述的特定温度为39～43℃。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、本申请在生物炭的制备中，将经过初步粉碎的植物原料置于连续式闪爆机内进行闪爆处理，提高植物纤维孔隙率，并提高活性，不仅有助于热解炭化反应完全，还能避免比表面积增大的同时，生物质炭的孔结构的复杂性降低现象的发生。将所得的炭化颗粒进行电晕处理，通过放电，增加比表面积，同时还能在其表面形成微凹的密集孔穴。
2、本申请将各原料在微波环境下进行搅拌混匀，利用微波的作用，促进各原料之间的均质、细化。
3、本申请提供了一种植物热解生物炭土壤改良剂的制备方法，对现有的生物质炭的制备进行了很大程度的改进，并在改良剂的制备中引入微波处理，将本申请方法制备的土壤改良剂应用到盐碱土壤中，能够显著改善土壤的理化性质，并且对土壤中污染物具有很好的吸附作用，减低污染物在土壤中的可迁移性与生物可利用性。
具体实施方式
为了对本发明做更进一步的解释，下面结合下述具体实施例进行阐述。
实施例1：
一种植物热解生物炭土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、植物热解生物炭的制备：
S101、将植物原料经过初步粉碎后置于连续式闪爆机内进行连续闪爆处理，闪爆处理的压力为2MPa，闪爆机内的空气相对湿度为80％，温度为120℃，闪爆7次后取出烘干植物原料粗粉备用；
S102、将步骤S101中所得的植物原料粗粉置于氧气浓度为10％的热解反应器内进行热解炭化反应，23min后取出炭化颗粒备用；
S103、将步骤S102中所得的炭化颗粒置于电晕放电仪内进行电晕处理，工作电压为12kV，电晕处理的时间为2min；
S2、原料准备：
称取相应重量份的步骤S1中所得的植物热解生物炭60份、腐殖酸20份、膨润土30份、珍珠岩10份、海泡石12份、有益微生物3份；
S3、微波活化混合：
将步骤S2中称取的植物热解生物炭、腐殖酸、膨润土、珍珠岩、海泡石在400W的微波环境下进行搅拌混匀，混匀时间控制在10min，完成后得混合物备用；
S4、成品制备：
将步骤S2中称取得有益微生物加入到步骤S3中的混合物中，在39℃下进行搅拌混匀，完成后进行包装即可。
实施例2：
一种植物热解生物炭土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、植物热解生物炭的制备：
S101、将植物原料经过初步粉碎后置于连续式闪爆机内进行连续闪爆处理，闪爆处理的压力为2.5MPa，闪爆机内的空气相对湿度为85％，温度为130℃，闪爆9次后取出烘干植物原料粗粉备用；
S102、将步骤S101中所得的植物原料粗粉置于氧气浓度为11％的热解反应器内进行热解炭化反应，25min后取出炭化颗粒备用；
S103、将步骤S102中所得的炭化颗粒置于电晕放电仪内进行电晕处理，工作电压为14kV，电晕处理的时间为2.5min；
S2、原料准备：
称取相应重量份的步骤S1中所得的植物热解生物炭65份、腐殖酸25份、膨润土35份、珍珠岩12份、海泡石13份、有益微生物4.5份；
S3、微波活化混合：
将步骤S2中称取的植物热解生物炭、腐殖酸、膨润土、珍珠岩、海泡石在500W的微波环境下进行搅拌混匀，混匀时间控制在12min，完成后得混合物备用；
S4、成品制备：
将步骤S2中称取得有益微生物加入到步骤S3中的混合物中，在41℃下进行搅拌混匀，完成后进行包装即可。
实施例3：
一种植物热解生物炭土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、植物热解生物炭的制备：
S101、将植物原料经过初步粉碎后置于连续式闪爆机内进行连续闪爆处理，闪爆处理的压力为3MPa，闪爆机内的空气相对湿度为90％，温度为140℃，闪爆11次后取出烘干植物原料粗粉备用；
S102、将步骤S101中所得的植物原料粗粉置于氧气浓度为12％的热解反应器内进行热解炭化反应，27min后取出炭化颗粒备用；
S103、将步骤S102中所得的炭化颗粒置于电晕放电仪内进行电晕处理，工作电压为16kV，电晕处理的时间为3min；
S2、原料准备：
称取相应重量份的步骤S1中所得的植物热解生物炭70份、腐殖酸30份、膨润土40份、珍珠岩14份、海泡石14份、有益微生物6份；
S3、微波活化混合：
将步骤S2中称取的植物热解生物炭、腐殖酸、膨润土、珍珠岩、海泡石在600W的微波环境下进行搅拌混匀，混匀时间控制在14min，完成后得混合物备用；
S4、成品制备：
将步骤S2中称取得有益微生物加入到步骤S3中的混合物中，在43℃下进行搅拌混匀，完成后进行包装即可。
对比例1：
一种植物热解生物炭土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、植物热解生物炭的制备：
S101、将植物原料经过初步粉碎后置于氧气浓度为11％的热解反应器内进行热解炭化反应，25min后取出炭化颗粒备用；
S102、将步骤S101中所得的炭化颗粒置于电晕放电仪内进行电晕处理，工作电压为14kV，电晕处理的时间为2.5min；
S2、原料准备：
称取相应重量份的步骤S1中所得的植物热解生物炭65份、腐殖酸25份、膨润土35份、珍珠岩12份、海泡石13份、有益微生物4.5份；
S3、微波活化混合：
将步骤S2中称取的植物热解生物炭、腐殖酸、膨润土、珍珠岩、海泡石在500W的微波环境下进行搅拌混匀，混匀时间控制在12min，完成后得混合物备用；
S4、成品制备：
将步骤S2中称取得有益微生物加入到步骤S3中的混合物中，在41℃下进行搅拌混匀，完成后进行包装即可。
对比例2：
一种植物热解生物炭土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、植物热解生物炭的制备：
S101、将植物原料经过初步粉碎后置于连续式闪爆机内进行连续闪爆处理，闪爆处理的压力为2.5MPa，闪爆机内的空气相对湿度为85％，温度为130℃，闪爆9次后取出烘干植物原料粗粉备用；
S102、将步骤S101中所得的植物原料粗粉置于氧气浓度为11％的热解反应器内进行热解炭化反应，25min后取出备用；
S2、原料准备：
称取相应重量份的步骤S1中所得的植物热解生物炭65份、腐殖酸25份、膨润土35份、珍珠岩12份、海泡石13份、有益微生物4.5份；
S3、微波活化混合：
将步骤S2中称取的植物热解生物炭、腐殖酸、膨润土、珍珠岩、海泡石在500W的微波环境下进行搅拌混匀，混匀时间控制在12min，完成后得混合物备用；
S4、成品制备：
将步骤S2中称取得有益微生物加入到步骤S3中的混合物中，在41℃下进行搅拌混匀，完成后进行包装即可。
对比例3：
一种植物热解生物炭土壤改良剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、植物热解生物炭的制备：
S101、将植物原料经过初步粉碎后置于连续式闪爆机内进行连续闪爆处理，闪爆处理的压力为2.5MPa，闪爆机内的空气相对湿度为85％，温度为130℃，闪爆9次后取出烘干植物原料粗粉备用；
S102、将步骤S101中所得的植物原料粗粉置于氧气浓度为11％的热解反应器内进行热解炭化反应，25min后取出炭化颗粒备用；
S103、将步骤S102中所得的炭化颗粒置于电晕放电仪内进行电晕处理，工作电压为14kV，电晕处理的时间为2.5min；
S2、原料准备：
称取相应重量份的步骤S1中所得的植物热解生物炭65份、腐殖酸25份、膨润土35份、珍珠岩12份、海泡石13份、有益微生物4.5份；
S3、混合：
将步骤S2中称取的植物热解生物炭、腐殖酸、膨润土、珍珠岩、海泡石搅拌混匀，混匀时间控制在12min，完成后得混合物备用；
S4、成品制备：
将步骤S2中称取得有益微生物加入到步骤S3中的混合物中，在41℃下进行搅拌混匀，完成后进行包装即可。
为了对比本发明效果，分别用上述实施例2、对比例1～3的方法对应制备植物热解生物炭土壤改良剂，然后选取盐碱地土壤作为试验地，将选取的土壤随机划分成4块，再分别用上述实施例2、对比例1～3方法对应制备的土壤改良剂对各组土壤进行改良，修复一个月后对各组土壤的理化性质进行测试。
具体试验对比数据如下表1所示：
表1各组土壤的理化性质对比
注：改良前土壤中：pH9.12，含盐量18.36‰，有机质含量6.59g/kg，益生菌含量7.2×105CFU/g。
由上表1可以得出，将本申请方法制备的土壤改良剂应用到盐碱土壤中，能够显著改善土壤的理化性质。
Claims (6)
1.一种植物热解生物炭土壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、植物热解生物炭的制备：
S101、将植物原料经过初步粉碎后置于连续式闪爆机内进行连续闪爆处理，完成后取出烘干植物原料粗粉备用；
S102、将步骤S101中所得的植物原料粗粉置于热解反应器内进行热解炭化反应，完成后，取出炭化颗粒备用；
S103、将步骤S102中所得的炭化颗粒置于电晕放电仪内进行电晕处理；
S2、原料准备：
称取相应重量份的步骤S1中所得的植物热解生物炭60～70份、腐殖酸20～30份、膨润土30～40份、珍珠岩10～14份、海泡石12～14份、有益微生物3～6份；
S3、微波活化混合：
将步骤S2中称取的植物热解生物炭、腐殖酸、膨润土、珍珠岩、海泡石在微波环境下进行搅拌混匀，完成后得混合物备用；
S4、成品制备：
将步骤S2中称取得有益微生物加入到步骤S3中的混合物中，在特定的温度环境下进行搅拌混匀，完成后进行包装即可。
2.根据权利要求1所述一种植物热解生物炭土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤S101中所述的闪爆处理的压力为2～3MPa，闪爆机内的空气相对湿度为80～90％，温度为120～140℃，闪爆次数为7～11次。
3.根据权利要求1所述一种植物热解生物炭土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤S102中所述的热解炭化时保持热解反应器内的氧气浓度为10～12％，时间为23～27min。
4.根据权利要求1所述一种植物热解生物炭土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤S103中所述的电晕处理时控制电晕放电仪的工作电压为12～16kV，电晕处理的时间为2～3min。
5.根据权利要求1所述一种植物热解生物炭土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述的微波环境为功率为400～600W的微波，混匀时间控制在10～14min。
6.根据权利要求1所述一种植物热解生物炭土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述的特定温度为39～43℃。
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