[发明专利]一种改性谷壳生物炭及其制备方法与用途

说明书

本发明提供了一种改性谷壳生物炭及其制备方法与用途，所述方法包括如下步骤：步骤1、谷壳炭化得到谷壳生物炭：将干燥谷壳，在无氧环境中300～500℃下热裂解，制备得到谷壳生物炭，磨碎过筛备用；步骤2、谷壳生物炭改性：将步骤1所得的谷壳生物炭加入改性盐搅拌，过滤、烘干；然后在500～600℃的氮气环境下热解改性，制备得到该改性谷壳生物炭；所述改性盐为将重量比为1～3：1～2：1的磷酸钙、磷酸钾和氢氧化镁制备成的悬浊液，所述改性盐的总质量为所述谷壳生物炭质量的30～50％。本发明的改性谷壳生物炭可以提高土壤钙、镁、钾等矿质养分，缓解土壤酸化，降低土壤重金属污染风险，有利于提高水稻产量和土壤有机质。

技术领域

本发明涉及生物炭材料制备和应用技术领域，尤其涉及一种改性谷壳生物炭及其制备方法与用途。

背景技术

我国南方酸性红壤普遍存在酸化退化、有机质含量低，钙镁等盐基离子含量低等问题，并存在土壤质地粘重、板结，保水保肥能力差等问题。施用有机肥和农作物秸秆还田可以改善土壤质地并有缓解土壤酸化的作用，但投入量大、见效慢，特别是在酸化改良上效果较差。而秸秆直接还田存在一些障碍，比如增加病虫害、影响苗期氮肥效率、影响作物生长、秸秆腐熟慢养分低、劳动力成本高，而重金属污染土壤还存在秸秆重金属镉的富集活化效应导致食品安全风险。现有的基于工、农业废弃物等生产的土壤调理剂同样也存在见效慢和二次污染等问题。生物炭是利用含碳有机物在高温缺氧环境下，制备成的富含碳结构的多孔性材料，作为土壤改良剂和固碳物质受到广泛关注。土壤中施用生物炭，可以起到促进土壤有机碳固定，改善土壤结构，提高土壤肥力，缓解酸化等积极作用。通过将水稻秸秆、谷壳等农业废弃物炭化，不仅可以长期封存大量碳，减少CO₂排放，同时生物炭农用对于改善土壤结构、提高土壤肥力和提高产量具有积极作用。但是在重金属背景值较高的农田生产的作物秸秆，通常重金属含量较高，通过炭化处理会导致重金属进一步富集，这些重金属污染物主要包括镉、镍、铜、砷等。因此生物炭如果不经处理直接施用到农田中可能会导致重金属超标，更为严重的是带来食品安全问题。因此如何对生物炭进行改性，使得其重金属含量降低，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供了一种改性谷壳生物炭及其制备方法与用途，制备得到的改性生物炭，呈碱性，可以进一步钝化镉等重金属，孔隙度和比表面积进一步增加，同时钙镁钾等矿质元素大幅增加，是一种适宜于红壤等盐基离子贫乏的土壤培肥改良剂。通过田间试验表明，施用该改性谷壳生物炭可以提高土壤钙、镁、钾等矿质养分，缓解土壤酸化，降低土壤重金属污染风险，有利于提高水稻产量和土壤有机质。

本发明是这样实现的：

本发明的目的之一在于提供了一种改性谷壳生物炭的制备方法，其包括如下步骤：

步骤1、谷壳炭化得到谷壳生物炭：将干燥谷壳，在无氧环境中300～500℃下热裂解，制备得到谷壳生物炭，磨碎过筛备用；

步骤2、谷壳生物炭改性：

将步骤1所得的谷壳生物炭加入改性盐搅拌震荡，过滤、烘干；然后在500～600℃的氮气环境下热解改性，制备得到该改性谷壳生物炭；

所述改性盐为将重量比为1～3：1～2：1的磷酸钙、磷酸钾和氢氧化镁制备成的悬浊液，所述改性盐溶质的总质量为所述谷壳生物炭质量的30～50％。

优选地，所述步骤1中热裂解时间为2～4h。

优选地，所述步骤1中所述过筛采用100～500目筛。

优选地，所述步骤1中热裂解的温度为400℃。

优选地，所述步骤2中加入改性盐搅拌震荡的时间为12～36h。

优选地，所述步骤2中烘干时选用的温度为80～120℃。

优选地，所述步骤2中氮气环境下热解改性的时间为30～90min。