一种生物炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提出一种生物炭及其制备方法和应用，属于土壤修复及环保技术领域。所述生物炭的制备方法，包括如下步骤：将食品酵母废水和玉米芯混合，进行无氧热解反应，得生物炭。本发明专利技术提供的生物炭，主要用于土壤增效。首次选用食品酵母废水和玉米芯混合，在特定热解温度、时间及原料比的条件下，制备得到富氮玉米芯生物炭。将其用于土壤增效，可有效提高土壤有机碳、阳离子交换量(CEC)和总氮含量，从而促进作物生长。与此同时，还实现了高营养食品酵母废水和玉米芯的资源回收利用，节能降碳、成本低廉。廉。廉。

【技术实现步骤摘要】
一种生物炭及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于土壤修复及环保
，尤其涉及一种生物炭及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]土壤肥力下降、土地环境污染问题日益严峻，已成为限制全世界粮食生产、人口发展的关键因素。据报道，在我国粮食连续十年增产的同时，耕地单位面积的化肥、农药、农膜的使用量，都是世界平均水平的好几倍。对于农田来说，有机养分投入不足，大量肥料的施用又会导致土壤板结，根系无法生长，导致作物产量持续下降；同时农药残留也会造成日益严峻的农业生态问题与土壤环境污染。可见，土壤改良与增效是实现土地可持续利用、保障食品安全亟待解决的难题。
[0003]研究表明，土壤改良剂和添加剂的使用是提高土地肥效的重要措施。国内外学者积极探索新型土壤改良剂等的研发，比如生物炭基肥、餐厨垃圾的好氧堆肥、城市垃圾农肥化等，均可有效缓解土壤养分的匮乏。其中，生物炭作为一种新型环境功能材料，在土壤改良、培肥增效方面展现出优异的应用潜力。
[0004]生物炭一般指由生物残体(禽畜粪便、木屑、种壳、秸秆、果皮)或废弃物(污泥、城市固体垃圾)等有机质在缺氧的情况下，经高温热解产生的一类性质稳定的、高度芳香化的、富含碳素的固态物质。它具有比表面积大、孔隙率高、结构稳定、官能团丰富、阳离子交换量高的特点，有利于土壤性质改良和微生物的生长，同时能吸附土壤或沉积物中的无机离子及有机化合物，促进植物对营养物的吸收，在改良土壤、提高土壤肥效方面有很大的应用潜力。
[0005]生物炭的多孔结构使其在土壤中能够吸持表面富含多种官能团的有机质，但就生物炭本身而言，其养分含量很少，可直接供给植物的养分含量更为有限。近年来，国内外学者尝试在生物炭制备方面进行改进，通过生物质原料的预处理和复合多种原料热解炭化的手段，进而增强生物炭的营养组分(比如含氮量)和吸附能力等，提高生物炭多方面的用途。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种生物炭的制备方法，首次选用食品酵母废水和玉米芯制备生物炭，所得生物炭用于土壤培肥增效，具有良好的优化土壤理化性质及促进植物生长等作用。与此同时，还实现了高营养食品酵母废水和玉米芯的资源回收利用，节能降碳、成本低廉。
[0007]本专利技术提出一种生物炭的制备方法，包括如下步骤：将食品酵母废水和玉米芯混合，进行无氧热解反应，得生物炭。
[0008]进一步地，所述玉米芯与废水的质量体积比为20％～80％；优选的，所述玉米芯与废水的质量体积比为40％～80％；更优选的，所述玉米芯与废水的质量体积比为40％。
[0009]进一步地，所述玉米芯和废水混合时间为1～7天。
[0010]进一步地，所述无氧热解反应的时间为1～4h；优选的，所述无氧热解反应的时间
为1～3h；更优选的，所述无氧热解反应的时间为2h。
[0011]进一步地，所述无氧热解反应的温度为300～700℃；优选的，所述无氧热解反应的温度为400～600℃；更优选的，所述无氧热解反应的温度为500℃。
[0012]进一步地，所述无氧热解反应在通氮气条件下进行，所述氮气的流速为10～30mL/min。
[0013]进一步地，所述废水为食品酵母废水，废水的有机物浓度为10000～70000mg/L；废水中总氮含量为1000～6000mg/L。
[0014]本专利技术还提出上述任一制备方法制备得到的生物炭。
[0015]本专利技术还提出上述的生物炭在土壤增效中的应用。
[0016]进一步地，所述土壤为贫瘠的沙化土壤。
[0017]本专利技术具有以下优势：
[0018]本专利技术提供了一种生物炭的制备方法，首次选用食品酵母废水和玉米芯混合，在特定热解温度、时间及原料比的条件下，制备得到富氮玉米芯生物炭。将其用于土壤增效，可有效提高土壤有机碳、阳离子交换量(CEC)和总氮含量，从而促进作物生长。与此同时，还实现了高营养食品酵母废水和玉米芯的资源回收利用，节能降碳、成本低廉。
附图说明
[0019]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0020]图1为实施例1的生物炭的制备流程图；
[0021]图2为实施例1
‑
4及对比例1制备的生物炭的傅里叶红外图谱；
[0022]图3为实施例1与对比例1制备的生物炭在施用比例为5％(w/w)时，对土壤理化性质影响的对比图。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0024]本申请专利技术人发现，食品酵母废水中含有丰富的有机质、氮磷等营养元素，这类废水的直接排放不仅浪费资源，而且会造成严重的环境污染，但其富含有机质及氮磷等的特点，也使食品酵母废水具有一定的资源回收价值。对于生物炭而言，丰富的有机质对其结构形成具有重要的价值，而蛋白质、氨氮等也可以为生物炭提供氮素从而提高其营养元素的含量。
[0025]目前，对于食品酵母等高营养废水的资源化方式，国内外学者主要通过将废水循环利用与农业灌溉、饲料肥料生产、菌种选育、生物能源等对其中的有机质、氮磷进一步回收利用。而将食品酵母废水用于优化制备生物炭鲜有报道。
[0026]本专利技术将高含氮、高COD的食品酵母废水用于生物炭的生产，将水中大量有机物、蛋白质及氮磷等通过热解过程转化为生物炭中的有效组分，增强生物炭的含氮量和矿质养分，最终增强生物炭施用后土壤的理化性质和土壤肥力。
[0027]本专利技术提供了一种生物炭的制备方法，包括以下步骤：将食品酵母废水和玉米芯混合，进行无氧热解反应，得生物炭。
[0028]本专利技术实施例中，利用食品酵母废水中高有机物浓度(COD)、高含氮量的特点，与玉米芯混合进行无氧热解反应，在不同温度下，发生有机物的分解、官能团发生断裂重组。在食品酵母废水和玉米芯的共热解过程中，原料中的蛋白质、含氮组分等通过生成脂肪胺、芳香烃、醛类、吡啶、含氮杂环化合物等的方式保留在生物炭中，提高生物炭中的含碳量和含氮量，进而有效提高生物炭施用后沙土中的有机质和含氮量，改良沙化土壤性质(包括土壤的孔隙度、透水性等)、增加肥效，促进植物生长。
[0029]本专利技术一实施例中，所述混合前，还包括对玉米芯依次进行烘干、破碎和过筛。在本专利技术实施例中，所述玉米芯来自河北省承德市。
[0030]本专利技术一实施例中，所述食品酵母废水来自哈尔滨市某食品酵母生产厂，所述废水的有机物浓度(COD)为50000～70000mg/L，总氮(TN)含量为1000～6000mg/L。
[0031]本专利技术一实施例中，所述玉米芯的烘干温度为60～110℃，烘干时间优选为6～48h。本专利技术对所述破碎和过筛的方式没有特殊要求，采用本领域熟知的破本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将食品酵母废水和玉米芯混合，进行无氧热解反应，得生物炭。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述玉米芯与废水的质量体积比为20％～80％；优选的，所述玉米芯与废水的质量体积比为40％～80％；更优选的，所述玉米芯与废水的质量体积比为40％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述玉米芯和废水混合时间为1～7天。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无氧热解反应的时间为1～4h；优选的，所述无氧热解反应的时间为1～3h；更优选的，所述无氧热解反应的时间为2h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：周媛，杨龙，王香春，王嗣禹，储杨阳，张敏，
申请(专利权)人：中国城市建设研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：