一种矿物-有机复合土壤调理剂及其制备方法技术

一种土壤调理剂及其制备方法，所述土壤调理剂包括生物炭粉40％‑80％，沸石粉0‑30％、石灰粉0‑30％、蒙脱石粉10％‑20％。

A mineral organic compound soil conditioner and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种矿物-有机复合土壤调理剂及其制备方法
本专利技术涉及农业、环保领域，具体涉及一种以矿物质和废弃生物质为原料生产土壤调理剂的方法，本产品可以改善土壤环境，提高有机质含量，有效降低土壤中镉、铅等重金属的有效态含量，促进作物生长，保证粮食安全。
技术介绍
近年来，由于工业三废的排放、化肥农药长期不合理施用等，导致我国耕地退化严重，土壤板结、镉、铅等重金属污染、次生盐渍化等问题日益突出，严重影响农业的可持续发展，威胁粮食安全。重金属污染由于污染成因复杂、治理困难、危害较大，并且常常与其他退化问题复合发生，相关的治理和修复技术一直是研究的热点和环境治理的难点。钝化修复技术以其效果快速、成本低廉、操作简单、不影响农作物生产等优点获得了广泛关注和应用，常用的钝化剂有黏土矿物、有机物料、碱性物质、人工合成材料等。虽然当前已经开展了很多有关钝化修复的研究，但现有钝化剂在实际应用中仍存在许多不足，主要表现为钝化效果的不稳定、材料生产成本较高、容易造成二次污染等。因此，亟需开发一种稳定持久、高效复合、安全低廉的钝化剂。此外，我国作为农业大国，农作物秸秆资源种类丰富，产量巨大，全国每年秸秆产量约8亿吨，但秸秆利用还停留在“粗放型”阶段，综合利用率低，每年仍有大量秸秆得不到有效利用，随意丢弃和露天焚烧现象严重，导致资源浪费、地力损伤和环境污染等问题突出。因此，将秸秆转化为生物炭还田，一方面可以实现秸秆的无害化、减量化、资源化利用，另一方面可以显著改善土壤理化性质、提高土壤肥力和微生物活性。然而生物炭的生产工艺复杂、生产成本较高、施用不方便等问题，导致市场上缺乏生物质炭基产品。CN109575925A公布了一种多功能土壤镉金属钝化剂的制备方法与应用，将麦饭石、氢氧化钠、碳酸钠按1∶(0.1-0.15)∶(0.3-0.35)的质量比混合，在700℃-750℃条件下热处理1-1.5h，冷却研磨后与水按1∶50混合，盐酸调pH至7-8，，70℃-80℃烘干研磨，制得多功能硅酸盐重金属钝化剂。产品可代替硅肥和钝化剂施入污染土壤，钝化重金属的同时促进作物增产。该方法以生产土壤镉金属钝化剂为目的，钝化目标和效果单一，对其他重金属作用不明显，且工艺流程相对复杂，对仪器设备要求较高，投入成本较高。CN108929697A公布了一种优化的用于重金属污染农田土壤修复的钝化剂制备方法及应用，该方法将生物炭、草木灰和海泡石粉按一定质量比混合，制得的钝化剂在降低土壤重金属有效态含量同时，提高土壤肥力，且原位修复不影响耕种和农业生产。但是，该方法海泡石粉价格较高，生产成本大大增加。专CN105694902B公布了一种用于重金属污染土壤的钝化剂及其制备方法和应用，将沸石加入碱性溶液，洗涤、干燥、粉碎后得到改性沸石，将壳聚糖溶于乙酸溶液，加入改性剂亚磷酸和甲醛溶液，搅拌反应后冷却、沉淀、干燥，得到改性壳聚糖，将改性沸石加入改性壳聚糖的乙酸溶液，搅拌冷却后得到重金属钝化剂。所专利技术钝化剂吸附性能好，尤其适合污染农田的重金属处理。该方法以生产土壤重金属钝化剂为目的，虽然能够起到钝化重金属的作用，但制备过程使用的物料甲醛等，对环境影响较大，对仪器设备要求较高，投入成本较高。综上，为了我国农业可持续发展，需要有效且经济地解决退化土壤的治理和修复问题，高效合理的利用废弃生物质资源。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，以废弃玉米秸秆为原料，采用热解技术制成生物炭，并按照不同质量比例与矿物材料复配生产土壤调理剂，一方面有效降低土壤铅、镉等重金属有效态含量，改良土壤，提升土壤肥力，另一方面可实现秸秆的综合利用，带来显著的经济、社会和环境效益。本专利技术的第一方面公开了一种土壤调理剂，其包括生物炭粉40％-80重量％，沸石粉0-30％、石灰粉0-30％、蒙脱石粉10％-20％。在一个实施方案中，所述生物炭粉由水稻、玉米等作物收获后的秸秆制成。在一个优选实施方案中，所述土壤调理剂的粒径为2-3mm。本专利技术的第二方面公开了一种以废弃秸秆和矿物为原料生产土壤调理剂的方法，包括如下步骤：(1)将废弃秸秆制成生物炭粉；(2)将矿物质材料制成矿物质粉，所述矿物质材料为沸石、石灰和蒙脱石；(3)将步骤(2)制得的矿物质粉与步骤(1)制得的生物炭粉进行混匀、造粒；所得土壤调理剂中各成分的比例为：生物炭粉40％-80重量％，沸石0-30％、石灰0-30％、蒙脱石10％-20％，且其中沸石和石灰的含量不同时为0。在一个实施方案中，所述废弃秸秆选自水稻、玉米等作物收获后的秸秆。在一个实施方案中，上述步骤(1)按照如下进行：将废弃秸秆风干，粉碎成长度5-20cm、宽度0.5-5cm的小块，放入热解炉中进行热解，升温速率为10-20℃/min，热解温度为500-600℃，热解时间为40-60min，将产生的生物炭粉碎过筛(100目)后制成生物炭粉。在一个实施方案中，上述步骤(2)按照如下进行：将沸石、石灰和蒙脱石粉碎、过筛(100目)后得到矿物质粉。在一个实施方案中，上述步骤(3)按照如下进行：将矿物质粉与生物炭粉投入到搅拌罐中进行混匀，造粒，得到土壤调理剂。在一个优选实施方案中，由上述方法得到的土壤调理剂的粒径为2-3mm。本专利技术的第三方面公开了一种改良土壤的方法，包括：在需要改良的土壤中加入根据本专利技术第一方面所述的土壤调理剂。本专利技术针以废弃秸秆为原料，采用热解技术制成生物炭，并按照不同质量比例与矿物材料复配生产土壤调理剂，所生产的土壤调理剂，一方面可以实现秸秆的资源化、无害化利用，另一方面可以有效降低镉铅等重金属的有效态含量，同时提供充足的碳源、氮源以及多种微量元素，增强土壤肥力，改善土壤板结等情况，提高作物产量。本方法操作简单，配方可调，成本低廉，无二次污染问题，可以带来显著的经济效益附图说明图1是以废弃玉米秸秆和矿物质为原料生产土壤调理剂的工艺流程简图。具体实施方式实施例实施例1以玉米秸秆为生物质原料，将秸秆切成长度5-20cm、宽度0.5-5cm的小块，放入热解炉中进行热解，升温速率为10-20℃/min，热解温度为500-600℃，热解时间为40-60min，将产生的生物炭粉碎过筛(100目)后制成生物炭粉样品。对玉米秸秆及产生玉米秸秆炭进行工业分析(见表1)，可以看到，热解后的玉米秸秆水分含量降低，灰分增多，挥发分明显减少，固定碳含量大幅增加。表1玉米秸秆及产生的玉米秸秆炭工业分析实施例2以生物炭、石灰、沸石、蒙脱石为原料，粉碎过筛后按照不同质量比组合混合均匀，复配成4种不同的土壤调理剂，如表2所示，分别以A、B、C、D代表。选取某污染农田表层土壤(土壤pH值为5.71，有效态镉含量为0.92mg/kg，有效态铅含量为29.1mg/kg)，于室内阴凉处自然风干，剔除杂物，捣碎研磨后过100目筛。准确称取50g土壤置于烧杯中，分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土壤调理剂，其包括生物炭粉40％-80重量％，沸石粉0-30％、石灰粉0-30％、蒙脱石粉10％-20％，且其中沸石和石灰的含量不同时为0。/n

【技术特征摘要】
1.一种土壤调理剂，其包括生物炭粉40％-80重量％，沸石粉0-30％、石灰粉0-30％、蒙脱石粉10％-20％，且其中沸石和石灰的含量不同时为0。


2.根据权利要求1所述的土壤调理剂，其中所述生物炭粉由水稻、玉米等作物收获后的秸秆制成。


3.根据权利要求1或2所述的土壤调理剂，其粒径为2-3mm。


4.一种以废弃秸秆和矿物为原料生产土壤调理剂的方法，包括如下步骤：
(1)将废弃秸秆制成生物炭粉；
(2)将矿物质材料制成矿物质粉，所述矿物质材料为沸石、石灰和蒙脱石；
(3)将步骤(2)制得的矿物质粉与步骤(1)制得的生物炭粉进行混匀、造粒；所得土壤调理剂中各成分的比例为：生物炭粉40％-80重量％，沸石0-30％、石灰0-30％、蒙脱石10％-20％，且其中沸石和石灰的含量不同时为0。


5.如权利要求4所述的方法，其中所述废弃秸秆选自...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛忠财，柳洁，刘海宽，王晓远，
申请(专利权)人：河北民族师范学院，
类型：发明
国别省市：河北;13