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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