CN108218627A - 一种高效土壤改良剂的化学配方 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效土壤改良剂的化学配方，包括以下重量份的原料：秸秆32‑36份、腐殖酸14‑18份、生物质碳12‑16份、矿渣微粉8‑10份、麦饭石粉6‑8份、磷矿粉2‑6份、碳酸氢铵2‑4份、重金属处理剂4‑8份、土壤团粒促进剂4‑6份、保水剂1‑3份。本发明的目的是提供一种高效土壤改良剂的化学配方，该土壤改良剂可以提供丰富的有机质，同时使土壤团粒以及除去土壤中重金属，具有较高的实用价值和良好的应用前景。

Description

一种高效土壤改良剂的化学配方
技术领域
本发明涉及改良剂技术领域，具体涉及一种高效土壤改良剂的化学配方。
背景技术
土壤改良剂主要用于改良土壤的物理、化学和生物性质，使其更适宜于植物生长，而不是主要提供植物养分的物料，都称为土壤改良剂，土壤是农作物种植的基础，是宝贵的自然资源，可目前土地板结、农药残留严重、土传病害猖獗、土质保水能力下降、透气性差，同时随着当今社会工矿业的迅猛发展，土壤重金属污染日益严重，在自然界中多以化合物形式存在，随着人类对重金属的开采、加工，使不少重金属如铅、铬、汞等进入大气、水体或土壤中，造成严重的重金属污染，重金属本身很难降解，进入土壤中的重金属不能被微生物分解在土壤中长期积累，有些被农作物吸收后最终通过食物链作用进入人体，存在一定的生态风险。
现有的土壤改良剂虽能提供丰富的有机质，但除去土壤中的重金属效果差，中国专利文献“（申请号：CN201210277844.1）”公开了一种土壤改良剂及其制备方法，土壤改良剂包括重量配比如下的各组分：煤矸石6-12份、秸秆8-16份、磷矿粉0.2-3份，土壤改良剂的制备方法，包括混合、熟化、干燥和粉碎过筛等步骤；中国专利文献“（申请号：201410331400.0）”公开了一种土壤改良剂及其制备方法，该土壤改良剂由食用菌废菌棒、木醋液和微生物菌剂的原料组成，食用菌废菌棒、木醋液的质量比为1～3∶0.5～2.5，微生物菌剂占原料总质量0.1％～0.4％，该土壤改良剂对土壤重金属含量的解决，仍需进一步的改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效土壤改良剂的化学配方，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高效土壤改良剂的化学配方，包括以下重量份的原料：
秸秆32-36份、腐殖酸14-18份、生物质碳12-16份、矿渣微粉8-10份、麦饭石粉6-8份、磷矿粉2-6份、碳酸氢铵2-4份、重金属处理剂4-8份、土壤团粒促进剂4-6份、保水剂1-3份。
作为本发明的进一步方案是：所述高效土壤改良剂的化学配方包括以下重量份的原料：
秸秆34份、腐殖酸16份、生物质碳14份、矿渣微粉9份、麦饭石粉7份、磷矿粉4份、碳酸氢铵3份、重金属处理剂6份、聚丙烯酸盐类5份、保水剂2份。
作为本发明的进一步方案是：所述秸秆为小麦秸秆、水稻秸秆、油菜秸秆，按照重量比1:2:3组成的混合物。
作为本发明的进一步方案是：所述生物质碳制备方法为将动物粪便、污泥、玉米秸秆，按照重量比2:1:3混合，在隔绝空气、温度为1100-1200℃条件下进行高温热裂解，即得生物质碳。
作为本发明的进一步方案是：所述保水剂为聚丙烯酸钾。
作为本发明的进一步方案是：所述土壤团粒促进剂为膨润土、沼渣、聚丙烯胺按照重量比3:2:1组成的混合物。
作为本发明的进一步方案是：所述重金属处理剂为改性沸石、碳纳米、半纤维素纳米二氧化硅水凝胶，按照重量比（5-9）：（4-6）：（1-3）组成的混合物。
作为本发明的进一步方案是：所述改性沸石制备方法为将沸石加入球磨机中，研磨至粒径为20-100目，向其中加入质量分数为0.4-0.8%的氢氧化钠溶液，搅拌3-7min，随后再向其中加入1-2%的海藻酸钠溶液，继续搅拌4-8min，即得改性沸石。
作为本发明的进一步方案是：所述半纤维素纳米二氧化硅水凝胶制备方法为将半纤维素加入质量分数为98%的乙醇溶液中，转速为100-120r/min，温度为45-55℃，搅拌6-10min，向其中加入过氧化苯甲酰，转速升至160-180r/min，温度升至65-75℃，通入氮气加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺，继续搅拌35-45min，再向其中加入二叔丁基过氧化异丙基苯，继续搅拌1-2h，即得半纤维素纳米二氧化硅水凝胶。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明的一种高效土壤改良剂的化学配方，以秸秆、腐殖酸、生物质碳作为主要基料，为土壤有机质含量得到了充分保障，本发明的生物质采用碳动物粪便、污泥、玉米秸秆，按照重量比2:1:3混合，在隔绝空气、温度为1100-1200℃条件下进行高温热裂解制得，使该改良剂中含有大量的氮、磷、钾元素以及有机质含量，加入的矿渣微粉具有比面积大，易与土壤接触，使材料更好的发挥作用，加入的麦饭石粉、磷矿石粉为极优的天然矿物质，可溶出对人体和生物有用的常量元素，以及微量元素，大大的增加了土壤中的营养元素含量，此外，加入的碳酸氢铵可以提供植物生长所需的铵态氮和二氧化碳，又因加入的碳酸氢铵在本发明改良剂中占比小，同时易被分解，可以为植物初期生长提供一定的肥效，促进植物产量，加入的重金属处理剂可以有效的吸收土壤中重金属含量，本发明通过改变改性沸石、碳纳米、半纤维素纳米二氧化硅水凝胶物质的质量比，以达到最佳除去重金属效果，在原有的天然沸石改性后制得改性沸石以及半纤维素纳米二氧化硅水凝胶，相比现有的沸石、水凝胶该土壤改良剂吸附重金属作用更强。
（2）本发明的一种高效土壤改良剂的化学配方，通过探究土壤团粒促进剂对土壤影响，本发明中土壤团粒促进剂为膨润土、沼渣、聚丙烯胺按照重量比3:2:1组成的混合物，土壤团粒为土壤创造良好的空隙性，团聚体内部的持水、孔隙多、空气少，既可以保存进入团聚体的水溶性养分，又适宜嫌气性微生物的活动，利于腐殖质的合成，可以使养分积累，此外还可以使土质疏松，易于耕作。
（3）本发明的一种高效土壤改良剂的化学配方，将沸石加入球磨机中，研磨至粒径为20-100目，向其中加入质量分数为0.4-0.8%的氢氧化钠溶液，搅拌3-7min，随后再向其中加入1-2%的海藻酸钠溶液，继续搅拌4-8min得到的改性沸石，相比原有的沸石更易于材料相融合，此外经过质量分数为0.4-0.8%的氢氧化钠溶液、1-2%的海藻酸钠溶液处理后，沸石表面结构疏松，孔隙度增大，相比现有技术中的沸石吸附作用更强，吸附重金属离子效果更好。
（4）本发明的一种高效土壤改良剂的化学配方，将半纤维素、纳米二氧化硅通过一系列的反应制备出新的半纤维素纳米二氧化硅水凝胶，相比现有的技术吸附重金属离子作用更强，现有技术中采用半纤维素吸附重金属，而本发明通过加入过氧化苯甲酰作为引发剂，N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为偶联剂、再加入二叔丁基过氧化异丙基苯，将纳米二氧化硅与半纤维素结合，纳米二氧化硅比表面积大，将二者结合，与土壤作用面积加大，使材料吸附重金属离子作用更强。
（5）本发明的一种高效土壤改良剂的化学配方，该土壤改良剂不仅可以提供丰富的氮磷钾以及有机质，同时比现有中国专利文献“（申请号：CN201210277844.1）”公开了一种土壤改良剂及其制备方法、中国专利文献“（申请号：201410331400.0）”公开了一种土壤改良剂及其制备方法中氮磷钾以及有机质含量高，此外还可以使土壤团粒以及吸收土壤中的重金属，相比现有的土壤改良剂改善很大。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例的一种高效土壤改良剂的化学配方，包括以下重量份的原料：
秸秆32份、腐殖酸14份、生物质碳12份、矿渣微粉8份、麦饭石粉6份、磷矿粉2份、碳酸氢铵2份、重金属处理剂4份、土壤团粒促进剂4份、保水剂1份。
本实施例的秸秆为小麦秸秆、水稻秸秆、油菜秸秆，按照重量比1:2:3组成的混合物。
本实施例的生物质碳制备方法为将动物粪便、污泥、玉米秸秆，按照重量比2:1:3混合，在隔绝空气、温度为1100℃条件下进行高温热裂解，即得生物质碳。
本实施例的保水剂为聚丙烯酸钾。
本实施例的土壤团粒促进剂为膨润土、沼渣、聚丙烯胺按照重量比3:2:1组成的混合物。
本实施例的重金属处理剂为改性沸石、碳纳米、半纤维素纳米二氧化硅水凝胶，按照重量比7：5：2组成的混合物。
本实施例的改性沸石制备方法为将沸石加入球磨机中，研磨至粒径为80目，向其中加入质量分数为0.6%的氢氧化钠溶液，搅拌5min，随后再向其中加入1.5%的海藻酸钠溶液，继续搅拌6min，即得改性沸石。
本实施例的半纤维素纳米二氧化硅水凝胶制备方法为将半纤维素加入质量分数为98%的乙醇溶液中，转速为110r/min，温度为50℃，搅拌8min，向其中加入过氧化苯甲酰，转速升至170r/min，温度升至70℃，通入氮气加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺，继续搅拌40min，再向其中加入二叔丁基过氧化异丙基苯，继续搅拌1.5h，即得半纤维素纳米二氧化硅水凝胶。
实施例2：
本实施例的一种高效土壤改良剂的化学配方，包括以下重量份的原料：
秸秆36份、腐殖酸18份、生物质碳16份、矿渣微粉10份、麦饭石粉8份、磷矿粉6份、碳酸氢铵4份、重金属处理剂8份、土壤团粒促进剂6份、保水剂3份。
其他条件均与实施例1相同。
实施例3：
本实施例的一种高效土壤改良剂的化学配方，包括以下重量份的原料：
秸秆33.8份、腐殖酸15.5份、生物质碳14份、矿渣微粉8.9份、麦饭石粉7.1份、磷矿粉3.7份、碳酸氢铵2.9份、重金属处理剂5.8份、土壤团粒促进剂4.9份、保水剂2.1份。
其他条件均与实施例1相同。
实施例4：
本实施例的重金属处理剂为改性沸石、碳纳米、半纤维素纳米二氧化硅水凝胶，按照重量比5：4：1组成的混合物。
其他条件均与实施例3相同。
实施例5：
本实施例的重金属处理剂为改性沸石、碳纳米、半纤维素纳米二氧化硅水凝胶，按照重量比3：2：1组成的混合物。
其他条件均与实施例3相同。
对比例1：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是秸秆31.5份、腐殖酸13.5份、生物质碳11.5份、矿渣微粉7.5份、麦饭石粉5.5份、磷矿粉1.5份、碳酸氢铵1.5份、重金属处理剂3.5份、土壤团粒促进剂3.5份、保水剂0.8份。
对比例2：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是秸秆29份、腐殖酸11份、生物质碳10份、矿渣微粉6份、麦饭石粉4份、磷矿粉0.7份、碳酸氢铵0.5份、重金属处理剂2份、土壤团粒促进剂2份、保水剂0.5份。
对比例3：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是秸秆36.5份、腐殖酸18.5份、生物质碳16.5份、矿渣微粉10.5份、麦饭石粉8.5份、磷矿粉6.5份、碳酸氢铵4.5份、重金属处理剂8.5份、土壤团粒促进剂6.5份、保水剂3.5份。
对比例4：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是秸秆39份、腐殖酸20份、生物质碳18份、矿渣微粉12份、麦饭石粉10份、磷矿粉8份、碳酸氢铵6份、重金属处理剂10份、土壤团粒促进剂10份、保水剂5份。
对比例5：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是重金属处理剂为改性沸石、碳纳米、半纤维素纳米二氧化硅水凝胶，按照重量比4：3：0.8组成的混合物。
对比例6：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是重金属处理剂为改性沸石、碳纳米、半纤维素纳米二氧化硅水凝胶，按照重量比10：7：4组成的混合物。
对比例7：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，中国专利文献“（申请号：CN201210277844.1）”公开了一种土壤改良剂及其制备方法中具体实施例4所述的材料及方法制备的土壤改良剂。
对比例8：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，采用中国专利文献“（申请号：201410331400.0）”公开了一种土壤改良剂及其制备方法中具体实施例3所述的材料及方法制备的土壤改良剂。
检测方法：取130Kg土样过2mm筛，进行搅拌，使土壤充分混合，平均分成13组，每组1Kg，采用实施例1至5及对比例1-8制得的土壤改良剂进行实验，随后测出土壤中的氮、磷、钾、有机质含量，土壤孔隙度、土壤水分、重金属Cr含量。
实施例1至5及对比例1-8得到土壤改良剂性能测试结果如下
N含量(mg/Kg) P含量(mg/Kg) K含量(mg/Kg) 有机质含量(mg/Kg) 土壤孔隙度（%） 土壤水分（%） 重金属Cr含量（%）
实施例1 209.3 101.21 622.12 51.02 58.7 37.9 0.39
实施例2 208.6 101.91 625.98 50.11 59.2 38.2 0.38
实施例3 212.31 103.54 635.12 53.31 61.9 39.8 0.23
实施例4 209.62 102.12 629.56 51.86 60.4 38.6 0.29
实施例5 209.93 102.45 631.42 51.91 59.9 38.8 0.31
对比例1 206.45 100.23 616.36 49.01 55.3 32.9 0.76
对比例2 205.12 99.18 614.23 47.23 53.9 32.4 0.79
对比例3 206.21 100.43 618.52 48.91 55.3 33.6 0.72
对比例4 204.32 99.03 610.12 47.12 54.1 33.1 0.75
对比例5 207.85 99.89 619.56 49.81 55.1 34.2 0.78
对比例6 206.96 100.96 618.98 49.23 56.5 34.3 0.74
对比例7 206.34 96.34 621.58 45.29 52.9 31.8 0.89
对比例8 20.5.98 97.12 618.34 47.13 53.5 32.5 0.91
本发明实施例1-3保持其他量不变，改变土壤改良剂中原料的重量，得出秸秆33.8份、腐殖酸15.5份、生物质碳14份、矿渣微粉8.9份、麦饭石粉7.1份、磷矿粉3.7份、碳酸氢铵2.9份、重金属处理剂5.8份、土壤团粒促进剂4.9份、保水剂2.1份，制备出土壤改良剂性能最佳，通过比例1-4，进一步的优化；通过对比例5-6，改变改性沸石、碳纳米、半纤维素纳米二氧化硅水凝胶质量比，得出最佳的质量比，将现有公开文献作为对比例，进行土壤改良剂性能测试比较，本发明制备的改良剂明显优于对比例。
本发明土壤改良剂的重金属处理剂为改性沸石、碳纳米、半纤维素纳米二氧化硅水凝胶，按照重量比7：5：2，土壤团粒促进剂为膨润土、沼渣、聚丙烯胺按照重量比3:2:1组成的混合物，中国专利文献“（申请号：CN201210277844.1）”公开了一种土壤改良剂及其制备方法以及中国专利文献“（申请号：201410331400.0）”公开了一种土壤改良剂及其制备方法中均未添加重金属处理剂、土壤团粒促进剂。
实验例1：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，重金属处理剂为改性沸石、碳纳米、半纤维素纳米二氧化硅水凝胶，按照重量比7：5：2，土壤团粒促进剂为膨润土、沼渣、聚丙烯胺按照重量比3:2:1组成的混合物。
实验例2：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，重金属处理剂为改性沸石、半纤维素纳米二氧化硅水凝胶，按照重量比7：2，土壤团粒促进剂为膨润土、聚丙烯胺按照重量比3:1组成的混合物。
实验例3：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，重金属处理剂为碳纳米、半纤维素纳米二氧化硅水凝胶，按照重量比5：2，土壤团粒促进剂为沼渣、聚丙烯胺按照重量比2:1组成的混合物。
实验例4：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，重金属处理剂为改性沸石、碳纳米按照重量比7：5，土壤团粒促进剂为膨润土、沼渣按照重量比3:2组成的混合物。
实验例5：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，重金属处理剂为半纤维素纳米二氧化硅水凝胶2份，土壤团粒促进剂为聚丙烯胺按照重量比1份。
实验例6：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，中国专利文献“（申请号：CN201210277844.1）”公开了一种土壤改良剂及其制备方法中具体实施例4所述的材料及方法制备的土壤改良剂。
实验例7：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，采用中国专利文献“（申请号：201410331400.0）”公开了一种土壤改良剂及其制备方法中具体实施例3所述的材料及方法制备的土壤改良剂。
本发明通过探究重金属处理剂、土壤团粒促进剂使用对土壤改良剂性能影响
土壤孔隙度（%） 土壤水分（%） 重金属Cr含量（%）
实验例1 61.9 39.8 0.23
实验例2 54.2 33.1 0.84
实验例3 55.3 34.3 0.83
实验例4 54.9 33.9 0.85
实验例5 53.6 34.3 0.74
实验例6 52.9 31.8 0.89
实验例7 53.5 32.5 0.91
通过实验例1-7得出，重金属处理剂、土壤团粒促进剂对土壤孔隙度、土壤水分、重金属Cr含量有很大的影响，实验例1采用重金属处理剂为改性沸石、碳纳米、半纤维素纳米二氧化硅水凝胶，按照重量比7：5：2，土壤团粒促进剂为膨润土、沼渣、聚丙烯胺按照重量比3:2:1组成的混合物，得出土壤改良剂性能明显优于中国专利文献“（申请号：CN201210277844.1）”公开了一种土壤改良剂及其制备方法以及中国专利文献“（申请号：201410331400.0）”公开了一种土壤改良剂及其制备方法中土壤改良剂。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种高效土壤改良剂的化学配方，其特征在于，包括以下重量份的原料：
秸秆32-36份、腐殖酸14-18份、生物质碳12-16份、矿渣微粉8-10份、麦饭石粉6-8份、磷矿粉2-6份、碳酸氢铵2-4份、重金属处理剂4-8份、土壤团粒促进剂4-6份、保水剂1-3份。
2.根据权利要求1所述的一种高效土壤改良剂的化学配方，其特征在于，所述高效土壤改良剂的化学配方包括以下重量份的原料：
秸秆34份、腐殖酸16份、生物质碳14份、矿渣微粉9份、麦饭石粉7份、磷矿粉4份、碳酸氢铵3份、重金属处理剂6份、聚丙烯酸盐类5份、保水剂2份。
3.根据权利要求1或2所述的一种高效土壤改良剂的化学配方，其特征在于，所述秸秆为小麦秸秆、水稻秸秆、油菜秸秆，按照重量比1:2:3组成的混合物。
4.根据权利要求1或2所述的一种高效土壤改良剂的化学配方，其特征在于，所述生物质碳制备方法为将动物粪便、污泥、玉米秸秆，按照重量比2:1:3混合，在隔绝空气、温度为1100-1200℃条件下进行高温热裂解，即得生物质碳。
5.根据权利要求1所述的一种高效土壤改良剂的化学配方，其特征在于，所述保水剂为聚丙烯酸钾。
6.根据权利要求1所述的一种高效土壤改良剂的化学配方，其特征在于，所述土壤团粒促进剂为膨润土、沼渣、聚丙烯胺按照重量比3:2:1组成的混合物。
7.根据权利要求1或2所述的一种高效土壤改良剂的化学配方，其特征在于，所述重金属处理剂为改性沸石、碳纳米、半纤维素纳米二氧化硅水凝胶，按照重量比（5-9）：（4-6）：（1-3）组成的混合物。
8.根据权利要求7所述的一种高效土壤改良剂的化学配方，其特征在于，所述改性沸石制备方法为将沸石加入球磨机中，研磨至粒径为20-100目，向其中加入质量分数为0.4-0.8%的氢氧化钠溶液，搅拌3-7min，随后再向其中加入1-2%的海藻酸钠溶液，继续搅拌4-8min，即得改性沸石。
9.根据权利要求7所述的一种高效土壤改良剂的化学配方，其特征在于，所述半纤维素纳米二氧化硅水凝胶制备方法为将半纤维素加入质量分数为98%的乙醇溶液中，转速为100-120r/min，温度为45-55℃，搅拌6-10min，向其中加入过氧化苯甲酰，转速升至160-180r/min，温度升至65-75℃，通入氮气加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺，继续搅拌35-45min，再向其中加入二叔丁基过氧化异丙基苯，继续搅拌1-2h，即得半纤维素纳米二氧化硅水凝胶。
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