一种调节畜禽粪便为原料生产的生物炭高碱性方法技术

本发明专利技术涉及生物炭品质改善技术领域，尤其是一种调节畜禽粪便为原料生产的生物炭高碱性方法，经过将食用菌菌渣加入到畜禽粪便中制备成混合生物质原料，并经过限氧热解法热解制备生物炭，控制氧含量以体积百分数计为0.3‑0.5％，温度300‑400℃，保温8‑10h，获得pH值处于3.2‑7.5之间的生物炭，极大程度的改善了生物炭的酸碱性能，使得将其加入到土壤中，能够适应更为广泛的植物。

A method of adjusting the production of biochar from animal manure

【技术实现步骤摘要】
一种调节畜禽粪便为原料生产的生物炭高碱性方法
本专利技术涉及生物炭品质改善
，尤其是一种调节畜禽粪便为原料生产的生物炭高碱性方法。
技术介绍
我国是食用菌的主要生产国，产量占世界产量的70％以上，而且在食用菌产业快速发展同时，食用菌产量呈现着逐年攀升的状态。菌渣作为食用菌栽培后菌包的残余料，平均产生量是食用菌的五倍，可见，在食用菌产量巨大增量的同时，食用菌菌渣也呈现出巨大的增量。食用菌菌渣的量大，不仅对环境构成了威胁，同时也是一种资源的极大浪费。为此，将食用菌菌渣进行综合利用，受到了相关领域技术人员、研究人员的关注，并将其应用到相关领域，目前主要集中在：园艺栽培基质制备、中药栽培基质、饲料、食用菌栽培基质、发酵制备有机肥以及土壤改良剂等。而食用菌菌渣中含有丰富的纤维素、木质素、维生素、抗生素、矿质元素和其他生物活性物质。畜禽粪便是畜禽养殖过程中排泄出来的排泄物，而畜禽养殖过程是以植物型原料为食物，而植物型原料中含有半纤维素、纤维素、木质素、无机盐以及其他脂溶性小分子等物质组成，因此，在畜禽粪便也含有纤维素、半纤维素、木质素等相关成分。目前，现有技术中有研究者已经成功采用畜禽粪便为原料制备出了生物炭。而食用菌菌渣中残留的组分与畜禽粪便中残留的组分相似，因此，采用食用菌菌渣生产生物炭也是可行的；而且现有技术中已经有少量的文献公开了关于食用菌菌渣为原料制备生物炭的研究。可是，对于不同的生物质原料生产的生物炭的特性是不一样的，例如：在张子豪在其硕士学位论文《畜禽粪便与秸秆混合制备碳基肥的试验研究》中公开了：畜禽粪便为原料制备的生物炭呈现出碱性，添加玉米秸秆，有助于降低pH。由此可见，对于不同生物质原料制备生物炭以及不同原料组分配合制备生物炭过程，将会极大程度的影响生物炭的特性，而对于生物炭在施入土壤、加入其它原料制备基质等时，将会极大程度的影响环境特性，进而影响农作物、植物等的正常生长。因此，对于生物炭特性改性成为了生物炭基肥制备过程中关键环节之一。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提供一种调节畜禽粪便为原料生产的生物炭高碱性方法，该方法以食用菌菌渣为原料添加在畜禽粪便中，能够调节畜禽粪便经过热解得到生物炭的pH值，使得生物炭作为生物炭基肥制备原料、作为土壤改良剂添加在土壤中、作为基质原料添加等时，能够适用范围更广。具体是通过以下技术方案得以实现的：将食用菌菌渣加入到畜禽粪便中制备成混合生物质原料，再将混合生物质原料利用限氧热解法热解制备生物炭，所得的生物炭的pH值在3.2-7.5之间；总官能团含量为1.41-1.52mmol/g，酸性官能团为1.21mmol/g以上。极大程度的改善了畜禽粪便中为原料制备的生物炭的pH，使得pH值处于3.2-7.5之间，能够施入土壤中，改善土壤环境质量，能够适用于普遍作物的需求，扩大了畜禽粪便生物质原料制备生物炭的适用范围。采用的食用菌菌渣优选木腐菌类栽培后的残余物，原因在于：木腐菌类栽培料含有木屑等木质素、纤维素较高的成分，使得其纤维素、木质素等成分在菌渣中的量较高，降低了生物炭的灰分产量；也可以选择其他食用菌栽培后的残余物。本专利技术创造研究过程中，采用的食用菌菌渣是贵州省贵福菌业发展有限公司提供的油茶菇、香菇栽培之后的剩余料。主要成分采用的是：棉籽壳、麦麸、蔗糖、石膏、油茶壳等成分。采用的畜禽粪便是贵州某畜禽养殖厂提供的原料，具体利用的是猪粪和牛粪，其中猪粪中质量百分组分纤维素为13.21％，半纤维素11.76％，木质素4.52％，猪粪中元素组成为：C33.75％，H7.12％，N2.98％，S0.89％，O27.93％；牛粪中质量百分组分纤维素为22.76％，半纤维素25.73％，木质素8.13％，牛粪中元素组成为：C34.58％，H6.83％，N2.88％，S0.41％，O34.12％。优选，在限氧热解过程中是将混合生物质原料粉碎成颗粒，加入到管式炉中，充入氮气保护，调整管式炉中的氧气体积百分含量为0.3-0.5％，升温至300-400℃，保温8-10h，即得。在该温度下，不仅降低了能耗，而且降低了对热解设备的要求，降低了生物炭制备成本。更优选，所述的氧气体积百分含量为0.4％。在该环境下所得的生物炭的品质较优；更加优选为：所述的升温，升温速度为10-15℃/min。保证升温时间适中，能够确保恒温保温炭化效果，提高产炭率。上述的保温是在从升温开始计算。优选，所述的食用菌菌渣加入量为10-40％。在该范围所得的生物炭的pH趋于稳定。更优选，所述的食用菌菌渣加入量为30％。避免了颗粒度较大导致炭化过程的能耗较高，炭化不彻底等现象，优选，所述的粉碎是粉碎成10-15mm的颗粒。更优选，所述的粉碎是粉碎成13mm的颗粒。本专利技术创造还提供一种碱性土壤改良剂，该改良剂中包含以质量百分数计至少5％上述方法所得的生物炭。与现有技术相比，本专利技术创造的技术效果体现在：经过将食用菌菌渣加入到畜禽粪便中制备成混合生物质原料，并经过限氧热解法热解制备生物炭，控制氧含量以体积百分数计为0.3-0.5％，温度300-400℃，保温8-10h，获得pH值处于3.2-7.5之间的生物炭，极大程度的改善了生物炭的酸碱性能，使得将其加入到土壤中，能够适应更为广泛的植物。本专利技术创造原料易得，成本低廉，制作工艺简单，操作方便。具体实施方式下面结合具体的实施方式来对本专利技术的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。试验：1、试验材料新鲜猪粪：含水量为70％左右；新鲜牛粪：含水量80％左右；油茶菇菌渣：含水量50％左右；香菇菌渣：含水量65％左右。2、材料处理将新鲜猪粪和/或牛粪风干至含水量为10％左右后，将其送入烘烤箱中在60-70℃的温度范围内烘烤至含水率＜4％，得到烘干猪粪和/或烘干牛粪；将油茶菇菌渣和/或香菇菌渣在60-70℃的温度范围内烘烤至含水率＜4％，得到烘干油茶菇菌渣和/或烘干香菇菌渣；将烘干猪粪和/或烘干牛粪、烘干油茶菇菌渣和/或烘干香菇菌渣按照以下组合混合粉碎，得到混合生物质原料：试验组1：烘干猪粪+烘干油茶菇菌渣；试验组2：烘干牛粪+烘干油茶菇菌渣；试验组3：烘干猪粪+烘干香菇菌渣；试验组4：烘干牛粪+烘干香菇菌渣；试验组5：烘干猪粪+烘干牛粪+烘干香菇菌渣；试验组6：烘干猪粪+烘干牛粪+烘干油茶菇菌渣；试验组7：烘干猪粪+烘干香菇菌渣+烘干油茶菇菌渣；试验组8：烘干牛粪+烘干香菇菌渣+烘干油茶菇菌渣；试验组9：烘干牛粪+烘干猪粪+烘干香菇菌渣+烘干油茶菇菌渣；对照组1：烘干牛粪；对照组2：烘干猪粪；对照组3：烘干油茶菇菌渣；对照组4：烘干香菇菌渣。各试验组中各成分质量百分配比如下表1所示：表13、生物炭制备方法将所得的混合生物质原料粉碎成10mm的颗粒，加入到管式炉中，充入氮气保护，调整管式炉中的氧气体积百分含量为0.3-0.5％，升温至300-400℃，保温8-10h，即得。升温速度为10-15℃/min，保温时间从升温开始时计算。各试验组在制备生物炭时的具体工艺参数如下表2所示：表2备注：对照组1、3参照试验组2；对照组2、4参照试验组3。4、生物炭试验样品pH值测量方法称取0.1g各组样品于50mL离心管中，按照固液比为1:10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调节畜禽粪便为原料生产的生物炭高碱性方法，其特征在于，在以畜禽粪便为原料制备生物炭时，将食用菌菌渣加入到畜禽粪便中混合，制备成混合生物质原料；再将混合生物质原料粉碎成颗粒，加入到管式炉中，充入氮气保护，调整管式炉中的氧气体积百分含量为0.3‑0.5％，升温至300‑400℃，保温8‑10h，即得。

【技术特征摘要】
1.一种调节畜禽粪便为原料生产的生物炭高碱性方法，其特征在于，在以畜禽粪便为原料制备生物炭时，将食用菌菌渣加入到畜禽粪便中混合，制备成混合生物质原料；再将混合生物质原料粉碎成颗粒，加入到管式炉中，充入氮气保护，调整管式炉中的氧气体积百分含量为0.3-0.5％，升温至300-400℃，保温8-10h，即得。2.如权利要求1所述的调节畜禽粪便为原料生产的生物炭高碱性方法，其特征在于，所述的氧气体积百分含量为0.4％。3.如权利要求1所述的调节畜禽粪便为原料生产的生物炭高碱性方法，其特征在于，所述的升温，升温速度为10-15℃/min。4.如权利要求1所述的调节畜禽粪便为原料生产的生物炭高碱性方法，其特征在于，所述的保温是在从升...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敬，刘安荣，王振杰，彭伟，肖诗谋，
申请(专利权)人：贵州省贵福生态肥业有限公司，贵州省冶金化工研究所，
类型：发明
国别省市：贵州,52