[发明专利]一种基于土壤中硝态氮吸附的生物炭及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新型土壤改良材料技术领域，尤其涉及一种基于土壤中硝态氮吸附的生物炭及制备方法。

背景技术

目前，我国主要以使用氮肥作为农业增产的主要措施。但是随着农业的发展，在大量使用氮肥给农业带来增收的同时，施入土壤中的氮素通过地表径流和淋溶的方式进入水体，造成了地表水和地下水污染及富营养化。这一方面加重了土壤的板结、酸化并增加了农业投入，另一方面导致水体缺氧及藻毒素含量增加，威胁到水体生物多样性及人类健康。

目前，传统处理去除硝态氮的方法主要为生物法。利用兼性厌氧反硝化细菌在厌氧条件下还原硝态氮生物处理法被认为是经济有效且环保的方法并广泛被人们所接受。但由于微生物反硝化过程缓慢，局限性较大。所以吸附法作为吸附硝态氮一种有效环保的方法，受到了广泛的关注，而生物炭可以作为一种节能环保型吸附材料而逐渐被应用于农业中改良土壤提高土壤肥力以及吸附去除污染水体中的杂质。制备生物炭常用的方法是热裂解法，即限氧升温炭化法；主要的控制因素是反应温度和加热时间，随反应温度和加热时间的不同，制备出的生物炭理化性质和吸附性能也不同。采用生物炭吸附或去除硝态氮的研究国内多有开展，从表1国内外利用生物炭吸附硝态氮研究成果来看，对硝态氮吸附或去除效率较低，其结果不甚理想。究其原因，主要在于生物炭制作原材料的筛选和最优加工工艺的确定。

表1国内外利用生物炭吸附硝态氮的情况比较

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于土壤中硝态氮吸附的生物炭原材料及制备方法。

本发明是这样实现的，一种基于土壤中硝态氮吸附的生物炭，所述基于土壤中硝态氮吸附的生物炭原材料为柠条。

本发明另一目的在于提供一种基于土壤中硝态氮吸附的生物炭的制备方法，包括以下步骤：

将柠条原料切成指节大小长度，用蒸馏水冲洗多次后烘干；

将原料填满于铁盒或者氧化铝坩埚中，加盖密闭，放入箱式气氛炉中分别热解2h、3h、4h，程序升温时间为1h，由室温升到目标温度；降温时间为1h，由目标温度降到室温；

通入氮气保护塑造厌氧环境，热解分别温度为450℃、500℃、550℃、600℃、650℃，冷却至室温；

然后将生物炭材料用粉碎机破碎过18目筛；制得基于土壤中硝态氮吸附的生物炭。

进一步，实验测试前先将制得基于土壤中硝态氮吸附的生物炭放入烘箱中在140℃烘干2h，然后在90℃条件下烘干2h，备用。

进一步，所述的基于土壤中硝态氮吸附的生物炭的制备方法共计制备出15种不同工艺的基于土壤中硝态氮吸附生物炭。

进一步，所述目标温度为650℃。

进一步，放入箱式气氛炉中分别热解2h、3h、4h中，优选3h。

进一步，所述将生物炭材料用粉碎机破碎过18目筛，制得的基于土壤中硝态氮吸附的生物炭粒径小于或等于1mm。

本发明的优点及积极效果为：

本发明柠条取材来源广泛，成本低廉，可以在西北区就地取材，易于炭化实现、安全有效、效果持久，与植被生长年限无关。能够高效的吸附水环境NO₃^--N。

本发明制备出的柠条生物炭不需要结果淋洗或者酸化等前处理，可以直接使用。这样吸附效果最佳。

本发明制备柠条生物炭过程中需要全程通氮气，制备出的生物炭粉碎使用效果最佳，一般粒径为1mm以下。

本发明制备出的柠条生物炭对硝态氮的吸附最大达到19.67mg/g；去除率为78.67％，约为大部分已有生物炭吸附效率的1～10倍，即高效率高累积吸附。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于土壤中硝态氮吸附的生物炭制备方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

目前制备生物炭常用的方法是热裂解法，即限氧升温炭化法；主要的控制因素是反应温度和加热时间，随反应温度和加热时间的不同，制备出的生物炭理化性质和吸附性能也不同；作为一种具有发达孔隙结构的土壤改良剂，生物炭对土壤中以阳离子形态存在养分具有很好的吸附能力，但对于以阴离子形态存在的NO₃^--N吸附性能不佳，目前国内外生产生物炭的NO₃^--N固持能力较低。