CN113545190B - 一种低温等离子体土壤固氮装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温等离子体土壤固氮装置，包括底座、进气孔、套筒、石英管、中空螺纹电极、排气孔和高压电源，所述底座由下底板和上底板构成，所述上底板套接在下底板的顶部，所述下底板的侧壁开设有进气孔，所述上底板的顶部开设有通孔，所述底座的顶部固定安装有套筒，所述套筒的内部装填有土壤，所述套筒的内部还设置有石英管，所述石英管的底部安装在底座上，所述石英管的内部固定安装有中空螺纹电极，石英管的管壁自上而下依次开设有数个排气孔，本发明的有益效果：其反应时间快、作用机理明确；直接在土壤中形成硝酸盐，不需要二次转移就可以被农作物直接吸收，整个反应过程由清洁的电能驱动，没有二次污染。

Description

一种低温等离子体土壤固氮装置

技术领域

本发明涉及土壤固氮技术领域，具体是一种低温等离子体土壤固氮装置。

背景技术

氮元素作为植物生长不可缺少的元素，土壤固氮对于保证作物正常生长、提高粮食产率、确保粮食安全具有重要意义。现有的土壤固氮技术主要分为两种，一种是微生物固氮，利用固氮菌固定住大气中的氮气为植物生产提供有机氮源，如CN109824404A所述的利用废弃的真菌培养基结合固氮菌进行土壤固氮，然而这种固氮方式的转化率低，原料资源消耗量大，并不能大规模的推广使用。如CN105482826A所公开的通过制作土壤改良组合物进行土壤改良并进行固氮。然而这种土壤改良组合物原料种类繁多，工艺复杂。另一种是利用低温等离子体进行土壤固氮，如CN110972590A所公开的一种利用低温等离子体技术实现土壤推进式原位固氮，该方法通过先制备活化水在液相实现固氮，然后再将反应后尾气通入土壤中进行气相固氮，此类方法通过射流制备活化水需要的气体流量较大，土壤经输送装置二次反应存在氮化物的损耗问题，同时需要螺杆推进使得装置体型较大，不易运输。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温等离子体土壤固氮装置，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：一种低温等离子体土壤固氮装置，包括底座、进气孔、套筒、石英管、中空螺纹电极、排气孔和高压电源，所述底座由下底板和上底板构成，所述上底板套接在下底板的顶部，所述下底板的侧壁开设有进气孔，所述上底板的顶部开设有通孔，所述底座的顶部固定安装有套筒，所述套筒的内部装填有土壤，所述套筒的内部还设置有石英管，所述石英管的底部安装在底座上，所述石英管的内部固定安装有中空螺纹电极，所述石英管的管壁自上而下依次开设有数个排气孔，所述石英管的底部与通孔相互连通，所述底座的外侧接有高压电源，所述高压电源电性连接中空螺纹电极。

作为本发明进一步的方案：所述土壤没过最上方的排气孔，所述土壤的高度不超过石英管和套筒的最大高度。

作为本发明进一步的方案：所述石英管的内部填充有工作气体，所述工作气体具体为空气。

作为本发明进一步的方案：所述石英管的数量若干，若干所述石英管呈环形排列。

作为本发明进一步的方案：所述石英管的顶部为圆顶且为密封状态，所述石英管的底部设置开口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、不需转移后混合反应，操作简单，能量利用率高；

2、以中空螺纹杆作为高压电极，放电起始电压低，消耗的功率较低，将被处理土壤作为放电反应的一部分，放电时高压电极温度基本保持不变；

3、本发明利用介质阻挡放电技术，高压电极外套有石英介质管，避免高压电极被污染影响放电，该反应不受土壤类型、纯度限制，可以实现稳定放电并且产生等离子体；

4、该装置的可调控性强，可根据不同的土壤类型、土壤处理量，同时调整气体流速和电压幅值，还可以灵活改变放电单元数量，达到最佳的运行效果；

5、本发明所需的原料仅为空气和土壤，原料简单易获取，使用清洁的电能驱动，不存在二次污染问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明结构剖视图；

图3为本发明生菜发芽情况对比图；

图4为本发明生菜干重情况对比图。

图中：1底座、2进气孔、3套筒、4石英管、5中空螺纹电极、6排气孔、7高压电源、8通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

请参阅图1-3，本发明实施例中，一种低温等离子体土壤固氮装置，包括底座1、进气孔2、套筒3、石英管4、中空螺纹电极5、排气孔6和高压电源7，所述底座1由下底板和上底板构成，所述上底板套接在下底板的顶部，所述下底板的侧壁开设有进气孔2，所述上底板的顶部开设有通孔8，所述底座1的顶部固定安装有套筒3，所述套筒3的内部装填有土壤，所述套筒3的内部还设置有石英管4，所述石英管4的底部安装在底座1上，所述石英管4的内部固定安装有中空螺纹电极5，所述石英管4的管壁自上而下依次开设有数个排气孔6，所述石英管4的底部与通孔8相互连通，所述底座1的外侧安装有高压电源7，所述高压电源7电性连接中空螺纹电极5。

值得注意的是，所述土壤没过最上方的排气孔6，所述土壤的高度不超过石英管4和套筒3的最大高度。

值得注意的是，所述石英管4的内部填充有工作气体，所述工作气体具体为空气。

值得注意的是，所述石英管4的数量若干，若干所述石英管4呈环形排列。

值得注意的是，所述石英管4的顶部为圆顶且为密封状态，所述石英管4的底部设置开口。

实施例：

首先通过石英管4上的通孔8向石英管4内通入工作气体，所述工作气体具体为空气，然后将向套筒3内填充被处理的土壤，随后开启高压电源7，产生放电；在停止工作是，应该先关闭高压电源，再倒出被处理的土壤，最后停止通入气体。

采取30粒生菜种，在25℃的条件下提供16小时的模拟阳光，监测25天，最后在60℃的环境下干燥48小时并称重；

如图3所示，生菜在生长至第十天的发芽情况，从图中可以得出，未处理、固氮5分钟和固氮10分钟的三组的发芽个数均呈递增趋势，在第六天达到稳定值，固氮10分钟的发芽个数为24个，高于另外两组的发芽数；

如图4所示，固氮10分钟的生菜干重为16克，固氮5分钟的生菜干重为15.5克，未处理的生菜干重为9.5克，很明显可以得出固氮10分钟的生菜干重更好。

在进行土壤固氮时，土壤填充至套筒3内，打开高压电源6，空气从底座1上的进气孔2进入，中空螺纹电极5同时放电产生等离子体，等离子体与从中空螺纹电极5中通入空气中的氮分子和氧分子反应生菜氮氧化物，氮氧化物随着气流从石英介质管的小孔吹入至土壤中，再与土壤中的水分子进一步反应生成硝酸盐氮，同时放电产生的臭氧也会将大型有机氮分子氧化生成小分子氮。

本发明可根据被处理土壤的湿度和类型动态调整高压电源参数、工作气体种类和流量、以及放单单元数等参数。工作气体流量一般在50~600mL/min范围内调节，具体而言，当被处理土壤湿度较大时，应提升气体流速以产生更多的氮氧化物与水分子反应生成更多的硝酸盐氮，当被处理土壤所含的水分较少时，应减少放电单元或减小气体流速。

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。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

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 (3)

1.一种低温等离子体土壤固氮装置，包括底座（1）、进气孔（2）、套筒（3）、石英管（4）、中空螺纹电极（5）、排气孔（6）和高压电源（7），其特征在于：所述底座（1）由下底板和上底板构成，所述上底板套接在下底板的顶部，所述下底板的侧壁开设有进气孔（2），所述上底板的顶部开设有通孔（8），所述底座（1）的顶部固定安装有套筒（3），所述套筒（3）的内部装填有土壤，所述套筒（3）的内部还设置有石英管（4），所述石英管（4）的底部安装在底座（1）上，所述石英管（4）的内部固定安装有中空螺纹电极（5），所述石英管（4）的管壁自上而下依次开设有数个排气孔（6），所述石英管（4）的底部与通孔（8）相互连通，所述底座（1）的外侧接有高压电源（7），所述高压电源（7）电性连接中空螺纹电极（5），所述石英管（4）的数量若干，若干所述石英管（4）呈环形排列，所述石英管（4）的内部填充有工作气体，所述工作气体具体为空气。

2.根据权利要求1所述的一种低温等离子体土壤固氮装置，其特征在于：所述土壤没过最上方的排气孔（6），所述土壤的高度不超过石英管（4）和套筒（3）的最大高度。

3.根据权利要求1所述的一种低温等离子体土壤固氮装置，其特征在于：所述石英管（4）的顶部为圆顶且为密封状态，所述石英管（4）的底部设置开口。

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