CN107043110A - 一种复合纳米氧化钛改性的土壤改良剂用秸秆生物质炭及其制作方法 - Google Patents
一种复合纳米氧化钛改性的土壤改良剂用秸秆生物质炭及其制作方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种复合纳米氧化钛改性的土壤改良剂用秸秆生物质炭，由下列重量份的原料制成：小麦秸秆81‑83、柚子皮19‑21、氯化钙3.1‑3.6、氯化铝1.4‑1.7、植酸2‑4、生姜提取液11‑13、除虫菊酯0.02‑0.04、氮酮0.3‑0.6、纳米氧化钛1.7‑1.9、赤霉素0.5‑0.8、硅藻土9‑11、10wt.%的氢氧化钠溶液适量、混合酸液适量、去离子水适量，本发明先将小麦秸秆、柚子皮用氢氧化钠溶液浸泡处理，再用氯化钙、氯化铝复合的混合活化剂浸泡后高温炭化、酸洗等手段处理最后复合纳米氧化钛、赤霉素等成分制得的秸秆生物质炭用于土壤改良剂时可使土壤温度升高几摄氏度，促进种子发芽。
Description
技术领域
本发明涉及生物质炭的制备技术领域，尤其涉及一种复合纳米氧化钛改性的土壤改良剂用秸秆生物质炭及其制作方法。
背景技术
农作物秸秆是一种宝贵的可再生资源，但长期以来由于受消费观念、生活方式和农业生产时间等因素的影响，农作物秸秆资源完全处于高消耗、高污染、低产出的状况，相当多的一部分农作物秸秆被废弃或者焚烧，没有得到合理开发利用，既造成资源的严重浪费，又造成严重的环境污染，对人类健康和安全造成了严重危害，已成为一大社会问题。为此，国家有关部门做了大量的工作，并采取禁烧秸秆管理措施，但治标不治本，因而对现有农作物秸秆综合利用处理备受国内外专家的关注。目前国内外已采取的诸如秸秆发电、沼气发酵、堆肥等多种处理方法与措施均存在应用局限性而难以大范围推广。生物质炭是有机物料在缺氧或厌氧环境中经高温热解产生的一种富碳难溶性固态物质。它相当稳定，难以降解且与其他任何形式的有机质相比，生物质炭具有超强的持留养分的功能。故使其作为一种土壤改良剂和固碳物质在农田土地的利用成为可能。
据统计资料显示，20 世纪 50 年代以来，我国化肥施用量居世界第 1 位。化肥的大量使用使粮食产量大幅增加，另一方面也造成大量未利用的P、N、K 元素在土壤中富集。然而，由于P元素的全球循环周期比其他元素( N、K) 要长得多，因而在大多数生态系统中，P元素成为了微生物生长的限制性元素，也是造成水体富营养化以及土壤贫瘠的主要原因。而利用生物质炭作为土壤调节剂存在比表面积普遍偏小，吸附能力相对较弱的不足，故吸磷效率低不利于农业生产，为此，文献《氯化钙活化稻草秸秆生物质炭的制备工艺及其吸磷性能研究》以稻草秸秆为原料，质量分数10%的氯化钙为活化剂制备活性生物质炭，作为控制农业面源污染的吸P材料。试验结果表明： P去除率可达到 97%，溶液pH从6.87升至9.52。
然而文献中的改性方法较为单一，功能也单一，制得的生物质炭仅仅对土壤中未利用的磷有较好的吸附效果，但是，随着现代工业化的快速发展，大量工业废水盲目排入农田，以及大剂量的化肥过度使用，土壤中大量富集过多重金属离子影响作物生长，且还间接影响人类健康，同时由于生物质炭表面带有负电荷，对于以阴离子形式存在的重金属吸附效果差，作为土壤改良剂使用生根保水保肥等效果也较差，因而需要对现有工艺加以改进。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种复合纳米氧化钛改性的土壤改良剂用秸秆生物质炭及其制作方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种复合纳米氧化钛改性的土壤改良剂用秸秆生物质炭，由下列重量份的原料制成：小麦秸秆81-83、柚子皮19-21、氯化钙3.1-3.6、氯化铝1.4-1.7、植酸2-4、生姜提取液11-13、除虫菊酯0.02-0.04、氮酮0.3-0.6、纳米氧化钛1.7-1.9、赤霉素0.5-0.8、硅藻土9-11、10wt.%的氢氧化钠溶液适量、混合酸液适量、去离子水适量。
所述的一种复合纳米氧化钛改性的土壤改良剂用秸秆生物质炭的制作方法，包括以下步骤：
（1）将氯化钙、氯化铝搅拌混匀，研磨20-30分钟，加入植酸、去离子水配制成质量分数为10%的混合活化剂备用；
（2）将小麦秸秆、柚子皮烘干切割成2厘米左右混合均匀，置于10wt.%的氢氧化钠溶液浸泡48小时，取出用去离子水洗涤至中性，与步骤（1）的混合活化剂按照浸渍比1∶0.5浸泡24小时，过滤、于烘箱中105-110℃烘干；
（3）将步骤（2）物料、纳米氧化钛放入管式炉中，在氮气保护下以20℃•min－1的加热速率升温至700-720℃，保持温度炭化处理60分钟，在氮气保护下冷却至室温，加入混合酸液超声波震荡8-10小时后离心倒掉上清液，用去离子水洗涤至中性，烘干研磨成粉；
（4）将步骤（3）物料、硅藻土混匀加入赤霉素、生姜提取液及其他剩余成分搅拌混匀，喷水造粒，过2-4mm筛出料。
所述的混合酸液为1mol•L－１的体积比为1∶1的盐酸－氢氟酸溶液。
本发明的优点是：本发明先将小麦秸秆、柚子皮用氢氧化钠溶液浸泡处理以除去材料表面的蜡质、灰分及其他溶于水的杂质，再用氯化钙、氯化铝复合的混合活化剂浸泡后高温炭化、酸洗等手段处理，酸洗显著增加生物质炭的比表面积、孔容及孔径分布，大大提高生物质炭的吸附能力，使得于秸秆炭内表面的Ca2+和Al3+结合的氢氧根能快速被土壤中多余的磷酸根离子和砷酸根离子取代，吸磷、砷效率高，且复合纳米氧化钛、赤霉素等成分制得的秸秆生物质炭用于土壤改良剂时可使土壤温度升高几摄氏度，促进种子发芽，既提高了农作物秸秆综合利用率，又提高农产品产量和品质。
具体实施方式
一种复合纳米氧化钛改性的土壤改良剂用秸秆生物质炭，由下列重量份的原料制成：小麦秸秆81、柚子皮19、氯化钙3.1、氯化铝1.4、植酸2、生姜提取液11、除虫菊酯0.02、氮酮0.3、纳米氧化钛1.7、赤霉素0.5、硅藻土9、10wt.%的氢氧化钠溶液适量、混合酸液适量、去离子水适量。
所述的一种复合纳米氧化钛改性的土壤改良剂用秸秆生物质炭的制作方法，包括以下步骤：
（1）将氯化钙、氯化铝搅拌混匀，研磨20-30分钟，加入植酸、去离子水配制成质量分数为10%的混合活化剂备用；
（2）将小麦秸秆、柚子皮烘干切割成2厘米左右混合均匀，置于10wt.%的氢氧化钠溶液浸泡48小时，取出用去离子水洗涤至中性，与步骤（1）的混合活化剂按照浸渍比1∶0.5浸泡24小时，过滤、于烘箱中105-110℃烘干；
（3）将步骤（2）物料、纳米氧化钛放入管式炉中，在氮气保护下以20℃•min－1的加热速率升温至700-720℃，保持温度炭化处理60分钟，在氮气保护下冷却至室温，加入混合酸液超声波震荡8-10小时后离心倒掉上清液，用去离子水洗涤至中性，烘干研磨成粉；
（4）将步骤（3）物料、硅藻土混匀加入赤霉素、生姜提取液及其他剩余成分搅拌混匀，喷水造粒，过2-4mm筛出料。
所述的混合酸液为1mol•L－１的体积比为1∶1的盐酸－氢氟酸溶液。
和现有技术相比，利用本发明制得的秸秆生物质炭比表面积增加了6.89倍，Ｃ含量增加了35.03％，孔隙率增大吸附效果佳，P去除率可达到98%。
Claims (3)
1.一种复合纳米氧化钛改性的土壤改良剂用秸秆生物质炭，其特征在于，由下列重量份的原料制成：小麦秸秆81-83、柚子皮19-21、氯化钙3.1-3.6、氯化铝1.4-1.7、植酸2-4、生姜提取液11-13、除虫菊酯0.02-0.04、氮酮0.3-0.6、纳米氧化钛1.7-1.9、赤霉素0.5-0.8、硅藻土9-11、10wt.%的氢氧化钠溶液适量、混合酸液适量、去离子水适量。
2.根据权利要求1所述的一种复合纳米氧化钛改性的土壤改良剂用秸秆生物质炭的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将氯化钙、氯化铝搅拌混匀，研磨20-30分钟，加入植酸、去离子水配制成质量分数为10%的混合活化剂备用；
（2）将小麦秸秆、柚子皮烘干切割成2厘米左右混合均匀，置于10wt.%的氢氧化钠溶液浸泡48小时，取出用去离子水洗涤至中性，与步骤（1）的混合活化剂按照浸渍比1∶0.5浸泡24小时，过滤、于烘箱中105-110℃烘干；
（3）将步骤（2）物料、纳米氧化钛放入管式炉中，在氮气保护下以20℃•min－1的加热速率升温至700-720℃，保持温度炭化处理60分钟，在氮气保护下冷却至室温，加入混合酸液超声波震荡8-10小时后离心倒掉上清液，用去离子水洗涤至中性，烘干研磨成粉；
（4）将步骤（3）物料、硅藻土混匀加入赤霉素、生姜提取液及其他剩余成分搅拌混匀，喷水造粒，过2-4mm筛出料。
3.根据权利要求1所述的一种复合纳米氧化钛改性的土壤改良剂用秸秆生物质炭，其特征在于，所述的混合酸液为1mol•L－１的体积比为1∶1的盐酸－氢氟酸溶液。
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