CN105777428A - 一种制备适合南北方稻区的生物炭制备技术 - Google Patents

一种制备适合南北方稻区的生物炭制备技术 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备适合南北方稻区的生物炭制备技术，属于生物炭领域。本发明制得的生物炭有离子吸附交换能力及一定吸附容量，能提高对营养元素的吸附能力和增加养分有效性，还可提高土壤阳离子或阴离子交换量，从而可增加土壤保肥能力，无论使南方还是北方稻都适合使用，对南方的水稻增产率为2～3％，对南方水稻增产率为0.5～1.2％。

Description

一种制备适合南北方稻区的生物炭制备技术
技术领域
本发明公开了一种制备适合南北方稻区的生物炭制备技术，属于生物炭领域。
背景技术
生物炭，通常是指以自然界广泛存在的生物质资源为基础，利用特定的炭化技术，由生物质在缺氧条件下不完全燃烧所产生的富碳产物。常见的生物炭有秸秆炭、木炭、花生壳炭等。生物炭可溶性极低，具有高度羧酸酯化和芳香化结构，生物质在炭化后具有较大的孔隙度和比表面积，吸附能力强，成为可应用于农业、工业等领域的一种理想材料。近年来，生物炭受到农业、环境、能源等领域专家们的广泛关注，被誉为“黑色黄金”。国内外相关研究结果表明，生物炭施入农田土壤后可改变土壤理化性质，对提高肥料利用效率，增加作物产量，促进农业可持续发展等都具有重要作用。
科学家们围绕生物炭在保持土壤肥力，增加土壤碳截留和养分循环等农田生态***功能方面开展了一系列研究，生物炭是指植物生物质在部分或完全缺氧的条件经热解炭化产生的一类高度芳香化富含碳素的固态物质，具有高度稳定性。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对目前生物炭随着裂解温度升高，生物炭的产率变低，表面电荷减少，高温裂解过程中，挥发性有机物的去除使得生物炭中C含量升高，HO含量降低，生物炭表面离子官能团减少，离子官能团的减少在一定程度上降低了生物炭与金属离子的结合能力的问题，提供了一种制备适合南北方稻区的生物炭制备技术，本发明制得的生物炭有离子吸附交换能力及一定吸附容量，能提高对营养元素的吸附能力和增加养分有效性，还可提高土壤阳离子或阴离子交换量，从而可增加土壤保肥能力，无论使南方还是北方稻都适合使用，对南方的水稻增产率为2～3％，对南方水稻增产率为0.5～1.2％。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
(1)取400～500g的废旧树皮和300～400g的废旧树叶，将其放入太阳下晒干，晒干后放入粉碎机中粉碎成120～160目粉末，按固液比1:2将其加入蒸馏水混合，并向混合物中滴加浓度3mol/L的盐酸溶液调节pH值为5.5～6.5，调节后放入超声分散仪中分散10～15min，得悬浊液；
(2)称取25～35g氯化铁和8～10g硫酸亚铁于500mL的三口烧瓶中，并向瓶中加入150～200mL的水，搅拌直至固体溶解得混合液，用滴管缓慢滴加质量分数30％的氨水于三口烧瓶中，调节pH至10.5～11.5，移入水浴锅升温至45～55℃，并用磁力搅拌器以500～600r/min的转速搅拌20～30min，搅拌后继续升温至70～80℃，保温陈化1～2h；
(3)将陈化后的混合物移入卧式离心机，以7000～8000r/min的转速高速离心处理10～15min，分离得到沉淀物，将沉淀物用去离子水洗涤直至pH为7，得氧化铁微粒；
(4)将8～10g上述得到的氧化铁微粒，加入到步骤(1)中的悬浊液中，用磁力搅拌器在600～700r/min的转速下搅拌混合30～40min，向搅拌后悬浊液中，加入质量分数35％氢氧化钠溶液调节pH值为9.5～10.0，静置20～30min后在35～40℃下进行陈化5～6h，陈化后过滤，将滤渣用去离子水洗涤3～5次，清洗后放入烘箱中在40～45℃下干燥完全，将干燥后固体放入炭化炉中，在600～690℃下进行炭化1～2h，即可得磁性生物炭。
本发明的有益效果是：
(1)本发明制得的生物炭有离子吸附交换能力及一定吸附容量，能提高对营养元素的吸附能力和增加养分有效性；
(2)本发明制得的生物炭可提高土壤阳离子或阴离子交换量，从而可增加土壤保肥能力，无论使南方还是北方稻都适合使用，对南方的水稻增产率为2～3％，对南方水稻增产率为0.5～1.2％。
具体实施方式
取400～500g的废旧树皮和300～400g的废旧树叶，将其放入太阳下晒干，晒干后放入粉碎机中粉碎成120～160目粉末，按固液比1:2将其加入蒸馏水混合，并向混合物中滴加浓度3mol/L的盐酸溶液调节pH值为5.5～6.5，调节后放入超声分散仪中分散10～15min，得悬浊液；称取25～35g氯化铁和8～10g硫酸亚铁于500mL的三口烧瓶中，并向瓶中加入150～200mL的水，搅拌直至固体溶解得混合液，用滴管缓慢滴加质量分数30％的氨水于三口烧瓶中，调节pH至10.5～11.5，移入水浴锅升温至45～55℃，并用磁力搅拌器以500～600r/min的转速搅拌20～30min，搅拌后继续升温至70～80℃，保温陈化1～2h；将陈化后的混合物移入卧式离心机，以7000～8000r/min的转速高速离心处理10～15min，分离得到沉淀物，将沉淀物用去离子水洗涤直至pH为7，得氧化铁微粒；将8～10g上述得到的氧化铁微粒，加入到悬浊液中，用磁力搅拌器在600～700r/min的转速下搅拌混合30～40min，向搅拌后悬浊液中，加入质量分数35％氢氧化钠溶液调节pH值为9.5～10.0，静置20～30min后在35～40℃下进行陈化5～6h，陈化后过滤，将滤渣用去离子水洗涤3～5次，清洗后放入烘箱中在40～45℃下干燥完全，将干燥后固体放入炭化炉中，在600～690℃下进行炭化1～2h，即可得磁性生物炭。
实例1
取400g的废旧树皮和300g的废旧树叶，将其放入太阳下晒干，晒干后放入粉碎机中粉碎成120目粉末，按固液比1:2将其加入蒸馏水混合，并向混合物中滴加浓度3mol/L的盐酸溶液调节pH值为5.5，调节后放入超声分散仪中分散10min，得悬浊液；称取25g氯化铁和8g硫酸亚铁于500mL的三口烧瓶中，并向瓶中加入150mL的水，搅拌直至固体溶解得混合液，用滴管缓慢滴加质量分数30％的氨水于三口烧瓶中，调节pH至10.5，移入水浴锅升温至45℃，并用磁力搅拌器以500r/min的转速搅拌20min，搅拌后继续升温至70℃，保温陈化1h；将陈化后的混合物移入卧式离心机，以7000r/min的转速高速离心处理10min，分离得到沉淀物，将沉淀物用去离子水洗涤直至pH为7，得氧化铁微粒；将8g上述得到的氧化铁微粒，加入到悬浊液中，用磁力搅拌器在600r/min的转速下搅拌混合30min，向搅拌后悬浊液中，加入质量分数35％氢氧化钠溶液调节pH值为9.5，静置20min后在35℃下进行陈化5h，陈化后过滤，将滤渣用去离子水洗涤3次，清洗后放入烘箱中在40℃下干燥完全，将干燥后固体放入炭化炉中，在600℃下进行炭化1h，即可得磁性生物炭。
本发明制得的生物炭可提高土壤阳离子或阴离子交换量，从而可增加土壤保肥能力，无论使南方还是北方稻都适合使用，对南方的水稻增产率为2％，对南方水稻增产率为0.5％。
实例2
首取450g的废旧树皮和350g的废旧树叶，将其放入太阳下晒干，晒干后放入粉碎机中粉碎成140目粉末，按固液比1:2将其加入蒸馏水混合，并向混合物中滴加浓度3mol/L的盐酸溶液调节pH值为6，调节后放入超声分散仪中分散13min，得悬浊液；称取30g氯化铁和9g硫酸亚铁于500mL的三口烧瓶中，并向瓶中加入175mL的水，搅拌直至固体溶解得混合液，用滴管缓慢滴加质量分数30％的氨水于三口烧瓶中，调节pH至11.0，移入水浴锅升温至50℃，并用磁力搅拌器以550r/min的转速搅拌25min，搅拌后继续升温至75℃，保温陈化1.5h；将陈化后的混合物移入卧式离心机，以7500r/min的转速高速离心处理13min，分离得到沉淀物，将沉淀物用去离子水洗涤直至pH为7，得氧化铁微粒；将9g上述得到的氧化铁微粒，加入到悬浊液中，用磁力搅拌器在650r/min的转速下搅拌混合35min，向搅拌后悬浊液中，加入质量分数35％氢氧化钠溶液调节pH值为9.8，静置25min后在37℃下进行陈化5.5h，陈化后过滤，将滤渣用去离子水洗涤4次，清洗后放入烘箱中在43℃下干燥完全，将干燥后固体放入炭化炉中，在645℃下进行炭化1.5h，即可得磁性生物炭。
本发明制得的生物炭可提高土壤阳离子或阴离子交换量，从而可增加土壤保肥能力，无论使南方还是北方稻都适合使用，对南方的水稻增产率为2.5％，对南方水稻增产率为0.9％。
实例3
取500g的废旧树皮和400g的废旧树叶，将其放入太阳下晒干，晒干后放入粉碎机中粉碎成160目粉末，按固液比1:2将其加入蒸馏水混合，并向混合物中滴加浓度3mol/L的盐酸溶液调节pH值为6.5，调节后放入超声分散仪中分散15min，得悬浊液；称取35g氯化铁和10g硫酸亚铁于500mL的三口烧瓶中，并向瓶中加入200mL的水，搅拌直至固体溶解得混合液，用滴管缓慢滴加质量分数30％的氨水于三口烧瓶中，调节pH至11.5，移入水浴锅升温至55℃，并用磁力搅拌器以600r/min的转速搅拌30min，搅拌后继续升温至80℃，保温陈化2h；将陈化后的混合物移入卧式离心机，以8000r/min的转速高速离心处理15min，分离得到沉淀物，将沉淀物用去离子水洗涤直至pH为7，得氧化铁微粒；将10g上述得到的氧化铁微粒，加入到悬浊液中，用磁力搅拌器在700r/min的转速下搅拌混合40min，向搅拌后悬浊液中，加入质量分数35％氢氧化钠溶液调节pH值为10.0，静置30min后在40℃下进行陈化6h，陈化后过滤，将滤渣用去离子水洗涤5次，清洗后放入烘箱中在45℃下干燥完全，将干燥后固体放入炭化炉中，在690℃下进行炭化2h，即可得磁性生物炭。
本发明制得的生物炭可提高土壤阳离子或阴离子交换量，从而可增加土壤保肥能力，无论使南方还是北方稻都适合使用，对南方的水稻增产率为3％，对南方水稻增产率为1.2％。

Claims (1)

1.一种制备适合南北方稻区的生物炭制备技术，其特征在于具体制备步骤：
(1)取400～500g的废旧树皮和300～400g的废旧树叶，将其放入太阳下晒干，晒干后放入粉碎机中粉碎成120～160目粉末，按固液比1:2将其加入蒸馏水混合，并向混合物中滴加浓度3mol/L的盐酸溶液调节pH值为5.5～6.5，调节后放入超声分散仪中分散10～15min，得悬浊液；
(2)称取25～35g氯化铁和8～10g硫酸亚铁于500mL的三口烧瓶中，并向瓶中加入150～200mL的水，搅拌直至固体溶解得混合液，用滴管缓慢滴加质量分数30％的氨水于三口烧瓶中，调节pH至10.5～11.5，移入水浴锅升温至45～55℃，并用磁力搅拌器以500～600r/min的转速搅拌20～30min，搅拌后继续升温至70～80℃，保温陈化1～2h；
(3)将陈化后的混合物移入卧式离心机，以7000～8000r/min的转速高速离心处理10～15min，分离得到沉淀物，将沉淀物用去离子水洗涤直至pH为7，得氧化铁微粒；
(4)将8～10g上述得到的氧化铁微粒，加入到步骤(1)中的悬浊液中，用磁力搅拌器在600～700r/min的转速下搅拌混合30～40min，向搅拌后悬浊液中，加入质量分数35％氢氧化钠溶液调节pH值为9.5～10.0，静置20～30min后在35～40℃下进行陈化5～6h，陈化后过滤，将滤渣用去离子水洗涤3～5次，清洗后放入烘箱中在40～45℃下干燥完全，将干燥后固体放入炭化炉中，在600～690℃下进行炭化1～2h，即可得磁性生物炭。
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