一种秸秆基生物复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种秸秆基生物复合材料及其制备方法。本发明专利技术提供的制备方法包括秸秆预处理、微生物处理、化学处理和炭化步骤，本发明专利技术中将秸秆处理成大小合适的秸秆，利于后期制备的复合材料回收，并调整至适宜的碳氮比为16:1～30:1，通过控制含水量，能够为微生物的繁殖和秸秆腐熟提供更优越的条件。在此基础上采用微生物进行有氧发酵，腐熟的秸秆经过不同的无机溶液处理不仅能够继续降解秸秆，而且能够很好地处理发酵秸秆孔隙中的形成的降解物质，经过微生物发酵和无机溶液处理，此时秸秆的降解率可达5%

【技术实现步骤摘要】
一种秸秆基生物复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于生物材料生产
，具体涉及一种秸秆基生物复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]秸秆是成熟的农作物茎叶（穗）部分的总称，是农业生产的主要副产品，秸秆占作物生物产量的50%左右，是一类及其丰富的最能直接利用的可再生有机资源。随着集约化农业生产的发展，以秸秆为代表的农业废弃物产量激增，全球每年有近40亿吨的产量。我国的农作物秸秆数量巨大，分布范围大，每年秸秆的产量可达到9.8亿吨。
[0003]传统的秸秆利用以直接还田、焚烧或丢弃为主，不仅利用效率低下，还会造成大气污染、土壤矿化、火灾事故等大量的社会、经济和生态问题。如何在不造成环境污染的前提下，高效利用秸秆资源成为实现农业可持续发展的研究热点。
[0004]目前我国水环境污染出现了分布范围广的特点，从整体地理版图上，各个区域范围内江河湖泊都在不同程度地出现水污染现象，而且污染相对较为严重的就是重金属污染。水环境污染不仅会影响水环境的平衡性，甚至会威胁人类的生命安全。近年来，水环境污染治理已经受到越来越多的重视，如何开发一种材料既可以治理水环境污染又不会造成二次污染已经成为研究的热点。
[0005]目前，土壤污染现状已十分严峻，土壤中的有毒有害物质经过动植物、水体和大气的传递，危害人类的身体健康和生态系统的稳定。我国受污染的土壤中有80%以上是由于重金属超标引起的。我国约有1000万hm2重金属污染耕地，直接造成的经济损失达数百亿元。现有的土壤重金属污染修复技术主要有物理/化学修复技术、生物修复技术和农业生态修复技术，很多科研人员对此做了大量研究，旨在找到消除或减少土壤中重金属含量的物质的同时，不产生新的污染物，不破坏生态平衡，且能带来更好效益。
[0006]利用资源丰富的农业废弃物（秸秆）制作生物复合材料，可彻底改变资源浪费型传统农业，实现“点草成金、化害为利、变废为宝、无废生产、以废治废”，不仅使农业资源多级增值，还可以治理水体污染和土壤污染，为秸秆资源综合开发利用和污染治理开辟了一条最为有效、持久的捷径。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种秸秆基生物复合材料及其制备方法。通过预处理方法控制秸秆大小及碳氮比、含水量，提供更有利的发酵环境；发酵后进行化学处理达到增加材料的孔隙率的目的。
[0008]为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供了一种秸秆基生物复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：（1）秸秆预处理：将干的秸秆裁断成1～3cm的小段，除去杂质，烘干除菌；在秸秆上
喷洒氮源溶液调节碳氮比后秸秆含水量为40～70%；（2）微生物处理：将微生物菌剂洒在步骤（1）得到的秸秆上，混合均匀，在28～37℃下，发酵2～6天，获得腐熟的秸秆；（3）化学处理：将所述腐熟的秸秆浸没在0.5～2.0mol/L无机溶液40～70℃保温1～5h，然后进行超声波处理15～60min；清洗后烘干；（4）炭化：将所述步骤（3）烘干后的秸秆在微氧或氮保护条件下保持温度400～700℃碳化30min～12h，冷却获得所述秸秆基生物复合材料。
[0009]进一步的，所述步骤（1）秸秆调节后的碳氮比为16:1～30:1。
[0010]进一步的，所述步骤（1）中氮源溶液的溶质为尿素、铵盐、硝酸盐、有机氨中的至少一种。
[0011]进一步的，所述步骤（2）中秸秆颜色为黄褐色，无臭味，温度变为常温时结束发酵获得腐熟的秸秆。
[0012]进一步的，所述步骤（2）中的微生物菌剂为有效活菌数≥100亿/g的固体制剂，所述微生物菌剂用量为每kg干的秸秆0.5～2.0g微生物菌剂。
[0013]进一步的，所述微生物菌剂中包括绿色木霉、黑曲霉、短小芽孢杆菌、绿色木霉、黑曲霉、枯草芽孢杆菌、白腐真菌、米曲霉中的至少一种。
[0014]进一步的，所述步骤（3）中的无机溶液为双氧水、高锰酸钾、硫酸、磷酸、柠檬酸、酒石酸、氢氧化钾其中一种的水溶液。
[0015]进一步的，所述步骤（3）中的烘干温度为70～95℃。
[0016]进一步的，所述步骤（3）中秸秆的降解率为秸秆降解率为5%～10%。
[0017]进一步的，所述步骤（1）还包括粉碎后在90~110℃下烘干1小时以除去杂菌。
[0018]本专利技术还提供了所述的制备方法制得的秸秆基生物复合材料。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的优点和有益效果是：鉴于我国农业废弃秸秆处理和水环境污染、土壤环境污染处理的迫切性，如何合理的以废治废、保护环境已经成为农业工作者的工作重点。本专利技术的制得的秸秆基生物复合材料能够应用于多种环境治理，将农业废弃物利用、污水处理、土壤污染修复相结合，不但使用成本低，而且绿色环保没有二次污染，效果稳定。根据各地污水及污染土壤特点进行适当改造，使其在农业废弃物利用及水污染和土壤污染治理方面具有相当广泛的适用性。
[0020]（1）本专利技术主要采用了生物处理、无机溶液处理、超声处理等为连续的步骤，目的是能形成更为稳固的秸秆基生物复合材料，为水污染处理和土壤污染处理提供一种可吸附、更方便回收的材料。
[0021]（2）与现有技术的生物炭制备处理相比，本专利技术经过大量的试验，通过施用尿素、铵盐等氮源的方法调整秸秆的C/N比，调整后适宜C/N比为：16:1～30:1，为微生物的繁殖和秸秆腐熟创造了更优越的条件。特别添加了无机物料处理秸秆，包括双氧水、高锰酸钾、硫酸、磷酸、柠檬酸、酒石酸、氢氧化钾等，可以很好地处理发酵秸秆孔隙中的形成的降解物质，使制备的材料孔隙更多，面积更大。
[0022]（3）本专利技术的处理过程同生物炭制备处理相比，经过大量实验，可以降低制备的温度，形成更好的孔隙结构，不但可以节省更多的能源，还可以使材料在污水处理和污染土壤处理方面发挥更大的作用。
[0023]（4）本专利技术重在实现了“点草成金、化害为利、变废为宝、无废生产、以废治废”，全过程为绿色生产，降解物质可以作为肥料使用，形成的秸秆基生物复合材料可以治理水污染和重金属污染。
附图说明
[0024]图1是秸秆预处理后的秸秆状态；图2是腐熟的秸秆状态；图3是无机溶液处理完的秸秆状态；图4是秸秆基生物复合材料。
[0025]图5为秸秆基生物复合材料电镜扫描图。
具体实施方式
[0026]下述实施方式更好地说明本
技术实现思路
。但本专利技术不限于下述实施例。
[0027]实施例1本专利技术中采用的秸秆为禾本科农作物秸秆，包括水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆等。
[0028]本实施例中秸秆基生物复合材料的具体制备方法包括以下步骤：（1）秸秆预处理：将10kg干的秸秆用铡草机裁断成1～3cm的小段，并除去杂质，用粉碎机粉碎1min，在105℃下烘干1小时以除去杂菌；在秸秆上均匀喷洒氮源溶液调节碳氮比后秸秆含水量在50～60%；经过预处理的秸秆状态如图1所示；氮源溶液：将239g尿素溶解在12.2kg水中获得尿素溶液，适用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种秸秆基生物复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：（1）秸秆预处理：将干的秸秆裁断成1～3cm的小段，除去杂质，烘干除菌；在秸秆上喷洒氮源溶液调节碳氮比后秸秆含水量为40～70%；（2）微生物处理：将微生物菌剂洒在步骤（1）得到的秸秆上，混合均匀，在28～37℃下，发酵2～6天，获得腐熟的秸秆；（3）化学处理：将所述腐熟的秸秆浸没在0.5～2.0mol/L无机溶液中40～70℃保温1～5h，然后进行超声波处理15～60min；清洗后烘干；（4）炭化：将所述步骤（3）烘干后的秸秆在微氧或氮保护条件下保持温度400～700℃碳化30min～12h，冷却获得所述秸秆基生物复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）秸秆调节后的碳氮比为16:1～30:1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的氮源溶液的溶质为尿素、铵盐、硝酸盐、有机氨中的至少一种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海征，王建玲，
申请(专利权)人：曲靖师范学院，
类型：发明
国别省市：