[發(fā)明專利]一種生物炭及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111207592.0
• 申請(qǐng)日: 2021-10-18
• 公開（公告）號(hào): CN113800498A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周媛;楊龍;王香春;王嗣禹;儲(chǔ)楊陽(yáng);張敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司
• 主分類號(hào): C01B32/05
• 分類號(hào): C01B32/05;C05D9/00;C05G3/80;C09K17/00;C09K101/00
• 代理公司: 北京瑞盛銘杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11617
• 代理人: 劉瑩

本發(fā)明提出一種生物炭及其制備方法和應(yīng)用，屬于土壤修復(fù)及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。所述生物炭的制備方法，包括如下步驟：將食品酵母廢水和玉米芯混合，進(jìn)行無(wú)氧熱解反應(yīng)，得生物炭。本發(fā)明提供的生物炭，主要用于土壤增效。首次選用食品酵母廢水和玉米芯混合，在特定熱解溫度、時(shí)間及原料比的條件下，制備得到富氮玉米芯生物炭。將其用于土壤增效，可有效提高土壤有機(jī)碳、陽(yáng)離子交換量(CEC)和總氮含量，從而促進(jìn)作物生長(zhǎng)。與此同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了高營(yíng)養(yǎng)食品酵母廢水和玉米芯的資源回收利用，節(jié)能降碳、成本低廉。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土壤修復(fù)及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種生物炭及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

土壤肥力下降、土地環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，已成為限制全世界糧食生產(chǎn)、人口發(fā)展的關(guān)鍵因素。據(jù)報(bào)道，在我國(guó)糧食連續(xù)十年增產(chǎn)的同時(shí)，耕地單位面積的化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜的使用量，都是世界平均水平的好幾倍。對(duì)于農(nóng)田來(lái)說(shuō)，有機(jī)養(yǎng)分投入不足，大量肥料的施用又會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)，根系無(wú)法生長(zhǎng)，導(dǎo)致作物產(chǎn)量持續(xù)下降；同時(shí)農(nóng)藥殘留也會(huì)造成日益嚴(yán)峻的農(nóng)業(yè)生態(tài)問(wèn)題與土壤環(huán)境污染。可見，土壤改良與增效是實(shí)現(xiàn)土地可持續(xù)利用、保障食品安全亟待解決的難題。

研究表明，土壤改良劑和添加劑的使用是提高土地肥效的重要措施。國(guó)內(nèi)外學(xué)者積極探索新型土壤改良劑等的研發(fā)，比如生物炭基肥、餐廚垃圾的好氧堆肥、城市垃圾農(nóng)肥化等，均可有效緩解土壤養(yǎng)分的匱乏。其中，生物炭作為一種新型環(huán)境功能材料，在土壤改良、培肥增效方面展現(xiàn)出優(yōu)異的應(yīng)用潛力。

生物炭一般指由生物殘?bào)w(禽畜糞便、木屑、種殼、秸稈、果皮)或廢棄物(污泥、城市固體垃圾)等有機(jī)質(zhì)在缺氧的情況下，經(jīng)高溫?zé)峤猱a(chǎn)生的一類性質(zhì)穩(wěn)定的、高度芳香化的、富含碳素的固態(tài)物質(zhì)。它具有比表面積大、孔隙率高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、官能團(tuán)豐富、陽(yáng)離子交換量高的特點(diǎn)，有利于土壤性質(zhì)改良和微生物的生長(zhǎng)，同時(shí)能吸附土壤或沉積物中的無(wú)機(jī)離子及有機(jī)化合物，促進(jìn)植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的吸收，在改良土壤、提高土壤肥效方面有很大的應(yīng)用潛力。

生物炭的多孔結(jié)構(gòu)使其在土壤中能夠吸持表面富含多種官能團(tuán)的有機(jī)質(zhì)，但就生物炭本身而言，其養(yǎng)分含量很少，可直接供給植物的養(yǎng)分含量更為有限。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者嘗試在生物炭制備方面進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)生物質(zhì)原料的預(yù)處理和復(fù)合多種原料熱解炭化的手段，進(jìn)而增強(qiáng)生物炭的營(yíng)養(yǎng)組分(比如含氮量)和吸附能力等，提高生物炭多方面的用途。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種生物炭的制備方法，首次選用食品酵母廢水和玉米芯制備生物炭，所得生物炭用于土壤培肥增效，具有良好的優(yōu)化土壤理化性質(zhì)及促進(jìn)植物生長(zhǎng)等作用。與此同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了高營(yíng)養(yǎng)食品酵母廢水和玉米芯的資源回收利用，節(jié)能降碳、成本低廉。

本發(fā)明提出一種生物炭的制備方法，包括如下步驟：將食品酵母廢水和玉米芯混合，進(jìn)行無(wú)氧熱解反應(yīng)，得生物炭。

進(jìn)一步地，所述玉米芯與廢水的質(zhì)量體積比為20％～80％；優(yōu)選的，所述玉米芯與廢水的質(zhì)量體積比為40％～80％；更優(yōu)選的，所述玉米芯與廢水的質(zhì)量體積比為40％。

進(jìn)一步地，所述玉米芯和廢水混合時(shí)間為1～7天。

進(jìn)一步地，所述無(wú)氧熱解反應(yīng)的時(shí)間為1～4h；優(yōu)選的，所述無(wú)氧熱解反應(yīng)的時(shí)間為1～3h；更優(yōu)選的，所述無(wú)氧熱解反應(yīng)的時(shí)間為2h。

進(jìn)一步地，所述無(wú)氧熱解反應(yīng)的溫度為300～700℃；優(yōu)選的，所述無(wú)氧熱解反應(yīng)的溫度為400～600℃；更優(yōu)選的，所述無(wú)氧熱解反應(yīng)的溫度為500℃。

進(jìn)一步地，所述無(wú)氧熱解反應(yīng)在通氮?dú)鈼l件下進(jìn)行，所述氮?dú)獾牧魉贋?0～30mL/min。

進(jìn)一步地，所述廢水為食品酵母廢水，廢水的有機(jī)物濃度為10000～70000mg/L；廢水中總氮含量為1000～6000mg/L。

本發(fā)明還提出上述任一制備方法制備得到的生物炭。

本發(fā)明還提出上述的生物炭在土壤增效中的應(yīng)用。