CN116621169A - 一种矿物型多孔吸附矿基生物炭及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种矿物型多孔吸附矿基生物炭及其制备方法和应用，属于现代农用新材料技术领域。本发明通过将非金属尾矿、作物秸秆、酿造糟渣和碳酸钙为原料制得矿物型多孔吸附矿基生物炭；该矿物型多孔吸附矿基生物炭具有吸水、保水的作用，同时能够吸附氨氮、全磷等养分，具备吸附和钝化重金属的作用，特别对镉具有非常强大的吸附作用，因此本发明能够改善土壤物理、生物学和养分性状且有效修复酸化土壤。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿物型多孔吸附矿基生物炭及其制备方法和应用，属于现代农用新材料技术领域。
背景技术
由于我国土壤肥力低，农民为了确保高产而过量施用化学氮肥，造成氮肥供应与作物需求严重不同步。长期不合理过量使用化肥，造成土壤结构变差、土壤板结、地力下降、农作物减产，农产品硝酸盐含量过高、重金属含量超标。大量和过量的氮肥和重金属流失于环境中，污染土壤、水体、空气，威胁人类的食物安全和健康。
由于追求产量，连作和过量施用化肥导致土壤酸化严重、土壤生物活性下降、土壤养分转化很慢，很多露地土壤已经成为或正在变成“僵土、死土”。
矿基生物炭是可以有效修复酸化土壤的产品，目前在研究和应用层面均取得较好的效果，显示巨大的市场前景，但综观已有的应用于酸化土壤的调理剂产品，绝大部分是由化学物质复配或混合而成，少部分产品增加了有机肥或者有机物料成分；这些由化学原料制成的土壤调理剂，主要是通过直接中和土壤酸度而达到提高土壤pH的效果，对土壤物理、生物学和养分性状的改善效果甚微，因此对酸化土壤修复的持效性不好。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种矿物型多孔吸附矿基生物炭及其制备方法和应用，能够改善土壤物理、生物学和养分性状且有效修复酸化土壤。
本发明具体的技术方案如下：
一种矿物型多孔吸附矿基生物炭，其组成成分按质量份数包括：
非金属尾矿 55-90份，
作物秸秆 5-20份，
酿造糟渣 5-25份，
碳酸钙 10-20份。
进一步地，所述非金属尾矿为凹凸棒土尾矿、蒙脱石尾矿、硅藻泥尾矿中的一种或多种的组合。
进一步地，所述作物秸秆为水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆中的一种或多种的组合。
进一步地，所述酿造糟渣为米醋醋糟、五谷杂粮醋醋糟、白酒酒糟、黄酒酒糟、啤酒酒糟中的一种或多种的组合。
本发明还提供一种矿物型多孔吸附矿基生物炭的制备方法，包括以下步骤：
1）将非金属尾矿、作物秸秆和酿造糟渣进行预处理；
2）将处理后的非金属尾矿、作物秸秆、酿造糟渣与碳酸钙按设定的质量份数投入混合炭化箱中；充分搅拌后进行造粒得到初级颗粒；
3）将初级颗粒经过转窑115℃～200℃烘干后得到半成品；
4）将烘干好的半成品经过转窑的300℃～650℃低温裂解，然后进行陶化和碳化；
5）经过水冷，使物料温度降至45℃以下得到成品颗粒。
进一步地，步骤1）中，所述预处理是将非金属尾矿经过雷蒙机球磨至200目，将作物秸秆和酿造糟渣烘干至水分小于10%，经过雷蒙机球磨至200目。
进一步地，步骤3）中，所述烘干时间为1.5h。
进一步地，步骤4）中，所述陶化和碳化时间为2h。
进一步地，步骤5）中，将所述成本颗粒进行筛分，按照不同粒径分别包装。
本发明还提供一种上述的矿物型多孔吸附矿基生物炭在制备土壤调理剂中的应用。
本发明的有益效果为：
1.碳酸钙为产品生产原料的活化剂，在高温过程中会产生大量的二氧化碳气体，这样对产品的比表面积有增大的效果。
2.农作物秸秆和酿造糟渣在低温裂解过程会形成生物炭，同时对凹凸棒土等非金属矿多孔材料会打开孔隙和调整孔隙结构、扩大孔隙，形成有效孔隙。
3.生物炭和非金属矿都是多孔材料，但二者结合后，发挥了各自的优势，也弥补各自的不足，起到了相互促进作用，生物炭在降解COD和磷能力强于非金属矿，但非金属矿在吸附氨氮能力强于生物炭，同时生物炭也能为农作物提供碳元素。
4.在生产过程中，非金属矿负载在农作物秸秆和酿造糟渣表层，更加有利于炭化，同时吸附裂解过程中形成的焦油和尾气，实现了生产和环保治理同步，减少了建设投资成本和环境治理成本，同时产品吸附回收的焦油在产品后续陶化工程中作为能源又被利用，还降低了成本，同时尾气的回收又对温室气体的排放起到了降解作用。
5.本发明具有吸水、保水的作用，同时能够吸附氨氮、全磷等养分，具备吸附和钝化重金属的作用，特别对镉具有非常强大的吸附作用，因此本发明能够改善土壤物理、生物学和养分性状且有效修复酸化土壤。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的矿物型多孔吸附矿基生物炭的CT扫描图；
图2是本发明实施例1制备的矿物型多孔吸附矿基生物炭的SEM图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清晰明确，下面结合附图对本发明进行进一步描述，任何对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明保护范围。
实施例1
一种矿物型多孔吸附矿基生物炭的制备方法，包括以下步骤：
1）将凹凸棒土尾矿（凹凸棒土含量30%左右）经过雷蒙机球磨至200目；
2）将玉米秸秆粉碎20目风干到水分20%，米醋醋糟经过布带压滤到水分60%，再经过离心分离到水分20%，然后通过雷蒙机球磨至200目；
3）加入碳酸钙；
4）将以上物质分别按照凹凸棒土90份、玉米秸秆5份、米醋醋糟5份、碳酸钙20份的配比充分搅拌，然后进行造粒得到初级颗粒；
5）将初级颗粒经过115℃转窑高温烘干后得到半成品，烘干时间1.5h；
6）将烘干好的半成品经过300℃的转窑低温裂解，陶化和碳化，陶化和碳化时间为2h；
7）经过水冷，使物料温度降至45℃以下得到成品颗粒，该矿物型多孔吸附矿基生物炭的CT扫描图如图1所示，SEM图如图2所示，从图2可以看出制备的生物炭具有多孔隙结构，非金属矿负载在生物炭上；
8）对成品按照颗粒粒径进行筛分，按照不同粒径分别包装。
实施例2
一种矿物型多孔吸附矿基生物炭的制备方法，包括以下步骤：
1）将绿蒙石尾矿（绿蒙石含量30%左右）经过雷蒙机球磨至200目；
2）将水稻秸秆粉碎20目风干到水分20%，白酒酒糟经过布带压滤到水分60%，再经过离心分离到水分20%，然后经过雷蒙机球磨至200目；
3）加入碳酸钙；
4）将以上物质分别按照绿蒙石55份、水稻秸秆20份、白酒酒糟25份、碳酸钙10份的配比充分搅拌，然后进行造粒得到初级颗粒；
5）将初级颗粒经过200℃转窑高温烘干后得到半成品，烘干时间1.5h；
6）将烘干好的半成品经过650℃的转窑低温裂解，陶化和碳化，陶化和碳化时间为2h；
7）经过水冷，使物料温度降至45℃以下得到成品颗粒；
8）对成品按照颗粒粒径进行筛分，按照不同粒径分别包装。
实施例3
一种矿物型多孔吸附矿基生物炭的制备方法，包括以下步骤：
1）将硅藻泥尾矿（硅藻泥含量30%左右）经过雷蒙机球磨至200目；
2）将小麦秸秆粉碎20目风干到水分20%，啤酒酒糟经过布带压滤到水分60%，再经过离心分离到水分20%，然后通过雷蒙机球磨至200目；
3）加入碳酸钙；
4）将以上物质分别按照硅藻泥65份、小麦秸秆粉碎16份，啤酒酒糟20份、碳酸钙15份的配比充分搅拌，然后进行造粒得到初级颗粒；
5）将初级颗粒经过150℃转窑高温烘干后得到半成品，烘干时间1.5h；
6）将烘干好的半成品经过500℃的转窑低温裂解，陶化和碳化，陶化和碳化时间为2h；
7）经过水冷，使物料温度降至45℃以下得到成品颗粒；
8）对成品按照颗粒粒径进行筛分，按照不同粒径分别包装。
对比例1
一种矿物型多孔吸附矿基生物炭的制备方法，包括以下步骤：
1）将硅藻泥尾矿（硅藻泥含量30%左右）经过雷蒙机球磨至200目；
2）将小麦秸秆粉碎20目风干到水分20%，啤酒酒糟经过布带压滤到水分60%，再经过离心分离到水分20%，然后通过雷蒙机球磨至200目；
3）将以上物质分别按照硅藻泥65份、小麦秸秆粉碎16份，啤酒酒糟20份、碳酸钙15份的配比充分搅拌，然后进行造粒得到初级颗粒；
4）将初级颗粒经过115℃～200℃转窑高温烘干后得到半成品，烘干时间1.5h；
5）将烘干好的半成品经过400℃～450℃的转窑低温裂解，陶化和碳化，陶化和碳化时间为2h；
6）经过水冷，使物料温度降至45℃以下得到成品颗粒；
7）对成品按照颗粒粒径进行筛分，按照不同粒径分别包装。
对实施例1-实施例3及对比例1的成品进行检测，具体方法按照标准《生物炭膨润土复合污水处理剂》T/CSTM00470-2022进行测试，测试结果如表1所示。
表1 实施例1-实施例3及对比例1的成品性能检测结果
由表1实施例1-实施例3可以发现，pH值较大，呈碱性，能够很好的中和土壤的酸性，对酸化土壤修复具有优良的持效性。本发明提供的矿物型多孔吸附矿基生物炭在表面积、固定碳、碘吸附值等理化指标有较好的效果 。
对比例1与实施例3进行对比，与实施例3不同之处在于制备该成品时，没有加入碳酸钙，产品的比表面积明显较小，因为碳酸钙为产品生产原料的活化剂，在高温过程中会产生大量的二氧化碳气体，所以对产品的表面积有增大的效果。
实施例4
将实施例1制备的矿物型多孔吸附矿基生物炭进行酸化土壤调理实验：
试验在蔬菜基地单体大棚内进行，供试土壤为黄大泥田，质地为粘土，前作为玉米。试验时间为7月上旬玉米采收结束时，秸秆清理后全田采用S型5点混合采样法，采集混合样，检测土壤pH值。土壤整平后开沟整畦作小区，做成2m宽、5m长畦(沟宽20cm、深15cm)，小区面积10m2。将加有实施例1制备的矿物型多孔吸附矿基生物炭土壤与空白施用量作对比，矿物型多孔吸附矿基生物炭均匀撒施于小区土壤表面，用旋耕机翻入土中(深度20～30cm为宜)。用地膜将大棚土壤表面完全封闭，从薄膜下往畦沟灌满水，直至畦面充分湿润，并保持畦沟内有水。将大棚封闭15天后揭膜，翻耕松土。施用15天后两小区采用S型5点混合采样法采集耕层(0～20cm)土壤，混合后采用四分法，留1kg左右土壤样品供室内检测pH值，检测方法参照全国农业技术推广服务中心编印的《土壤分析技术规范》(中国农业出版社2009年7月第2版)。检测结果为施用前土壤pH值为4.7，15天后土壤pH值为5.8，达到调酸目标。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种矿物型多孔吸附矿基生物炭，其特征在于，其组成成分按质量份数包括：
非金属尾矿 55-90份，
作物秸秆 5-20份，
酿造糟渣 5-25份，
碳酸钙 10-20份。
2.根据权利要求1所述的一种矿物型多孔吸附矿基生物炭，其特在于，所述非金属尾矿为凹凸棒土尾矿、蒙脱石尾矿、硅藻泥尾矿中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种矿物型多孔吸附矿基生物炭，其特征在于，所述作物秸秆为水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种矿物型多孔吸附矿基生物炭，其特在于，所述酿造糟渣为米醋醋糟、五谷杂粮醋醋糟、白酒酒糟、黄酒酒糟、啤酒酒糟中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的矿物型多孔吸附矿基生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将非金属尾矿、作物秸秆和酿造糟渣进行预处理；
2）将处理后的非金属尾矿、作物秸秆、酿造糟渣与碳酸钙按设定的质量份数投入混合炭化箱中；充分搅拌后进行造粒得到初级颗粒；
3）将初级颗粒经过转窑115℃～200℃烘干后得到半成品；
4）将烘干好的半成品经过的转窑的300℃～650℃低温裂解，然后进行陶化和碳化；
5）经过水冷，使物料温度降至45℃以下得到成品颗粒。
6.根据权利要求5所述的矿物型多孔吸附矿基生物炭的制备方法，其特征在于：步骤1）中，所述预处理是将非金属尾矿经过雷蒙机球磨至200目，将作物秸秆和酿造糟渣烘干至水分小于10%，经过雷蒙机球磨至200目。
7.根据权利要求5所述的矿物型多孔吸附矿基生物炭的制备方法，其特征在于：步骤3）中，所述烘干时间为1.5h。
8.根据权利要求5所述的矿物型多孔吸附矿基生物炭的制备方法，其特征在于：步骤4）中，所述陶化和碳化时间为2h。
9.根据权利要求5所述的矿物型多孔吸附矿基生物炭的制备方法，其特征在于：步骤5）中，将所述成本颗粒进行筛分，按照不同粒径分别包装。
10.根据权利要求1-4中任意一项所述的矿物型多孔吸附矿基生物炭在制备土壤调理剂中的应用。
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