[发明专利]一种高吸附性能生物炭肥的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物质资源高值化综合利用领域，具体涉及一种高吸附性能生物炭肥的制备方法。

背景技术

不论是在粮食作物还是在经济作物的种植领域，长久以来就采用施肥的手段来提高作物产量和质量。从最早的施用农家有机肥到施用无机肥，再到施用有机无机复混肥。施肥种类、施肥量及配比等对粮食作物或经济作物产量和质量都有很大的影响。传统的肥料尤其是有机无机复混肥虽然在提高作物产量方面起到了不错的效果。但是，传统的肥料存在成分和养分配比不合理，几乎不能恢复土壤肥力、改善土壤结构，甚至还会产生副作用，造成土壤板结等。

人类的生存与发展始终伴随着大量的人及牲畜排泄物的产生，随着人们生活的提高，人畜粪便对环境的污染也日益严重。首先，人畜粪便中含有大量的有机质和氮、磷、钾等物质，若直接排放，会造成水体污染和富营养化。其次，粪便中含有大量病原体，容易引发大规模传染病的流行。再次，粪便污水中有机质腐烂分解后产生有毒有害气体，发生恶臭。这些均严重污染了大地、水体、大气和生物群落，并对人体健康产生潜在威胁。同时人畜粪便大都具有含水率高、不易储存、受潮易腐烂等特点，导致运输成本大、储存空间大和处理成本高等问题。因此寻求合适的人畜粪便处理方法具有现实意义和商业化前景。

我国年产生物质约10 亿吨，其中仅玉米、水稻、小麦等大宗作物的秸秆量就超过5亿吨。随着我国粮食生产总量的增加，这一数字还将进一步提高。面对如此巨大的资源，目前尚没有实现大规模合理、高效与高值利用，而以传统利用方式为主。当前的处理方法主要有肥料化、饲料化、基料化、燃料化和原料化等 5 种利用方式，其中肥料化、饲料化、基料化属于农业化利用方式，燃料化和原料化利用属于工业化利用模式。由于存在利用途径少、规模小及利用价值低等问题，大量的生物质资源被弃置或焚烧，导致资源浪费和严重的环境 污染。因此，寻求生物质功能化与高值化利用新技术成为人们关注的焦点。其中，热解碳化 技术是近年来逐步发展起来的生物质综合利用技术，它可以做到气、液、炭联产，然后用作 清洁能源化利用及功能原料化利用等。由于生物炭疏松多孔、表面含氧官能团丰富、环境性质稳定，作为功能吸附剂在土壤污染修复及水污染控制领域有重要的应用前景。但传统的生物炭由于其原料以及制备方法的原因，其微孔结构偏少、比表面积也偏小，而微孔结构和比表面积是决定其主要功能的因素之一 ；再者，传统生物炭的氮、磷、钾等植物营养元素及其他微量元素的含量极低，在施用中往往需要配合其他肥料以增强肥效，造成成本和劳动力的增加。所以提高生物炭的吸附性能和肥效是实现生物质功能化与高值化利用的一个重要的努力方向。

发明内容

为克服以上不足，本发明提供了一种高吸附性生物炭肥的制备方法。采用经过特殊方法处理过的草木灰作为催化剂，该催化剂一方面可以大幅增加微孔从而增大比表面积，提高其吸附性能；另一方面可以增加营养元素N、P、K以及多种微量元素，基本不用额外添加其他肥料。而锰氧化物由于等电点PH值低、比表面积大，对重金属离子等各种污染物都具有很强的吸附性能，比铁氧化物要高很多，并且使用后容易沉淀分离，不像铁氧化物那样容易粘附与之接触的介质材料，颜色重。因此，采用高锰酸盐预先浸渍处理生物质原料，然后在较低温度下进行热解碳化得到高吸附性的生物炭肥。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：

一种高吸附性能生物炭肥的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

（1）生物质原料的选取及准备

所用生物质原料是玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、棉花秸秆、玉米芯、棉籽壳、稻壳、花生壳、豆壳、果壳、甘蔗渣、果皮、菜叶菜帮、等外果、残次果、树木残枝、木屑中的一种或若干种的任意混合物。晒干或烘干，粉碎成粉末，混匀，得原料1 ；其中，生物质原料的含水量控制在 10% 以下；

（2）人畜粪便的选取及准备

将选取的人畜粪便晒干或烘干，粉碎成粉末，混匀，得原料2；其中，人畜粪便的含水量控制在 20%以下；

（3）称重并混合

将原料1、原料2和催化剂按质量比3:2:1进行称重混合，其中所述催化剂为草木灰用水溶解后，用氨水调节PH 至8.2~8.6，然后过滤，冷冻干燥而成；

（4）浸渍处理

以高锰酸盐为处理剂，将高锰酸盐和水按固液比为1:(20~40)进行混合，得到混合液；再将步骤（3）中所得的混合物放入混合液中浸渍，其中混合物和高锰酸盐的质量比为（3~7）：1，浸渍处理温度为室温~80℃，浸渍处理时间为4~24 小时。

（5）脱水排氧