JP2007091591A - Soil ameliorating fertilizer, and plant cultivation method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、土壌改良肥料およびこれを用いた植物栽培方法に関する。 The present invention relates to a soil-improved fertilizer and a plant cultivation method using the same.
木炭は従来より土壌改良材として用いられている。これは、木炭が多孔質の炭素材料で
その内部表面積が非常に大きく、土壌に適用すると、その土壌の通気性・保水性・透水性
・保肥力が向上し、また、土壌の保温、土壌微生物の増加、酸性土壌の矯正、ミネラル分
の補給などの効果が得られるためである。
ところで、重金属、農薬、有機塩素化合物による水質や土壌の汚染は、環境を破壊する
ものとして問題になっている。これらの有害物質は木炭、活性炭やゼオライト等の吸着材
で吸着除去することができるが、陰イオンの形態で存在する硝酸性窒素や亜硝酸性窒素は
吸着材による処理が難しい。すなわち、例えば木炭は、活性炭とともに代表的な多孔質炭
素材料であり、土壌改良材の他、調湿材、河川浄化材などとして広く用いられ、排ガス中
の塩素系ガスや硫黄酸化物などの除去にも利用されている。しかし、これは、活性炭と同
様に、多孔質炭素材料の内部の微細孔による吸着特性を利用しているに過ぎず、陰イオン
の形態で存在する硝酸性窒素をほとんど吸着しない。
By the way, contamination of water quality and soil by heavy metals, agricultural chemicals, and organic chlorine compounds has become a problem as destroying the environment. These harmful substances can be adsorbed and removed by adsorbents such as charcoal, activated carbon and zeolite, but nitrate nitrogen and nitrite nitrogen present in the form of anions are difficult to treat with adsorbents. That is, for example, charcoal is a typical porous carbon material together with activated carbon, widely used as a soil conditioner, humidity control material, river purification material, etc., and removes chlorine-based gases and sulfur oxides in exhaust gas. It is also used. However, like activated carbon, this only utilizes the adsorption characteristics of the fine pores inside the porous carbon material, and hardly adsorbs nitrate nitrogen existing in the form of anions.
そこで、本発明者らは、酸溶液を炭化物に接触させて得られた素材について検討した結
果、炭化処理温度や前記酸溶液の濃度にも依るが、この素材が優れた陰イオン吸着性能を
持つことを知見するに至った。
Therefore, as a result of studying the material obtained by bringing the acid solution into contact with the carbide, the present inventors have excellent anion adsorption performance, depending on the carbonization temperature and the concentration of the acid solution. I came to know that.
すなわち、例えば、原料植物を炭化処理して得られる炭化物である木炭に、塩酸(HC
l)、硫酸(H2 SO4 )等の酸溶液を接触(酸処理)させれば、この素材に陰イオン吸
着能が発現される。これは、原料植物の炭化物の微細孔壁面に存在する官能基に、吸着対
象の陰イオンとイオン交換可能である陰イオンが結合したためである。
That is, for example, charcoal, which is a carbide obtained by carbonizing a raw material plant, is added to hydrochloric acid (HC
l) If an acid solution such as sulfuric acid (H 2 SO 4 ) is brought into contact (acid treatment), the anion adsorption ability is expressed in this material. This is because an anion capable of ion exchange with an anion to be adsorbed is bonded to a functional group present on the fine pore wall surface of the carbide of the raw material plant.
そして、本発明者らは、開発した上記炭素材料、すなわち原料植物を炭化処理して得ら
れる炭化物に酸溶液を接触させることにより陰イオン吸着特性を持たせた炭素材料に、植
物の窒素肥料となる硝酸性窒素や亜硝酸性窒素を吸着させることに想到した。
Then, the present inventors have developed the above-mentioned carbon material, that is, a carbon material provided with anion adsorption characteristics by contacting an acid solution with a carbide obtained by carbonizing a raw material plant, and plant nitrogen fertilizer and I came up with the idea of adsorbing nitrate nitrogen and nitrite nitrogen.
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、土壌改良効果に優れ
植物の生育を促進することができる土壌改良肥料およびこれを用いた植物栽培方法を提供
することである。
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned matters, and an object thereof is to provide a soil-improving fertilizer that has an excellent soil improvement effect and can promote the growth of plants, and a plant cultivation method using the same. is there.
上記目的を達成するために、第1発明の土壌改良肥料は、原料植物を炭化処理して得ら
れる炭化物に酸溶液を接触させることにより陰イオン吸着特性を持たせた炭素材料からな
るか、または前記炭素材料を含むことを特徴としている(請求項1)。なお、酸溶液を炭
化物に接触させる方法としては、酸溶液の滴下、塗布、吹付、噴霧などが可能であるが、
炭化物を酸溶液に浸漬させることが最も効率的である。また、前記酸溶液としては、例え
ば、水に溶けたときに水素イオンを生じる物質を含む水溶液であるHCl溶液やH2 SO
4 溶液などが挙げられる。さらに、炭素材料に硝酸性窒素および/または亜硝酸性窒素を
吸着させる方法としては、硝酸性窒素および/または亜硝酸性窒素を含む液体の滴下、塗
布、吹付、噴霧などが可能であるが、炭素材料を前記液体に浸漬させることが最も効率的
である。
In order to achieve the above object, the soil-improved fertilizer of the first invention is made of a carbon material having anion adsorption characteristics by contacting an acid solution with a carbide obtained by carbonizing a raw material plant, or The carbon material is included (claim 1). In addition, as a method of bringing the acid solution into contact with the carbide, the acid solution can be dropped, applied, sprayed, sprayed, etc.
It is most efficient to immerse the carbide in the acid solution. Examples of the acid solution include an HCl solution that is an aqueous solution containing a substance that generates hydrogen ions when dissolved in water, and H 2 SO.
Examples include 4 solutions. Furthermore, as a method for adsorbing nitrate nitrogen and / or nitrite nitrogen to the carbon material, dropping, coating, spraying, spraying, etc. of a liquid containing nitrate nitrogen and / or nitrite nitrogen are possible. It is most efficient to immerse the carbon material in the liquid.
また、本発明者らは、前記炭素材料を得るに際して、原料植物を炭化する前に、当該原
料植物にカルシウムイオンを含む溶液(陽イオンとして主にカルシウムイオンが含まれる
のが望ましい)、例えば水酸化カルシウム(Ca(OH)2 )の飽和水溶液(石灰水)ま
たは懸濁液(石灰乳)を含浸させて、原料植物にCaを導入処理しておき、その後、この
Ca導入材を炭化し、得られたCa導入炭をHCl、H2 SO4 等の酸で処理(酸溶液を
接触処理)すると、より優れた陰イオン吸着特性が得られることを見出した。
In addition, when obtaining the carbon material, the present inventors prior to carbonizing the raw plant, a solution containing calcium ions in the raw plant (desirably containing mainly calcium ions as cations), for example, water A saturated aqueous solution (lime water) or suspension (lime milk) of calcium oxide (Ca (OH) 2 ) is impregnated, Ca is introduced into the raw material plant, and then the Ca introduced material is carbonized. It has been found that when the obtained Ca-introduced charcoal is treated with an acid such as HCl and H 2 SO 4 (acid solution is contact-treated), more excellent anion adsorption characteristics can be obtained.
すなわち、前記原料をカルシウムイオンを含む溶液に浸漬させると、溶液が原料に染み
込むことでCa導入チップを得ることができる。特に、カルシウムイオンを含む溶液とし
てアルカリ性の溶液を用いる場合、図11(A)に示すように、原料植物としての木質チ
ップ5を石灰水18に浸漬して石灰水18に接触させると、石灰水18中のCaが木質チ
ップ5に導入され、同図(C)に示すように、Ca導入チップ16が得られる。これは、
同図(B)に示すように、アルカリによって木質チップ5中の有機物が溶け出し、Caイ
オンが木質チップ5の成分と反応するからであると考えられる。なお、原料植物を前処理
としての接触処理に用いる石灰水(または石灰乳)の濃度としては、Ca(OH)2 0.
1重量%〜50重量%が好ましく、0.2重量%〜10重量%がより好ましい。
That is, when the raw material is immersed in a solution containing calcium ions, a Ca-introduced chip can be obtained by the solution soaking into the raw material. In particular, when an alkaline solution is used as a solution containing calcium ions, as shown in FIG. 11A, when the
As shown in FIG. 5B, it is considered that the organic matter in the
1 to 50% by weight is preferable, and 0.2 to 10% by weight is more preferable.
続いて、前記Ca導入チップ16を、図12(A)に示すように炭化すると、同図(C
)に示すようなCa導入炭化チップ(Ca導入炭)21が得られるが、この炭化時に、C
a導入チップ16(同図(B)参照)中の有機物が熱によって分解するのと同時に、Ca
イオンがCa導入チップ16の微細孔壁表面に析出する〔同図(C)参照〕と考えられる
。この場合、CaイオンがCa導入チップ16の微細孔壁表面に析出してくるので〔同図
(B)参照〕、微細で高分散状態となることにより、多くの官能基を微細孔壁の隅々から
引き出すものと考えられる。
Subsequently, when the Ca
Ca-introduced carbonized chips (Ca-introduced charcoal) 21 as shown in FIG.
a At the same time as the organic matter in the introduction chip 16 (see FIG. 5B) is decomposed by heat,
It is considered that ions are deposited on the surface of the fine pore wall of the Ca-introduced chip 16 [see FIG. In this case, since Ca ions are precipitated on the surface of the fine pore wall of the Ca-introduced chip 16 (see FIG. 5B), the fine and highly dispersed state causes many functional groups to be formed at the corners of the fine pore wall. It is thought to draw from people.
その後、図13(A)に示すように、Ca導入炭21を酸溶液であるHCl溶液12に
浸漬すると、同図(B)および(C)に示すように、Ca導入炭21の表面の官能基に結
合したカルシウムイオンおよび前記官能基に塩化物イオン(Cl- )が結合して、同図(
D)に示すように、前記官能基に塩化物イオンがカルシウムイオンを介してまたは直接結
合している酸処理Ca導入炭21Sが得られると考えられる。そして、このようにして得
られる酸処理Ca導入炭21Sは、第1発明の土壌改良肥料と比べて、多くの官能基を有
するので、その陰イオン吸着特性がより優れたものとなる。なお、Ca導入炭21を酸溶
液12に浸漬させて上記酸処理を行う場合、減圧下で行うのが好ましく、1330Pa〜
13.3Paの圧力範囲で行うのが好ましい。
Thereafter, as shown in FIG. 13A, when the Ca-introduced
As shown in D), it is considered that the acid-treated Ca-introduced
It is preferable to carry out in a pressure range of 13.3 Pa.
以上のことから、第2発明の土壌改良肥料は、カルシウム導入処理した原料植物を炭化
処理して得られる炭化物に酸溶液を接触させることにより陰イオン吸着特性を持たせた炭
素材料からなるか、または前記炭素材料を含むことを特徴としている(請求項2)。ここ
で、原料植物にカルシウムイオンを含む溶液を接触させることにより前記カルシウム導入
処理がなされていることが好ましい(請求項3)。なお、原料植物にカルシウムイオンを
含む溶液(例えば石灰水等)を接触させる方法としては、前記溶液の滴下、塗布、吹付け
、噴霧などが可能であるが、原料植物を前記溶液に浸漬させることが最も効率的である。
カルシウムを含む溶液としては、石灰水、石灰乳の他、酢酸カルシウム溶液や塩化カル
シウム溶液等が挙げられ、カルシウムとして0.03〜30重量%、より好ましくは0.
1〜7.0重量%含まれるものが好適である。
From the above, the soil-improved fertilizer of the second invention is made of a carbon material having anion adsorption characteristics by contacting an acid solution with a carbide obtained by carbonizing a calcium-treated raw material plant, Alternatively, the carbon material is included (claim 2). Here, it is preferable that the calcium introduction treatment is performed by contacting a raw material plant with a solution containing calcium ions (Claim 3). In addition, as a method of bringing a solution (for example, lime water) containing calcium ions into contact with the raw material plant, the solution can be dropped, applied, sprayed, sprayed, etc., but the raw material plant is immersed in the solution. Is the most efficient.
Examples of the solution containing calcium include calcium acetate solution and calcium chloride solution in addition to lime water and lime milk, and 0.03 to 30% by weight as calcium, more preferably 0.8.
Those containing 1 to 7.0% by weight are preferred.
また、炭化処理後の原料植物の接触処理に用いる酸溶液は、HCl、H2 SO4 といっ
た、土壌改良肥料の製造時において排水処理に支障のない酸溶液を用いるのが好ましい。
そして、この酸溶液の濃度は、0.01mol/L以上(請求項4)が好ましい。これは
、酸溶液濃度が0.01mol/Lを下回ると、十分な吸着特性が得られないためである
。なお、より詳しくは、前記酸溶液濃度は0.01mol/L〜20mol/Lであり、
好ましくは0.1mol/L〜10mol/Lである。また、酸溶液としては、吸着対象
陰イオンとイオン交換可能な陰イオンを含むものが望ましいが、炭化前に植物からなる材
料を接触させる溶液中に、吸着対象陰イオンとイオン交換が可能な陰イオンを含む場合は
この限りではない。
The acid solution used for the contact treatment of the raw material plant after the carbonization treatment is preferably an acid solution such as HCl or H 2 SO 4 that does not interfere with the waste water treatment during the production of the soil-improved fertilizer.
The concentration of the acid solution is preferably 0.01 mol / L or more (Claim 4). This is because sufficient adsorption characteristics cannot be obtained when the acid solution concentration is less than 0.01 mol / L. In more detail, the acid solution concentration is 0.01 mol / L to 20 mol / L,
Preferably it is 0.1 mol / L-10 mol / L. The acid solution preferably contains an anion that can exchange ions with the anion to be adsorbed, but the anion that can exchange ions with the anion to be adsorbed in the solution in contact with the plant material before carbonization. This is not the case when ions are included.
また、本発明者らは、鋭意研究の結果、植物からなる原料を炭化する前に、当該原料に
予め金属塩化物を含む溶液、例えばCaCl2 を含む溶液を接触させて原料内にCaCl
2 を導入しておき、その後、このCaCl2 を導入した原料を炭化すれば、これにより得
られる炭化材料が優れた陰イオンの吸着性能を有することを知見するに至った。
Further, as a result of diligent research, the present inventors have made contact with a solution containing a metal chloride in advance, such as a solution containing CaCl 2 , before carbonizing the raw material made of plants, and CaCl 2 is brought into the raw material.
2 was introduced, and then the raw material into which the CaCl 2 was introduced was carbonized, and it was found that the carbonized material obtained thereby had excellent anion adsorption performance.
したがって、第3発明の土壌改良肥料は、金属塩化物を導入処理した原料植物を炭化処
理することによりその炭化物に陰イオン吸着特性を持たせた炭素材料からなるか、または
前記炭素材料を含むことを特徴としている(請求項5)。炭化物内に含有する金属塩化物
の塩化物イオンが陰イオン交換能を発現するため、炭化物は土壌改良肥料として機能する
のである。なお、原料植物への金属塩化物の導入処理は、金属塩化物を含む溶液を前記原
料植物に接触させることによって行え、この接触方法としては、前記溶液の滴下、塗布、
吹付け、噴霧等が可能であるが、前記原料植物を前記溶液に浸漬させることが最も効率的
である。
Therefore, the soil-improved fertilizer of the third invention is made of a carbon material in which the raw material plant into which the metal chloride has been introduced is carbonized so as to have the anion-adsorbing property of the carbide, or contains the carbon material. (Claim 5). Since the chloride ion of the metal chloride contained in the carbide expresses the anion exchange ability, the carbide functions as a soil improvement fertilizer. In addition, the introduction treatment of the metal chloride into the raw material plant can be performed by bringing the solution containing the metal chloride into contact with the raw material plant.
Although spraying, spraying, and the like are possible, it is most efficient to immerse the raw material plant in the solution.
上記第3発明の土壌改良肥料において、原料植物を、金属塩化物としてCaCl2 を含
む溶液に浸漬して、原料にCaイオンとClイオンとを導入処理し、その後、このCaC
l2 導入材を炭化して得られるCaCl2 導入炭には、優れた陰イオン吸着性能が認めら
れる。
In the soil-improved fertilizer of the third invention, the raw material plant is immersed in a solution containing CaCl 2 as a metal chloride to introduce Ca ions and Cl ions into the raw material, and then this CaC
CaCl 2 -introduced coal obtained by carbonizing the l 2 -introduced material has excellent anion adsorption performance.
すなわち、例えば、図17(A)に示すように、原料としての木質チップ5をCaCl
2 溶液100に浸漬してCaCl2 溶液100に接触させると、CaCl2 溶液100中
のCaイオンとClイオンが木質チップ5に導入され、同図(C)に示すように、CaC
l2 導入チップ101が得られる。これは、同図(B)に示すように、木質チップ5中の
組織、特に通道組織にCaCl2 溶液100が染み込むからである。なお、原料の前処理
(接触処理)に用いる前記CaCl2 溶液100の濃度としては、CaCl2 0.1重量
%〜50重量%が好ましく、1重量%〜20重量%がコスト的により好ましい。0.1重
量%を下回ると高い陰イオン吸着能は発現されず、50重量%を越えても陰イオン吸着能
は向上しない。
That is, for example, as shown in FIG.
When immersed in 2
The l 2 introduction chip 101 is obtained. This is because the CaCl 2 solution 100 soaks into the tissue in the
続いて、前記CaCl2 導入チップ101を、図18(A)に示すように炭化すると、
同図(C)に示すように炭素材料1が得られる。この炭化の過程では、CaCl2 導入チ
ップ101中の有機物が熱で分解するのと同時に、ClイオンおよびCaイオンがCaC
l2 導入チップ101の微細孔壁表面に析出する。このとき、同図(B)に示すように、
ClイオンおよびCaイオンはCaCl2 導入チップ101の微細孔壁表面に微細で高分
散状態に析出し、多くの官能基を微細孔壁の隅々から引き出す。その結果、同図(C)に
示すように、Clイオンが、微細孔壁表面に引き出された多数の官能基に金属イオン(こ
の場合Caイオン)を介してまたは直接結合された状態になると考えられる。
Subsequently, when the CaCl 2 introduction chip 101 is carbonized as shown in FIG.
A
Deposited on the surface of the fine pore wall of the l 2 introduction chip 101. At this time, as shown in FIG.
Cl ions and Ca ions are precipitated in a fine and highly dispersed state on the surface of the fine pore wall of the CaCl 2 introduction chip 101, and many functional groups are drawn out from every corner of the fine pore wall. As a result, as shown in FIG. 6C, it is considered that Cl ions are bonded to a large number of functional groups extracted on the surface of the microporous wall via metal ions (in this case, Ca ions) or directly. It is done.
なお、前記金属塩化物の含有量としては、前記炭化物内に結合される金属塩化物を灰分
として2%〜25%含有させてあることが好ましい(請求項6)。炭化物内に結合される
金属塩化物とは、炭化物内に単に付着している金属塩化物を除く金属塩化物であり、炭化
物内に結合しているため、水や酸で洗い流した後に溶解せずに残留する金属塩化物をいう
。2%を下回ると陰イオン吸着能が劣り、25%を上回っても陰イオン吸着能は向上しな
い傾向がある。
In addition, as content of the said metal chloride, it is preferable to contain 2 to 25% of the metal chloride couple | bonded in the said carbide | carbonized_material as ash (Claim 6). The metal chloride bonded in the carbide is a metal chloride except for the metal chloride that is simply adhered in the carbide. Since it is bonded in the carbide, it does not dissolve after washing with water or acid. The metal chloride remaining in If it is less than 2%, the anion adsorption ability is inferior, and even if it exceeds 25%, the anion adsorption ability tends not to be improved.
さらに、請求項5および6に係る発明において、前記炭化物を水および/または酸に接
触させてあることが好ましい(請求項7)。なお、水および/または酸を前記炭化物に接
触させる方法としては、水および/または酸の滴下、塗布、吹付け、噴霧などが可能であ
るが、前記炭化物を水および/または酸に浸漬させることが最も効率的である。
Furthermore, in the invention according to
ここで、前記炭化物に水および/または酸を接触させることが好ましいことの理由は以
下のように考えられる。すなわち、図17および図18に示したようにして得られた炭素
材料(CaCl2 炭)1を、図19(A)に示すように、例えば塩酸102や硫酸等の酸
に浸漬(接触)させると、炭素材料1に付着していた余分な金属塩化物の結晶が除去され
る。しかも、酸として塩酸102を用いた場合は、前記炭素材料1の官能基と結合するC
lイオンが新たに増加し、同図(B)から同図(C)に示す状態に変わり、これらのこと
から、製造した陰イオン吸着能が高まって好ましい。なお、前記炭化物に塩酸102等の
酸ではなく水を接触させた場合にも、炭素材料1に付着していた余分な金属塩化物の結晶
が除去され、陰イオン吸着能を高めることができる。
Here, the reason why it is preferable to contact the carbide with water and / or an acid is considered as follows. That is, the carbon material (CaCl 2 charcoal) 1 obtained as shown in FIGS. 17 and 18 is immersed (contacted) in an acid such as
l ion is newly increased, and the state changes from the state (B) to the state (C). From these, the produced anion adsorbing ability is increased, which is preferable. Even when the carbide is brought into contact with water instead of an acid such as
具体的には、前記金属塩化物としてCaCl2 またはBaCl2 が挙げられる(請求項
8)。
Specifically, examples of the metal chloride include CaCl 2 and BaCl 2 .
なお、上記第1発明〜第3発明の土壌改良肥料における原料植物としては、植物体であ
れば何でもよいが、天然繊維や木質材料の1種以上からなり、かつ炭化物が微細孔を有す
るものが好ましく、例えば、間伐材、伐採木、廃木材等全ての木質材料や麻等の天然繊維
を挙げることができる。具体的には、吸水性の高い檜や杉等の針葉樹を例えば50mm以
下(好適には10mm以下)のサイズにチップ化した木質チップを用いるのが好ましい。
さらに、前記木質チップのほかに、竹、おが屑、籾殻、椰子、ビンロウジュ、ジュート、
藁、ミカンやリンゴの皮、ミカンやリンゴの搾りかす等の農産廃棄物を用いてもよい。ま
た、植物体の中で特に通道組織(道管、仮道管または師管)を有する部分が好ましい。
前記原料を接触させる溶液として吸着対象陰イオンとイオン交換可能な陰イオン(例え
ば塩化物イオン等)をほとんど含まずカルシウムイオンを含む溶液(例えば石灰水や石灰
乳等)を用いる場合、前記原料としては、カルシウムを導入した後炭化すると、その炭化
物の微細孔に100nm以下の粒径のCa化合物が無数に形成されるようなものが好まし
い。
また、吸着対象陰イオンとイオン交換可能な陰イオン(例えば塩化物イオン等)とカル
シウムイオンを共に含む溶液(例えば塩化カルシウム溶液や酢酸カルシウム溶液等)を用
いる場合は、前記原料として、溶液に浸漬する際、溶液が染み込み易いようなものが望ま
しい。
In addition, as a raw material plant in the soil improvement fertilizer of the said 1st invention-3rd invention, if it is a plant body, anything may be sufficient, but what consists of 1 type or more of a natural fiber and a woody material, and a carbide | carbonized_material has a micropore. Preferable examples include all wood materials such as thinned wood, felled trees, waste wood, and natural fibers such as hemp. Specifically, it is preferable to use a wood chip in which conifers such as birch and cedar having high water absorption are chipped to a size of, for example, 50 mm or less (preferably 10 mm or less).
In addition to the wood chips, bamboo, sawdust, rice husk, coconut, areca, jute,
Agricultural waste such as persimmon, mandarin orange and apple peel, and squeezed mandarin orange and apple may be used. Moreover, the part which has a passage tissue (a road pipe, a temporary path pipe, or a master pipe) in a plant body is especially preferable.
In the case of using a solution (for example, lime water or lime milk) that contains almost no anion (for example, chloride ion) ion-exchangeable with the anion to be adsorbed as the solution in contact with the material (for example, lime water or lime milk), Preferably, when carbon is introduced and then carbonized, countless Ca compounds having a particle size of 100 nm or less are formed in the fine pores of the carbide.
In addition, when using a solution (for example, calcium chloride solution or calcium acetate solution) containing both an anion (for example, chloride ion) ion-exchangeable with the anion to be adsorbed and calcium ion, it is immersed in the solution as the raw material. In this case, it is desirable that the solution easily penetrates.
そして、上記いずれの発明においても、原料植物の炭化処理温度は、400℃〜100
0℃であることが好ましい(請求項9)。これは、炭化処理温度が400℃を下回ると、
微細孔が発達せず吸着材としての性能が劣り、前記温度が1000℃を超えると、炭素化
が進みすぎることにより吸着特性が得られないからである。なお、炭化処理温度としてよ
り好ましくは500℃〜900℃であり、最も好ましいのは約650℃〜750℃である
。
And in any said invention, the carbonization temperature of a raw material plant is 400 to 100 degreeC.
It is preferably 0 ° C. (Claim 9). This is because when the carbonization temperature is below 400 ° C,
This is because fine pores do not develop and performance as an adsorbent is inferior, and if the temperature exceeds 1000 ° C., adsorption characteristics cannot be obtained due to excessive carbonization. The carbonization temperature is more preferably 500 ° C to 900 ° C, and most preferably about 650 ° C to 750 ° C.
なお、第1発明のように、植物原料にCaを導入しない場合は、炭化処理の際の加熱温
度による炭化物の官能基の生成量の差は少ない。一方、第2発明のように、植物原料に予
めCaを導入してある場合には、炭化処理過程で、温度および時間を適切に制御すれば炭
化物の官能基をより多く生成させることができる。
In the case where Ca is not introduced into the plant raw material as in the first invention, there is little difference in the generation amount of the functional group of the carbide depending on the heating temperature during the carbonization treatment. On the other hand, when Ca is previously introduced into the plant raw material as in the second invention, more functional groups of carbides can be generated if the temperature and time are appropriately controlled during the carbonization process.
詳しくは、予めCaを導入した植物原料を炭化するに際して、650〜750℃の炭化
処理温度を例えば1時間持続させた後、自然冷却させる場合の方が、約600℃および約
800℃の炭化処理温度を1時間持続させた後、自然冷却させる場合に比べて、より多く
の官能基が形成できることを本発明者らは確認した。すなわち、Caを導入した場合、電
子顕微鏡で観察すると、650〜750℃の炭化処理温度で炭化させた炭化物では、Ca
化合物の微粒子が炭化物の微細孔壁面に半ば析出して均一に分散している様子が観察され
た。一方、約600℃の炭化処理温度では、Ca化合物の微粒子の微細孔壁面への析出が
十分行われていない様子が観察された。また、約800℃の炭化処理温度では、Ca化合
物の微粒子の微細孔壁面への析出は見られるものの、欠落が多くなっている様子が観察さ
れた。このように、Caが炭化物の微細孔壁面から官能基をできるだけ多く引出すために
必要な炭化処理温度として約650〜750℃、特に約700℃を挙げることができる。
Specifically, when carbonizing a plant material into which Ca has been introduced in advance, carbonization treatment at about 600 ° C. and about 800 ° C. is performed when the carbonization treatment temperature of 650 to 750 ° C. is maintained for, for example, 1 hour and then naturally cooled. The present inventors have confirmed that more functional groups can be formed as compared with the case where the temperature is maintained for 1 hour and then naturally cooled. That is, when Ca is introduced and observed with an electron microscope, the carbide carbonized at a carbonization temperature of 650 to 750 ° C.
It was observed that the fine particles of the compound were partially deposited on the fine pore wall surface of the carbide and uniformly dispersed. On the other hand, at the carbonization temperature of about 600 ° C., it was observed that the Ca compound fine particles were not sufficiently deposited on the fine pore wall surfaces. Moreover, although the precipitation of Ca compound fine particles on the fine pore wall surface was observed at a carbonization temperature of about 800 ° C., it was observed that the number of missing portions increased. Thus, about 650-750 degreeC, especially about 700 degreeC can be mentioned as a carbonization process temperature required in order for Ca to draw out as many functional groups as possible from the fine pore wall surface of a carbide | carbonized_material.
また、硝酸性窒素および/または亜硝酸性窒素を含有する液体から硝酸性窒素および/
または亜硝酸性窒素を除去するための浄化材として前記炭素材料を使用することにより形
成してもよい(請求項10)。すなわち、前記炭素材料を浄化材として陰イオンの形態で
存在する硝酸性窒素や亜硝酸性窒素の除去に用いると、予め硝酸性窒素や亜硝酸性窒素が
炭素材料に吸着され、この発明に係る土壌改良肥料が得られ、浄化材として使用済みの炭
素材料の有効利用を図ることができる。
Further, from a liquid containing nitrate nitrogen and / or nitrite nitrogen, nitrate nitrogen and / or
Or you may form by using the said carbon material as a purification | cleaning material for removing nitrite nitrogen (Claim 10). That is, when the carbon material is used as a purification material to remove nitrate nitrogen and nitrite nitrogen present in the form of anions, nitrate nitrogen and nitrite nitrogen are adsorbed to the carbon material in advance, and according to the present invention. A soil-improved fertilizer is obtained, and effective use of the carbon material that has been used as a purification material can be achieved.
そして、第4発明の植物栽培方法は、請求項1〜10のいずれかに記載の土壌改良肥料
を用いて植物を栽培することを特徴としている(請求項11)。前記土壌改良肥料は、そ
のままの形状(チップ状)で使用することもできるが、粒体状または粉体状またはペレッ
ト状に加工することができる。
And the plant cultivation method of 4th invention is characterized by cultivating a plant using the soil improvement fertilizer in any one of Claims 1-10 (Invention 11). The soil-improved fertilizer can be used as it is (chip shape), but can be processed into a granular form, a powder form or a pellet form.
また、第5発明の植物栽培方法は、請求項1〜10のいずれかに記載の土壌改良肥料を
土壌に混合または土壌表面に積層または土壌下層に埋設して植物を栽培することを特徴と
している(請求項12)。この方法は、例えば、チップ状または粒体状または粉体状また
はペレット状の前記土壌改良肥料を、土壌に混合したり、撒布(散布)等によって土壌表
面に積層したり、土壌下層に埋設することで実施される。また、土壌改良肥料には、単な
る木炭等、従来から使用されている材料を併用してもよい。
Moreover, the plant cultivation method of the 5th invention is characterized by cultivating a plant by mixing the soil-improved fertilizer according to any one of
請求項1に係る発明では、土壌改良効果に優れ植物の生育を促進することができる土壌
改良肥料が得られる。すなわち、この発明の土壌改良肥料は炭化物よりなるか、または炭
化物を含み、この炭化物が、土壌の通気性・保水性・透水性・保肥力を向上させる他、土
壌の保温、土壌微生物の増加、酸性土壌の矯正、ミネラル分の補給など土壌改良材として
の効果を発揮する。また、この土壌改良肥料は、他に施肥する肥料から溶脱する硝酸性窒
素や亜硝酸性窒素を吸着して、それらによる汚染を軽減することができるとともに、吸着
させた硝酸性窒素や亜硝酸性窒素は植物の窒素肥料となる。
In the invention which concerns on
また、請求項2に係る発明では、炭素材料の陰イオン吸着性能が向上し、それに伴って
、吸着保持する硝酸性窒素や亜硝酸性窒素の量を増加させることができるので、植物の生
育促進効果がより高まった土壌改良肥料が得られる。
Moreover, in the invention which concerns on
請求項3〜10に係る発明でも、原料植物を炭化処理して得られる炭化物に陰イオン吸
着特性を持たせ、硝酸性窒素および/または亜硝酸性窒素を吸着できる炭素材料からなる
か、または前記炭素材料を含むので、環境にやさしいものとなっているとともに、安価に
製造することができる土壌改良肥料が得られる。
Also in the inventions according to
さらに、請求項11および12に係る植物栽培方法は、例えば、チップ状または粒体状
または粉体状またはペレット状の前記土壌改良肥料を土壌に混合したり土壌表面に積層し
たり土壌下層に埋設することで実施することができ、上記方法によれば、前記土壌改良肥
料は優れた土壌改良効果および植物の生育促進効果を発揮するので、植物を良好に栽培す
ることができる。
Furthermore, in the plant cultivation method according to
図1〜図4は、この発明の第1実施例を示す。まず、図1は、この発明の土壌改良肥料
を構成する炭素材料1の一例を示すもので、この実施例では、長さが10mm程度のチッ
プ状に形成されている。そして、図2は、前記チップ状の炭素材料1を適宜径の粒体(ペ
レット)1aに形成した例を示している。
1 to 4 show a first embodiment of the present invention. First, FIG. 1 shows an example of the
前記炭素材料1を製造する装置および方法について、図3および図4を参照しながら説
明する。図3は、炭素材料1を製造する装置の一例を概略的に示すもので、この図におい
て、5は原料植物で、この実施例では木質チップである。この木質チップ5は、例えば、
吸水性の高い檜や杉等の針葉樹を50mm以下(好適には10mm以下)の適宜のサイズ
にチップ化したものである。6は木質チップ5を炭化処理する炭化処理炉で、その内部に
は適宜の熱源7によって加熱される炭化炉本体8が収容されている。この炭化炉本体8の
導入部8aから供給された木質チップ5は、適宜の温度(後述する)、適宜の時間(後述
する)加熱することにより炭化され、炭化チップ(炭化物)9として排出部8bから排出
される。
The apparatus and method for producing the
Coniferous trees such as birch and cedar having high water absorption are formed into chips in an appropriate size of 50 mm or less (preferably 10 mm or less).
そして、図3において、10は前記炭化チップ9を酸処理する装置で、例えば、処理槽
11内に適宜濃度のHClが酸溶液12として収容されている。なお、13は処理槽11
内に設けられる攪拌用羽根13で、モータ(図示していない)によって回転駆動され、処
理槽11内の酸溶液12の濃度を均一になるように攪拌するものである。
In FIG. 3,
An agitating
また、図3において、14は前記酸処理、中和処理、中和後水洗い処理(以下、酸処理
等という)後の炭化チップ(酸処理炭化チップ)9Sを乾燥させる乾燥機で、この乾燥機
14には炭化処理炉6から排出される排熱が供給されるようにしてある。
In FIG. 3, 14 is a dryer for drying the carbonized chips (acid-processed carbonized chips) 9S after the acid treatment, neutralization treatment, and post-neutralization water washing treatment (hereinafter referred to as acid treatment). 14 is supplied with exhaust heat discharged from the
上記装置を用いて、原料植物5から炭素材料1を得る手順の一例を、図4をも参照しな
がら説明すると、まず、檜や杉等の針葉樹を10mm以下の適宜のサイズにチップ化した
木質チップ5を用意する(ステップS11)。
An example of a procedure for obtaining the
前記木質チップ5は、炭化処理炉6の炭化炉本体8に供給され、400℃〜1000℃
の温度範囲で1時間程度加熱され炭化処理される(ステップS12)。これによって、炭
化チップ9が得られる。
The
In the temperature range for about 1 hour and carbonized (step S12). Thereby, the
前記炭化チップ9は、酸処理装置10に供給され、処理槽11内の0.01mol/L
〜20mol/Lに調整された酸溶液12に浸漬され、酸処理される(ステップS13)
。この酸処理後の酸処理炭化チップ9Sは、一般的には乾燥機14において乾燥処理され
る(ステップS14)。この場合、酸処理炭化チップ9Sをそのまま乾燥機14に送るよ
うにしてもよいが、適宜のアルカリ溶液に浸漬するなどして中和処理したり、さらには、
中和処理後に水洗いしてもよい。なお、酸処理炭化チップ9Sを湿潤状態で使用するとき
は、乾燥処理をしないこともある。
The
It is immersed in the
. The acid-treated
You may wash with water after the neutralization process. When the acid-treated
そして、前記乾燥処理後の酸処理炭化チップ9Sは、加工を施さずにそのままの形状で
炭素材料1として使用することもできるが、この実施例では適宜の加工機を用いて適宜径
の粒体(ペレット)やより細かな粉体に形成され、これを炭素材料1としてある(ステッ
プS15)。
Then, the acid-treated
上述の第1実施例では、原料植物(例えば、木質チップ)5を炭化処理し、この炭化処
理によって得られる炭化物(例えば、炭化チップ)9を酸溶液12に浸漬処理して前記炭
化物9に陰イオン吸着特性を持たせて炭素材料1を得るようにしていたが、原料植物5と
してカルシウム導入処理したものを用いて炭素材料1を得るようにしてもよい。以下、こ
れを第2実施例として、図5および図6を参照しながら説明する。
In the first embodiment described above, the raw material plant (for example, wood chips) 5 is carbonized, and the carbide (for example, carbonized chips) 9 obtained by this carbonization treatment is immersed in the
まず、図5は、炭素材料1を製造する装置の他の例を概略的に示すもので、この図にお
いて、図3に示した符号と同一符号は同一物である。この実施例における装置が図3に示
した第1実施例の装置と大きく異なる点を説明すると、15は木質チップ5にCaを導入
処理し、Ca導入チップ16とするための装置で、例えば、処理槽17内にカルシウムイ
オンを含む溶液18を収容してなるものであり、この実施例では、前記カルシウムイオン
を含む溶液18は適宜濃度の石灰水(または石灰乳)18である。なお、19は処理槽1
7内に設けられる攪拌用羽根で、モータ(図示していない)によって回転駆動され、処理
槽17内のカルシウムイオンを含む溶液18を濃度が均一になるように攪拌するものであ
る。
First, FIG. 5 schematically shows another example of an apparatus for producing the
7 is agitating blades that are rotationally driven by a motor (not shown), and stir the
また、図5において、20は前記Ca導入処理装置15において得られるCa導入チッ
プ16を乾燥させる乾燥機で、この乾燥機20には炭化処理炉6から排出される排熱が供
給されるようにしてある。
In FIG. 5,
上記装置を用いて、原料植物5から炭素材料1を得る手順の一例を、図6をも参照しな
がら説明すると、まず、檜や杉等の針葉樹を10mm以下の適宜のサイズにチップ化した
木質チップ5を用意する(ステップS21)。
An example of a procedure for obtaining the
前記木質チップ5をCa導入処理装置15の処理槽17内の5重量%に調整されたカル
シウムイオンを含む溶液18内に例えば、3時間以上浸漬する。この場合、溶液18を木
質チップ5へ充分染み込ませるため、或いはカルシウムイオンを木質チップ5の成分と充
分反応させるために、木質チップ5の浸漬中に、攪拌羽根19を回転させることが好まし
い。これによって、Caイオンが木質チップ5の成分と充分反応することができ、木質チ
ップ5にCaが導入されたCa導入チップ16が得られる(ステップS22)。なお、前
記Ca導入処理は、石灰乳を用いた方が処理効率がよい。また、溶液18としては、石灰
水や石灰乳に代えて、塩化カルシウム溶液や酢酸カルシウム溶液を用いることもできる。
The
前記Ca導入処理酸処理後のCa導入チップ16は、乾燥機20に送られて乾燥処理さ
れる(ステップS23)。
The Ca-introduced
前記乾燥処理後のCa導入チップ16は、炭化処理炉6の炭化炉本体8に供給され、7
00℃の処理温度で、1時間程度加熱して炭化処理される(ステップS24)。これによ
って、Ca導入炭化チップ(Ca導入炭)21が得られる。
The
Carbonization is performed by heating for about 1 hour at a processing temperature of 00 ° C. (step S24). Thereby, a Ca-introduced carbonized chip (Ca-introduced charcoal) 21 is obtained.
前記Ca導入チップ21は、酸処理装置10に供給され、処理槽11内の例えば5mo
l/Lに調整された酸溶液12に浸漬され、酸処理される(ステップS25)。この場合
、攪拌羽根13を回転させるのが好ましく、これによって、Ca導入チップ21の微細孔
表面のCaCO3 が酸によって溶解するのを促進させるとともに、塩化物イオンおよびカ
ルシウムイオンをCa導入チップ21の微細孔表面の官能基と充分反応させることができ
、所望のCa導入酸処理炭化チップ21Sが得られる。
The
It is immersed in the
前記酸処理後のCa導入酸処理炭化チップ21Sは、一般的には乾燥機14において乾
燥処理される(ステップS26)。この場合、Ca導入酸処理炭化チップ21Sをそのま
ま乾燥機14に送るようにしてもよいが、適宜のアルカリ溶液に浸漬するなどして中和処
理したり、さらには、中和処理後に水洗いしてもよいことはいうまでもない。
The Ca-introduced acid-treated
そして、前記乾燥処理後のCa導入酸処理炭化チップ21Sは、加工を施さずにそのま
まの形状で炭素材料1として使用することもできるが、この実施例では適宜の加工機を用
いて適宜径の粒体やより細かな粉体に形成され、これを炭素材料1としてある(ステップ
S27)。
The Ca-introduced acid-treated
次に、前記炭素材料1の硝酸性窒素、亜硝酸性窒素の吸着性能について説明する。硝酸
性窒素および亜硝酸性窒素の吸着性能の試験方法および試験結果について説明すると、以
下の通りである。
Next, the adsorption performance of nitrate nitrogen and nitrite nitrogen of the
〔硝酸性窒素および亜硝酸性窒素の吸着性能について〕
〔試験方法〕
硝酸性窒素および亜硝酸性窒素の濃度が50mg/L(50ppm)の硝酸溶液および
亜硝酸溶液50mL(標準液)をそれぞれ5つ用意し、
(1)木質チップ5を700℃で炭化させた比較例に用いる木炭9を200mg、
(2)木質チップ5を700℃で炭化させた木炭を1mol/LのFeCl3 溶液に浸漬
させた後、水洗いした比較例に用いる塩化鉄木炭200mg、
(3)木質チップ5を700℃で炭化させた木炭を5mol/LのHCl溶液に浸漬させ
た後、水洗いした酸処理木炭9Sを200mg、
(4)木質チップ5を5重量%の石灰水18に浸漬した後700℃で炭化させた木炭を5
mol/LのHCl溶液に浸漬させたCa導入酸処理木炭21Sを200mg、
(5)比較例に用いる陰イオン交換樹脂200mgの5つのサンプルを、それぞれ対応す
る標準液に入れ、例えば200rpm、20℃の条件下で、10時間振とう後、硝酸溶液
および亜硝酸溶液中の硝酸性窒素の濃度および亜硝酸性窒素の濃度をそれぞれ測定し、吸
着量を計算した。
[Adsorption performance of nitrate nitrogen and nitrite nitrogen]
〔Test method〕
Prepare 5 nitric acid solutions and 50 mL (standard solution) of nitric acid solution with 50 mg / L (50 ppm) concentration of nitrate nitrogen and nitrite nitrogen,
(1) 200 mg of
(2) 200 mg of iron chloride charcoal used for the comparative example washed with water after the charcoal obtained by carbonizing the
(3) After immersing the charcoal obtained by carbonizing the
(4) 5 pieces of charcoal carbonized at 700 ° C. after dipping the
200 mg of Ca-introduced acid-treated
(5) Five samples of 200 mg of an anion exchange resin used in the comparative example were put in the corresponding standard solutions, respectively, shaken for 10 hours under the conditions of, for example, 200 rpm and 20 ° C., and then in a nitric acid solution and a nitrous acid solution. The concentration of nitrate nitrogen and the concentration of nitrite nitrogen were measured, and the amount of adsorption was calculated.
〔結果〕
図10は、上記各サンプルの硝酸性窒素および亜硝酸性窒素吸着能の比較を表す。
(1)の700℃炭化の木炭9は、硝酸性窒素および亜硝酸性窒素をほとんど吸着しない
のに対して、(2)の塩化鉄木炭は、硝酸性窒素および亜硝酸性窒素をそれぞれ2.75
mg/gおよび2.35mg/g吸着した。また、(3)の酸処理木炭9Sは、硝酸性窒
素および亜硝酸性窒素をそれぞれ2.50mg/gおよび2.20mg/g吸着した。(
5)の陰イオン交換樹脂は、硝酸性窒素および亜硝酸性窒素をそれぞれ10.80mg/
gおよび10.00mg/g吸着した。一方、木質チップ5を石灰水18に浸漬した後炭
化し、続いて、HCl溶液に浸漬させてなる(4)のCa導入酸処理木炭21Sは、硝酸
性窒素および亜硝酸性窒素をそれぞれ10.75mg/gおよび9.80mg/g吸着し
、(5)の陰イオン交換樹脂と同等以上の吸着能力を示した。
〔result〕
FIG. 10 shows a comparison of the nitrate nitrogen and nitrite nitrogen adsorption capacities of the above samples.
The
mg / g and 2.35 mg / g were adsorbed. The acid-treated
5) The anion exchange resin contains nitrate nitrogen and nitrite nitrogen of 10.80 mg /
g and 10.00 mg / g were adsorbed. On the other hand, the Ca-introduced acid-treated
そして、前記Ca導入酸処理木炭21Sが例えば硝酸イオンを吸着するメカニズムは、
以下のように考えられる。図14(A)に示すように、Ca導入酸処理木炭21Sを硝酸
溶液26に漬けると、Ca導入酸処理木炭21Sの表面の官能基にカルシウムイオンを介
してまたは直接結合した塩化物イオン(同図(B)参照)と硝酸溶液26中の硝酸イオン
が交換され(同図(C)参照)、硝酸イオンがCa導入酸処理木炭21Sに吸着される(
同図(D)参照)。
And the mechanism by which the Ca-introduced acid-treated
It is considered as follows. As shown in FIG. 14 (A), when the Ca-introduced acid-treated
(See (D) in the same figure).
上述のように、この発明の炭素材料1は、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素等の陰イオンの吸
着性能に優れ、この炭素材料1を、そのまま土壌改良肥料として用いてもよいが、例えば
、硝酸性窒素および/または亜硝酸性窒素を含む液体(以下、窒素含有液体という)に予
め浸漬させれば、炭素材料1が硝酸性窒素および/または亜硝酸性窒素を吸着し、これに
より肥料効果の高い土壌改良肥料が得られる。ここで、前記窒素含有液体を工業的に形成
してもよいが、例えば、上水、下水、魚類等の飼育に用いられる水槽水や、養殖場を形成
する水(海水および淡水)、農牧地で生じた排水などの各種の水は、硝酸性窒素および亜
硝酸性窒素を含むので前記窒素含有液体として用いることができる。換言すれば、上記各
種の水が硝酸性窒素および亜硝酸性窒素を含むことが環境問題の点から懸念されており、
硝酸性窒素および亜硝酸性窒素を除去する浄化材として前記炭素材料1を用いれば、上記
各種の水を浄化することができるとともに、炭素材料1に硝酸性窒素および亜硝酸性窒素
を吸着させてなるこの実施例の土壌改良肥料が得られる。
As described above, the
If the
そして、上記のようにして得られる土壌改良肥料を用いて植物を栽培するには、例えば
、図7(A)に示すように、土壌と土壌改良肥料とを混合してなり適宜の厚み(例えば0
.5〜50cm程度)をもつ混合層31を土壌32の表層部に形成してもよく、あるいは
図7(B)に示すように、前記混合層31を土壌32の下層(表層部よりも下側)に形成
してもよい。
And in order to grow a plant using the soil improvement fertilizer obtained as mentioned above, for example, as shown in FIG. 7 (A), the soil and the soil improvement fertilizer are mixed, and an appropriate thickness (for example, 0
. The
また、図8に示すように、土壌改良肥料33を土壌32の表面(地表面)に撒布(散布
)してもよく、図9に示すように、土壌改良肥料33を土壌32の下層(表層部よりも下
側)に適宜の厚み(例えば0.5〜50cm程度)をもたせた状態で埋設してもよい。
Further, as shown in FIG. 8, the soil-improved
ここで、図7(A)および(B)に示した前記混合層31および図8および図9に示し
た土壌改良肥料33はいずれも、土壌32の表面から0〜200cm程度の深さの位置に
設けられる。また、混合層31における土壌と土壌改良肥料との混合比や、混合層31お
よび土壌改良肥料33よりなる層の厚みは、栽培対象の種類や土壌の種類などに応じて適
宜に設定される。
Here, both the
上記植物の栽培方法によれば、炭化物を用いてなり硝酸性窒素および亜硝酸性窒素を吸
着した土壌改良肥料を土壌に配置するので、多孔質でその内部表面積が非常に大きい炭化
物が有する土壌改良効果(土壌の通気性・保水性・透水性・保肥力を向上させる他、土壌
の保温、土壌微生物の増加、酸性土壌の矯正、ミネラル分の補給など)が得られるだけで
なく、植物に吸収されその肥料となる硝酸性窒素および亜硝酸性窒素によって植物の生育
を促進することができる。なお、硝酸性窒素および亜硝酸性窒素は、土壌改良肥料に事前
に吸着させるほか、土壌改良肥料(炭素材料)を施用した後に吸着させ、吸着されたもの
を植物に供給することもできる。
According to the cultivation method of the above plant, the soil improvement fertilizer using carbide and adsorbing nitrate nitrogen and nitrite nitrogen is arranged in the soil, so the soil improvement possessed by the porous carbide and its very large surface area In addition to improving the soil's air permeability, water retention, water permeability and fertilizer, it can be absorbed by plants as well as gaining soil heat, increasing soil microorganisms, correcting acidic soil, supplementing minerals, etc. The growth of plants can be promoted by nitrate nitrogen and nitrite nitrogen, which are used as fertilizers. In addition, nitrate nitrogen and nitrite nitrogen can be adsorbed to the soil-improved fertilizer in advance, or adsorbed after applying the soil-improved fertilizer (carbon material), and the adsorbed can be supplied to the plant.
また、硝酸性窒素および亜硝酸性窒素が植物に吸収された後は、再度土壌中の硝酸性窒
素や亜硝酸性窒素を吸着するので、降雨時などに土壌に浸透した水により土壌中の硝酸性
窒素や亜硝酸性窒素が溶脱し、河川・湖沼や地下水などに流れ込み環境を汚染することを
防止するという効果が得られる。
In addition, after nitrate nitrogen and nitrite nitrogen are absorbed by plants, nitrate nitrogen and nitrite nitrogen in the soil are adsorbed again. The effect of preventing the nitrogen and nitrite nitrogen from leaching and flowing into rivers, lakes, groundwater, etc. and contaminating the environment can be obtained.
なお、前記土壌改良肥料は、土壌を耕転するときに定期的に施用するのが効果を持続さ
せる上で好ましい。
In addition, it is preferable to apply the said soil improvement fertilizer regularly when plowing the soil in order to maintain the effect.
上述の第2実施例では、原料植物5としてカルシウム導入処理したものを用いて炭素材
料1を得るようにしていたが、原料植物5として、金属塩化物導入処理したものを用いて
炭素材料1を得るようにしてもよい。以下、これを第3実施例として、図15および図1
6を参照しながら説明する。
In the second embodiment described above, the
This will be described with reference to FIG.
まず、図15は、炭素材料1を製造する装置のさらに他の例を概略的に示すもので、こ
の図において、図5に示した符号と同一符号は同一物である。そして、図15に示すよう
に、前記木質チップ5は、適宜濃度の金属塩化物溶液(この実施の形態ではCaCl2 溶
液)91を収容した処理槽92に送られ、この処理槽92内において木質チップ5に対す
る金属塩化物(この実施の形態ではCaCl2 )の導入処理が行われ、金属塩化物導入チ
ップ93が形成される。なお、94は処理槽92内に設けられる攪拌用羽根で、モータ(
図示していない)によって回転駆動され、処理槽92内の液等を攪拌する際に用いられる
。なおここで、金属塩化物溶液に対して、Ca(OH)2 を僅かに加えておくことが、陰
イオン吸着能を向上させる上で好ましい。
First, FIG. 15 schematically shows still another example of an apparatus for producing the
(Not shown), and is used when stirring the liquid in the
上記のようにして得られた金属塩化物導入チップ93は、乾燥機20によって乾燥処理
された後、炭化処理炉6に送られ、炭化処理される。なお、前記乾燥機20は、炭化処理
炉6から排出される排熱を前記乾燥処理に利用するように構成されている。
The metal
そして、金属塩化物導入チップ93は、導入部8aを経て前記炭化炉本体8内に供給さ
れ、適宜の温度(後述する)および適宜の時間(後述する)の加熱により炭化され、炭素
材料1として排出部8bから炭化炉本体8外に排出される。
The metal
その後、前記炭素材料1は、水またはHCl溶液(塩酸)96を収容した処理槽97に
送られ、この処理槽97内において炭素材料1の水またはHCl溶液96に対する接触(
浸漬)処理が行われる。なお、98は処理槽97内に設けられる攪拌用羽根で、モータ(
図示していない)によって回転駆動され、処理槽97内の液等を攪拌する際に用いられる
。酸への接触処理を行った後に水への接触処理を行うこともあり、またその逆の手順で行
ってもよい。
Thereafter, the
Dipping) treatment is performed.
(Not shown) and used for stirring the liquid in the
続いて、前記炭素材料1は、乾燥機14に送られ、乾燥処理された後、適宜径の粒体(
ペレット)1aやより細かな粉体1bに形成される。なお、前記乾燥機14は、炭化処理
炉6から排出される排熱を前記乾燥処理に利用するように構成されている。
Subsequently, the
Pellets) 1a and
次に、図15に示した装置を用いて、原料植物5から炭素材料1を得る手順の一例を、
図15および図16を参照しながら詳細に説明する。まず、檜や杉等の針葉樹を10mm
以下の適宜のサイズにチップ化した木質チップ5を用意する(ステップT1)。
Next, an example of a procedure for obtaining the
This will be described in detail with reference to FIGS. 15 and 16. First, 10 mm of coniferous trees such as birch and cedar
A
続いて、前記木質チップ5を処理槽92内の1〜20重量%に調整されたCaCl2 溶
液91内に例えば、3時間以上浸漬する。この木質チップ5の浸漬中に、攪拌羽根94を
回転させることが好ましい。これによって、CaCl2 溶液91が木質チップ5に染み込
むことができ、木質チップ5にCaイオンおよびClイオンが導入された金属塩化物導入
チップ93が得られる(ステップT2)。
Subsequently, the
そして、前記金属塩化物導入チップ93は、乾燥機20に送られて乾燥処理される(ス
テップT3)。
Then, the metal
その後、前記金属塩化物導入チップ93は、炭化処理炉6の炭化炉本体8に供給され、
400℃〜1000℃の温度範囲(この実施の形態では700℃)で1時間程度加熱され
炭化処理される(ステップT4)。これによって、炭素材料1が得られる。
Thereafter, the metal
Heating is performed for about 1 hour in a temperature range of 400 ° C. to 1000 ° C. (700 ° C. in this embodiment) (step T4). Thereby, the
前記炭素材料1は、処理槽97に供給され、処理槽97内の0.01mol/L〜11
mol/L(例えば5mol/L)に調整されたHCl溶液96に浸漬処理される(ステ
ップT5)。この場合、攪拌羽根98を回転させるのが好ましく、これによって、炭素材
料1内に残留する余分な金属塩化物(CaCl2 )の結晶を除去することができるととも
に、塩化物イオンをさらに付加させることができ、所望の炭素材料1が得られる。
The
It is immersed in an
そして、前記浸漬処理後の炭素材料1は、一般的には乾燥機14において乾燥処理され
る(ステップT6)。この場合、炭素材料1をそのまま乾燥機14に送るようにしてもよ
いが、適宜のアルカリ溶液に浸漬するなどして中和処理したり、さらには、中和処理後に
水洗いしてもよい。なお、炭素材料1を湿潤状態で使用するときは、乾燥処理をしないこ
ともある。
And the
そして、前記乾燥処理後の炭素材料1は、チップ状のまま使用することもできるが、こ
の実施例では適宜の加工機を用いて適宜径の粒体(ペレット)1aやより細かな粉体1b
に形成してある(ステップT7)。
The
(Step T7).
なお、前記炭素材料1は、上記ステップT1からステップT7までが全て同一工場内で
行われて製造されるものに限られない。例えば、他の工場等にて上記ステップT1〜T7
のうちのあるステップまで製造されている場合、途中のステップから始めて炭素材料1を
製造すればよい。
In addition, the said
If a certain step is manufactured, the
なお、上記第3実施例では、金属塩化物として、最も高性能な陰イオン吸着炭素材料が
得られるCaCl2 を挙げているが、BaCl2 やMnCl2 等でもよい。
In the third embodiment, as the metal chloride, CaCl 2 from which the highest-performance anion-adsorbing carbon material is obtained is exemplified, but BaCl 2 , MnCl 2 or the like may be used.
また、上記第3実施例では、処理槽97内において炭素材料1のHCl溶液96に対す
る接触処理を行っているが、HCl溶液96に代えて水を用いてもよい。この場合、塩化
物イオンの付加は行われず、炭素材料1内に残留する余分な金属塩化物の結晶を除去する
のみとなる。
In the third embodiment, the contact treatment for the
さらに、上記実施の形態では、金属塩化物導入チップ93を炭化処理炉6にて炭化処理
して炭素材料1を得た後、処理槽97へと送っているが、処理槽97へと送らなくてもよ
い。この場合、前記炭素材料1を乾燥機14に送る必要がないので、炭素材料1の製造方
法は、上記ステップT5,T6が省かれたものとなる。また、この場合、炭素材料1の製
造方法としては、ステップT1〜T4で終了してもよいし、その後ステップT7を行って
もよい。
Furthermore, in the above embodiment, the carbon
次に、第3実施例の炭素材料1の硝酸性窒素および亜硝酸性窒素の吸着性能を調べるた
めに行った試験について説明する。硝酸性窒素および亜硝酸性窒素の吸着性能の試験方法
および試験結果について説明すると、以下の通りである。
Next, a test conducted for examining the adsorption performance of nitrate nitrogen and nitrite nitrogen of the
まず、以下に示す計七つのサンプル(1)〜(7)をそれぞれ200mgずつ2組用意
した。すなわち、
(1)木質チップ5を700℃で1時間加熱し炭化させて得られた木炭
(2)木質チップ5を700℃で1時間加熱し炭化させ、その後、1mol/LのFeC
l3 溶液に浸漬し水洗いして得られた塩化鉄木炭
(3)陰イオン交換樹脂
(4)木質チップ5を10重量%のBaCl2 溶液に浸漬した後700℃で1時間加熱し
炭化させて得られたBaCl2 炭
(5)木質チップ5を10重量%のBaCl2 溶液に浸漬した後700℃で1時間加熱し
炭化させ、その後、5mol/LのHCl溶液に浸漬処理して得られたHCl処理BaC
l2 炭
(6)木質チップ5を10重量%のCaCl2 溶液に浸漬した後700℃で1時間加熱し
炭化させて得られたCaCl2 炭
(7)木質チップ5を10重量%のCaCl2 溶液に浸漬した後700℃で1時間加熱し
炭化させ、その後、5mol/LのHCl溶液に浸漬処理して得られたHCl処理CaC
l2 炭
の計七つのサンプルを2組用意した。なお、(4)〜(7)のサンプルは上記炭素材料1
に相当するものであり、(1)〜(3)のサンプルは炭素材料1と比較するためのもので
ある。
First, two sets of 200 mg each were prepared for a total of seven samples (1) to (7) shown below. That is,
(1) Charcoal obtained by heating and carbonizing the
l 3 solution immersed iron charcoal chloride obtained by washing (3) anion exchange resin (4)
l 2 charcoal (6) CaCl 2 charcoal (7) obtained by dipping the
Two sets of seven samples of l 2 charcoal were prepared. In addition, the samples of (4) to (7) are the
The samples (1) to (3) are for comparison with the
そして、一方の組の各サンプルを、硝酸性窒素の濃度が50mg/L(50ppm)の
硝酸性窒素溶液50mL(第1標準液)に個別に投入し、また、他方の組の各サンプルを
、亜硝酸性窒素の濃度が50mg/L(50ppm)の亜硝酸性窒素溶液50mL(第2
標準液)に個別に投入した。その後、200rpm、20℃の条件下で、10時間振とう
後、第1標準液中の硝酸性窒素の濃度および第2標準液中の亜硝酸性窒素の濃度をそれぞ
れ測定し、各サンプルによる硝酸性窒素および亜硝酸性窒素の吸着量を計算した。
Then, each sample of one set is individually put into 50 mL (first standard solution) of a nitrate nitrogen solution having a nitrate nitrogen concentration of 50 mg / L (50 ppm), and each sample of the other set is 50 mL of nitrite nitrogen solution having a concentration of nitrite nitrogen of 50 mg / L (50 ppm) (second
Standard solution). Then, after shaking for 10 hours under the conditions of 200 rpm and 20 ° C., the concentration of nitrate nitrogen in the first standard solution and the concentration of nitrite nitrogen in the second standard solution were measured, respectively. The amount of adsorbed nitrogen and nitrite nitrogen was calculated.
図21は、上記試験によって得られた各サンプルの硝酸性窒素吸着能および亜硝酸性窒
素吸着能の比較結果を表す。なお、この図では、各サンプルの硝酸性窒素・亜硝酸性窒素
吸着量を一対の棒グラフで示しており、左側の棒グラフが硝酸性窒素吸着量、右側の棒グ
ラフが亜硝酸性窒素吸着量を示している。この図に示す結果から、本発明のサンプルはい
ずれも高い硝酸性窒素吸着能および亜硝酸性窒素吸着能を持つことがわかる。さらに、(
4)のBaCl2 炭と(5)のHCl処理BaCl2 炭の硝酸性窒素および亜硝酸性窒素
の吸着量を比較し、また、(6)のCaCl2 炭と(7)のHCl処理CaCl2 炭の硝
酸性窒素および亜硝酸性窒素の吸着量を比較することにより、炭素材料1の硝酸性窒素・
亜硝酸性窒素吸着能をより高めるためには、炭素材料1をHCl溶液に浸漬する処理(H
Cl処理)を行ったほうがよいことがわかる。しかし、HCl処理を行わなくても十分に
高い硝酸性窒素・亜硝酸性窒素吸着能を持った炭素材料1が得られ、この場合には、HC
l溶液の接触処理を行わない分だけ低いコストで炭素材料1を製造することができる。
FIG. 21 shows a comparison result of nitrate nitrogen adsorption ability and nitrite nitrogen adsorption ability of each sample obtained by the above test. In this figure, the nitrate and nitrite adsorption amounts of each sample are shown as a pair of bar graphs. The left bar graph shows the nitrate nitrogen adsorption amount and the right bar graph shows the nitrite nitrogen adsorption amount. ing. From the results shown in this figure, it can be seen that all the samples of the present invention have high nitrate nitrogen adsorption ability and nitrite nitrogen adsorption ability. further,(
The adsorption amounts of nitrate nitrogen and nitrite nitrogen of 4) BaCl 2 charcoal and (5) HCl-treated BaCl 2 charcoal were compared, and (6) CaCl 2 charcoal and (7) HCl-treated CaCl 2 By comparing the adsorption amount of nitrate nitrogen and nitrite nitrogen of charcoal, the nitrate nitrogen of
In order to further increase the nitrite nitrogen adsorption ability, the
It can be seen that it is better to perform Cl treatment. However, the
The
ここで、前記炭素材料1が例えば硝酸イオンを吸着するのは、図20(A)に示すよう
に、炭素材料(CaCl2 炭)1を硝酸溶液99に浸漬すると、炭素材料1の表面の官能
基にCaイオンを介してまたは直接結合されたClイオン(同図(B)参照)と硝酸溶液
99中のNO3 イオンが交換され(同図(C)参照)、NO3 イオンが炭素材料1に吸着
される(同図(D)参照)からであると考えられる。
Here, the
次に、上記ステップT2において木質チップ5を浸漬する金属塩化物溶液(CaCl2
溶液)91の濃度が、製造後の炭素材料1の陰イオン吸着能に与える影響を調べるために
行った試験について述べる。上記試験は、木質チップ5をCaCl2 溶液91に浸漬した
後、700℃で1時間の加熱により炭化し、水洗いして得た炭素材料1を、硝酸性窒素の
濃度が50mg/L(50ppm)の硝酸性窒素溶液50mL(標準液)に投入し、前記
炭素材料1の硝酸性窒素の吸着能を調べたもので、前記CaCl2 溶液61として、濃度
が1重量%、3重量%、5重量%、7重量%、10重量%、12重量%、14重量%、1
7重量%、20重量%のものが用いられた。また、比較のために、木質チップ5を10重
量%のCaCl2 溶液91に浸漬した後、700℃で1時間の加熱により炭化し、HCl
処理して得た炭素材料1の硝酸性窒素の吸着能についても調べた。上記試験の結果を図2
2に示す。
Next, the metal chloride solution (CaCl 2 ) in which the
The test conducted to examine the influence of the concentration of the
7 wt% and 20 wt% were used. For comparison, the
The adsorption ability of nitrate nitrogen of the
It is shown in 2.
図22に示す結果から明らかなように、炭素材料1の陰イオン吸着能はCaCl2 溶液
の濃度に比例して高くなるわけではなく、コスト面等から考えれば、10重量%程度とす
ることが最も好ましいといえる。また、この図22に示す結果からも、炭素材料1の陰イ
オン吸着能をより高めるためには、炭素材料1をHCl処理したほうがよいことがわかる
。
As is clear from the results shown in FIG. 22, the anion adsorption capacity of the
5 原料植物
9 炭化物
12 酸溶液
5
Claims (12)
特性を持たせた炭素材料からなるか、または前記炭素材料を含むことを特徴とする土壌改
良肥料。 A soil-improved fertilizer comprising a carbon material imparted with anion adsorption characteristics by contacting an acid solution with a carbide obtained by carbonizing a raw material plant, or comprising the carbon material.
ことにより陰イオン吸着特性を持たせた炭素材料からなるか、または前記炭素材料を含む
ことを特徴とする土壌改良肥料。 A soil-improved fertilizer comprising a carbon material imparted with anion adsorption characteristics by contacting an acid solution with a carbide obtained by carbonizing a calcium-treated raw material plant, or containing the carbon material .
理がなされている請求項2に記載の土壌改良肥料。 The soil improvement fertilizer according to claim 2, wherein the calcium introduction treatment is performed by bringing a solution containing calcium ions into contact with a raw material plant.
良肥料。 The soil improvement fertilizer according to any one of claims 1 to 3, wherein the concentration of the acid solution is 0.01 mol / L or more.
着特性を持たせた炭素材料からなるか、または前記炭素材料を含むことを特徴とする土壌
改良肥料。 A soil-improved fertilizer comprising a carbon material in which a raw material plant into which a metal chloride has been introduced is carbonized to give an anion adsorption characteristic to the carbonized material, or containing the carbon material.
5に記載の土壌改良肥料。 The soil-improved fertilizer according to claim 5, wherein the metal chloride bound in the carbide is contained in an amount of 2% to 25% as ash.
肥料。 The soil improvement fertilizer according to claim 5 or 6, wherein the carbide is contacted with water and / or acid.
土壌改良肥料。 Soil improvement fertilizer according to any of claims 5-7 wherein the metal chloride is CaCl 2 or BaCl 2.
の土壌改良肥料。 The soil improvement fertilizer according to any one of claims 1 to 8, wherein the carbonization temperature of the raw material plant is 400C to 1000C.
亜硝酸性窒素を除去するための浄化材として前記炭素材料を使用することにより形成され
た請求項1〜9のいずれかに記載の土壌改良肥料。 10. The method according to claim 1, wherein the carbon material is used as a purification material for removing nitrate nitrogen and / or nitrite nitrogen from a liquid containing nitrate nitrogen and / or nitrite nitrogen. The soil improvement fertilizer in any one.
する植物栽培方法。 The plant cultivation method characterized by cultivating a plant using the soil improvement fertilizer in any one of Claims 1-10.
たは土壌下層に埋設して植物を栽培することを特徴とする植物栽培方法。 A plant cultivation method comprising cultivating a plant by mixing the soil-improved fertilizer according to any one of claims 1 to 10 in a soil, or laminating or embedding in a soil lower layer on a soil surface.
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