[发明专利]一种利用陶粒原位水热结合生物炭制备土壤改良剂的方法

说明书

本发明公开一种利用陶粒原位水热结合生物炭制备土壤改良剂的方法，包括将工业废弃物经粉碎、混合后造粒，通过阶梯式升温对其进行焙烧，冷却至室温，得到陶粒。通过水热碳化法将生物质废弃物与陶粒相结合，制备原料均采用固体废弃物，充分利用固体废物的同时降低生产成本。本发明将生物质与陶粒结合，实现了生物炭结合陶粒的制备，多孔的结构可以使得陶粒具有更强的吸水及吸附性能，增强土壤保水性的同时还能够对有害物质进行吸附，除此之外，生物质废弃物原料本身具有的官能团也能对污染物进行有效吸附。陶粒中的重金属离子在烧制后被固定，不会对环境造成二次污染，因此，该陶粒能够成为较好的土壤改良剂。

技术领域

本发明涉及一种利用陶粒原位水热结合生物炭制备土壤改良剂的方法，属于新材料技术领域。

背景技术

经济的快速发展导致工业固体废弃物排放日益增加，其中赤泥是以铝土矿为原料提炼氧化铝过程中产生的极细颗粒固体废物，是一种碱性极强的废弃残渣。每生产1吨氧化铝，就会产生0.8-1.5吨的赤泥，赤泥排放量大，且我国对赤泥的利用率极低，仅为4%。赤泥中含有多种有害物质，在长期堆放的过程中除了浪费土地资源，还会导致大量碱液和有害物质渗入附近的土地中，对环境造成如土地碱化，地表水地下水污染等危害。目前，已有研究将赤泥用作土壤改良剂，但赤泥的无害化处理及综合利用仍然是世界性难题。

粉煤灰是从燃烧后的烟气汇总收捕下来的细灰，是燃煤电厂的主要固体废物。近年来随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量日益增长，成为我国当前排放量较大的工业废渣之一。粉煤灰具有强碱性，大量堆存对土地资源造成了浪费，且粉煤灰中的有害物质逐渐渗透到地表和周围水体中，对环境造成一定的危害；且粉煤灰扬尘也会对周围空气造成污染。但粉煤灰具有较多的潜在利用价值，其中二氧化硅及氧化铝的含量高，含有玻璃相及未燃尽的碳，具有良好的活性，其作为原料制备陶粒能够提高陶粒的性能。且粉煤灰中的重金属元素以集合体的形态存在，活性相对较低，不会对土壤造成重金属污染，目前已有研究将粉煤灰用于农业中的土壤改良。对粉煤灰的潜在价值进行合理的资源化利用，能够在解决环境污染问题的同时创造更多的经济价值。

陶粒是一种经发泡产生的陶质颗粒，是近几年我国发展较快的新型材料之一，我国已成为世界最大的陶粒生产国，陶粒的体积密度为0.8-2.0g/cm³，远低于天然团聚体的体积密度(一般为2.4-2.8g/cm³)。陶粒具有密度小，内部多孔，形态、成分较为均一，比表面积大等优点，被广泛应用。用于陶粒制备的原料必须包括两个重要的组分：一个是在高温下会产生气体的组分，即造孔剂；另一个是在高温下能够产生粘度足够大的熔融相，从而减少气体向外部溢出，尽可能使得气体在陶粒内部活动，从而使陶粒内部的孔洞更多，降低其体积密度，增强保水性能和吸附性能。

速溶咖啡的副产物咖啡渣产量较大，每生产1kg速溶咖啡就会产生0.9kg的咖啡渣。咖啡渣作为农林废物具有较高产量，且其干物质中约含有6%的水分、62%挥发分、23%固定碳以及9%灰分，有研究表明咖啡渣在520℃下就能够燃烧完全，仅剩下8%左右的灰分，其余成分大多可以在高温中反应生成大量的气体。除此之外，咖啡渣在燃烧时还会放出大量的热能，有助于陶粒的烧结；本着“以废治废”的原则，尽可能使用废弃物进行材料的制备，故本发明采用咖啡渣作为陶粒制备的造孔剂，咖啡渣在陶粒高温焙烧的过程中分解，产生气体，在陶粒中形成孔道，有利于增强陶粒的多孔性能。

在已有研究中，利用赤泥制备陶粒仍鲜有报道，故本发明结合咖啡渣、赤泥及粉煤灰的特点，将三者按照一定比例混合后，制备陶粒，并将生物质采用原位水热碳化的方式与之结合，生产具有土壤改良性能的材料。

发明内容

为制备出与生物质相结合的陶粒材料，提高陶粒材料的土壤改良性能，扩展其应用范围，本发明提供一种利用陶粒原位水热结合生物炭制备土壤改良剂的方法，采用原位水热结合生物炭法，将生物质与陶粒相结合，制备出具有土壤改良性能的材料。

本发明通过以下技术方案实现：

一种利用陶粒原位水热结合生物炭制备土壤改良剂的方法，包括以下步骤：