一种竹子生物炭基土壤改良剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于土壤改良技术领域，具体涉及一种竹子生物炭基土壤改良剂及其制备方法与应用。本发明专利技术将竹子及其加工废料分别经过低温厌氧和高温厌氧碳化制备得到低温生物炭和高温生物炭。低温生物炭加入钙镁磷肥和表面活性剂烷基多苷，然后与高温生物炭混合后加入甲基硅酸钾，制备得到土壤改良剂。该土壤改良剂结合低温生物炭的高活性基团和高温生物炭的高比表面积以及高生物质灰分和高pH值的特点，以及钙镁磷肥、表面活性剂烷基多苷和甲基硅酸钾的加入，具备较好的蓄水、保肥能力，能够增加土壤的透气性，提高土壤pH值，改善土壤板结问题，并且可以修复污染土壤。本发明专利技术充分利用竹子及其加工废料作为生物炭的原料，不仅碳化率高，并且成本低廉环保。

【技术实现步骤摘要】
一种竹子生物炭基土壤改良剂及其制备方法与应用
本专利技术属于土壤改良
，具体涉及一种竹子生物炭基土壤改良剂及其制备方法与应用。
技术介绍
目前，我国土壤污染的面积越来越大，其形成的原因主要有：污水灌溉对土壤的污染；大气污染对土壤的污染；不合理的化肥使用对土壤的污染；农药对土壤的影响及固体废物对土壤的污染。尤其是南方土壤酸化程度严重，影响农作物的正常生长。土壤酸化主要原因有以下三点：1、降水量大而且集中，淋溶作用强烈，钙、镁、钾等碱性盐基大量流失，是造成土壤酸化的根本原因。例如，酸性雨等。2、施用石灰、烧火粪、有机肥等传统农业措施的缺失，耕地土壤养分失衡。3、长期大量不合理施用化肥。土壤酸化的危害主要有：土壤酸化严重影响土壤中生物的活性，改变土壤中养分的形态，降低养分的有效性，促使游离的锰、铝离子溶入土壤溶液中，对作物产生毒害作用；土壤酸化抑制根系发育；土壤酸化可加重土壤板结，使根系伸展困难，发根力弱，缓苗困难，容易形成老小树，老僵苗。土壤酸化加重农药的使用：酸化土壤中植物长势减弱，抗病能力降低，易被病害侵染，不得不增加施药量。在现代农业迅速发展的今天，由于长期过分依赖化肥的增产效果而忽视有机肥料，特别是过量施用化肥和使用比例失调，使得农业系统内部结构受到破坏，农田耕作层土壤有机质含量下降，团粒结构破坏并减少，蓄水保肥能力下降，肥效降低。为维持土壤养分不至于枯竭，在合理使用肥料基础上尚需要对障碍性土壤施加土壤改良剂，用于改良土壤的物理、化学和生物性质，使其更适宜农作物生长。土壤调理剂是由农用保水剂及富含有机质的天然植物残体或其他有机物为主要原料，辅以生物活性成分及营养元素组成，经科学工艺加工而成的产品，有极其显著的“保水、增肥、透气、改土”四大土壤调理性能。能够打破土壤板结、疏松土壤、提高土壤透气性、降低土壤容重，促进土壤微生物活性、增强土壤肥水渗透力；提高保水抗旱、增强农作物抗病能力，提高农作物产量，改善农产品品质，恢复农作物原生态等功能。完全无公害，无污染，无生物激素。目前利用竹质生物质炭制备土壤改良剂的方法还极为少见，因此，研发一种竹质生物质炭基土壤改良剂具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种竹子生物炭基土壤改良剂及其制备方法与应用。将竹子及其加工废料分别经过低温厌氧和高温厌氧碳化制备得到低温生物炭和高温生物炭。低温生物炭加入钙镁磷肥和表面活性剂烷基多苷，然后与高温生物炭混合后加入甲基硅酸钾，制备得到土壤改良剂。该土壤改良剂结合低温生物炭的高活性基团和高温生物炭的高比表面积以及高生物质灰分和高pH值的特点，以及钙镁磷肥、表面活性剂烷基多苷和甲基硅酸钾的加入，具备较好的蓄水、保肥能力，能够增加土壤的透气性，提高土壤pH值，改善土壤板结问题，并且可以修复污染土壤。本专利技术充分利用竹子及其加工废料作为生物炭的原料，不仅碳化率高，并且成本低廉环保。本专利技术的技术方案为：一种竹子生物炭基土壤改良剂的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将竹子或者其加工废料去除杂质、干燥，然后粉碎细化为原料颗粒，置于碳化炉内250℃-350℃且无氧或低氧条件下低温碳化8-15小时，冷却后粉碎、过筛，制备得到低温生物炭；(2)将竹子或者其加工废料去除杂质，干燥，然后粉碎细化为原料颗粒，加入质量分数为10-20％的碳酸氢盐溶液，搅拌器中搅拌均匀后置于烧结炉内450℃-550℃且无氧条件下高温碳化1-5小时，冷却后粉碎、过筛，制备得到高温生物炭；(3)将低温生物炭与壳聚糖粉末、高吸水性树脂和钙镁磷肥混合后置于搅拌器中，边搅拌边用喷雾装置将烷基多苷喷入搅拌物料中，搅拌均匀后得到物料A；(4)将高温生物炭加入搅拌器中，边搅拌边通过喷雾装置喷入硫酸亚铁、硫酸钾、硝酸钾和磷酸铵混合水溶液，搅拌均匀得到物料B；(5)将上述物料A和物料B混合后得到混合料，置于搅拌器中，边搅拌边用喷雾装置将甲基硅酸钾溶液喷入搅拌物料中，搅拌均匀后造粒即得到土壤改良剂产品。优选地，步骤(1)中低温碳化具体方法为：向碳化炉内通入氮气使炉内为无氧或低氧环境后，将原料颗粒从碳化炉顶部进料，热气流从底部进入，在炉内形成逆流反应区域，炉内压力为1000-1200mbar。优选地，步骤(1)和步骤(2)中竹子或者其加工废料干燥后其含水量≤15％，过筛都是指过50-100目筛。优选地，步骤(2)中碳酸氢盐为碳酸氢钠、碳酸氢钾或碳酸氢钙中的一种，碳酸氢盐加入量为原料颗粒重量的1.5-3.5％，搅拌速度为800-1000r/min，搅拌时间为30-50min。优选地，步骤(3)中壳聚糖粉末和钙镁磷肥的粒度均为200-300目，高吸水性树脂是指高支链淀粉、丙烯酸盐聚合物、聚丙烯酰胺或纤维素中的至少一种，高吸水性树脂加入量为低温生物炭重量的10-25％，壳聚糖粉末加入量为低温生物炭重量的5-15％，钙镁磷肥加入量为低温生物炭重量的15-30％，烷基多苷加入量为低温生物炭重量的0.5-5％。优选地，步骤(3)中搅拌速度为1200-1500r/min，搅拌时间为30-60min。优选地，步骤(4)中硫酸亚铁、硫酸钾、硝酸钾和磷酸铵混合水溶液中硫酸亚铁质量浓度为0.5-1％、硫酸钾质量浓度为0.8-1％、硝酸钾质量浓度为0.6-1.2％、磷酸铵浓度为1-1.5％，混合水溶液加入量为高温生物炭重量的1.2-1.8％，搅拌速度为1500-1800r/min，搅拌时间为25-40min。优选地，步骤(5)中物料A和物料B重量比例为2-7：3-5，甲基硅酸钾溶液质量浓度为0.5-2％，甲基硅酸钾溶液加入量为混料重量的0.5-5％，搅拌速度为1800-2000r/min，搅拌时间为15-20min。上述制备方法得到的竹子生物炭基土壤改良剂。上述竹子生物炭基土壤改良剂在酸化、板结、缺水缺肥、污染的农作物种植土壤修复中的应用。本专利技术原理：竹子生物炭中矿物质的含有量极为丰富，尤其是植物生长所必须的硅、钙的含量特别丰富，另外还含有丰富的钾、钙、磷、钠、铁、镁、锰、锌、硒等矿物质，是作物生长所必要并且是作物宝贵的天然矿物质成分的补充来源，而且重金属等有害物质含量低。竹子生物炭的结构特征是多孔质炭，有着丰富的细微的小孔，透气、透水效果很好，结合加入的高吸水性树脂的高保水能力，作为土壤改良剂，使得土壤的通气性和透水性、保水性增强。竹炭表面可以附生着丝状菌、放线菌、细菌等许多有用微生物，可创造出更适宜农作物生长的土壤环境。在竹子及其加工废料的炭化过程中，生物质炭得率随着温度的升高而降低，低温生物炭的生物质炭得率较高。生物质炭可以提高土壤有机碳含量水平，其提高的幅度取决于生物炭的用量及稳定性。土壤有机碳含量增高可提高土壤的C/N比，从而提高土壤对氮素及其他养分元素吸持容量，有利于通过配合施肥培肥土壤。而随着温度的升高，高温热裂解的生物炭比低温热裂解的生物炭中具有更少的酸性挥发物及更多的灰分，因而pH更高。因此，高温生物炭提高土壤pH比低温生物炭的作用更明显。高温生物炭是比石灰等常用改良物料有更多的土壤酸性中和剂。低温生物炭具有较高的生物活性基团，高温生物炭具有较高的比表面积，二者结合可进一步增强土壤改良剂的蓄肥保水能力。因此，本专利技术结合低温生物炭与高温生物炭各自的优点，通过低温生物炭和高温生物炭混配本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种竹子生物炭基土壤改良剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)将竹子或者其加工废料去除杂质、干燥，然后粉碎细化为原料颗粒，置于碳化炉内250℃‑350℃且无氧或低氧条件下低温碳化8‑15小时，冷却后粉碎、过筛，制备得到低温生物炭；(2)将竹子或者其加工废料去除杂质、干燥，然后粉碎细化为原料颗粒，加入质量分数为10‑20％的碳酸氢盐溶液，搅拌器中搅拌均匀后置于烧结炉内450℃‑550℃且无氧条件下高温碳化1‑5小时，冷却后粉碎、过筛，制备得到高温生物炭；(3)将低温生物炭与壳聚糖粉末、高吸水性树脂和钙镁磷肥混合后置于搅拌器中，边搅拌边用喷雾装置将烷基多苷喷入搅拌物料中，搅拌均匀后得到物料A；(4)将高温生物炭加入搅拌器中，边搅拌边通过喷雾装置喷入硫酸亚铁、硫酸钾、硝酸钾和磷酸铵混合水溶液，搅拌均匀得到物料B；(5)将上述物料A和物料B混合后得到混合料，置于搅拌器中，边搅拌边用喷雾装置将甲基硅酸钾溶液喷入搅拌物料中，搅拌均匀后造粒即得到土壤改良剂产品。

【技术特征摘要】
1.一种竹子生物炭基土壤改良剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)将竹子或者其加工废料去除杂质、干燥，然后粉碎细化为原料颗粒，置于碳化炉内250℃-350℃且无氧或低氧条件下低温碳化8-15小时，冷却后粉碎、过筛，制备得到低温生物炭；(2)将竹子或者其加工废料去除杂质、干燥，然后粉碎细化为原料颗粒，加入质量分数为10-20％的碳酸氢盐溶液，搅拌器中搅拌均匀后置于烧结炉内450℃-550℃且无氧条件下高温碳化1-5小时，冷却后粉碎、过筛，制备得到高温生物炭；(3)将低温生物炭与壳聚糖粉末、高吸水性树脂和钙镁磷肥混合后置于搅拌器中，边搅拌边用喷雾装置将烷基多苷喷入搅拌物料中，搅拌均匀后得到物料A；(4)将高温生物炭加入搅拌器中，边搅拌边通过喷雾装置喷入硫酸亚铁、硫酸钾、硝酸钾和磷酸铵混合水溶液，搅拌均匀得到物料B；(5)将上述物料A和物料B混合后得到混合料，置于搅拌器中，边搅拌边用喷雾装置将甲基硅酸钾溶液喷入搅拌物料中，搅拌均匀后造粒即得到土壤改良剂产品。2.根据权利要求1所述的一种竹子生物炭基土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中低温碳化具体方法为：向碳化炉内通入氮气使炉内为无氧或低氧环境后，将原料颗粒从碳化炉顶部进料，热气流从底部进入，在炉内形成逆流反应区域，炉内压力为1000-1200mbar。3.根据权利要求1所述的一种竹子生物炭基土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中竹子或者其加工废料干燥后其含水量≤15％，过筛都是指过50-100目筛。4.根据权利要求1所述的一种竹子生物炭基土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中碳酸氢盐为碳酸氢钠、碳酸氢钾或碳酸氢钙中的一种，碳酸氢盐加入量为原料颗粒重量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐培智，国彬，陈鸿哲，张政勤，罗文贱，李国富，
申请(专利权)人：广州新农科肥业科技有限公司，广东省农业科学院农业资源与环境研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44