一种利用农业废弃物定向制备人工腐殖酸的方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种利用农业废弃物定向制备人工腐殖酸的方法及应用，方法包括：1)将含氮有机废物与农业废弃物混合，加入水搅拌均匀；2)往步骤1)的混合体系中加入碱性试剂，同时加入固体碱催化剂混合均匀，在搅拌的情况下进行水热腐殖化反应；3)将步骤2)所得固液混合物离心分离，液体经酸沉淀、离心得到固体人工腐殖酸。本发明专利技术制备人工腐殖酸的方法易操作、成本低、产率高，所得人工腐殖酸具有矿源腐殖酸不可比拟的优良性质，胡敏酸含量高、产率高，具有更多的含氧和含氮官能团，且氮元素比例可调，在土壤中矿物磷素释放应用中表现出突出效果。本发明专利技术为人工腐殖酸的批量合成和应用提供了一条切实可行的技术路径和方法。了一条切实可行的技术路径和方法。了一条切实可行的技术路径和方法。

【技术实现步骤摘要】
一种利用农业废弃物定向制备人工腐殖酸的方法及应用


[0001]本专利技术涉及农业废弃物高值化转化及其利用领域，特别涉及一种利用农业废弃物定向制备人工腐殖酸的方法及应用。

技术介绍

[0002]腐植酸作为天然有机物，富含羧基、酚基、酮基、酚羟基等含氧官能团以及磷、钙、镁等营养元素，可显著促进土壤团粒结构形成、微生物繁殖、植物生长发育以及调节环境酸碱度等，广泛分布于地表土壤、海洋、河流等生态环境中。腐植酸作为绿色环保、高效无二次污染的环境友好材料，有望解决目前土壤有机质退化、地力减弱等难题。广泛使用的矿源腐植酸制取难度较大，且主要为腐植酸盐，存在破坏土壤团粒结构、特异性差以及成本高(纯度60％，≥3500元/吨)等缺陷。生物质发酵得到的生化黄腐酸分子量小，存在特异性与稳定性差，且腐殖酸产率较低(＜3.0％)。因此急需探寻绿色可持续、高效的腐殖酸生产新方法。
[0003]农业废弃物主要是农林植物以及微生物的残体，内含丰富的有机质，研究资料表明，生物质中含有的木质素、纤维素和半纤维素等有机类物质可以在合适的条件下通过连续的化学反应生成腐殖酸。其中，利用水热腐殖化技术生产人工腐殖质，整个过程仅需要20～24小时，大大加快了腐殖化进度，为腐殖酸的大规模农业应用提供可能。但水热腐殖化技术面临的问题是腐殖酸产率较低、胡敏酸含量不高，因此限制了其大规模推广和应用。除此之外，水热腐殖化反应过程温度较高，由此引发能耗增加、设备投资成本较高等系列问题。因此，需进一步探寻人工腐殖酸的高效水热腐殖化生产技术，以改善上述问题。
专利
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种利用农业废弃物定向制备人工腐殖酸的方法及应用，最终实现人工腐殖酸的高效制备和在土壤中矿物磷释放中的有效应用。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种利用农业废弃物定向制备人工腐殖酸的方法，包括：
[0007]1)将含氮有机废物与农业废弃物混合，加入水搅拌均匀；该步骤利用含氮有机废物中的氮素与农业废弃物中的小分子作用，提高水热腐殖化过程中人工腐殖酸的产率。
[0008]2)往步骤1)的混合体系中加入碱性试剂，同时加入固体碱催化剂混合均匀，在搅拌的情况下进行水热腐殖化反应；该步骤可以利用碱性试剂将废弃生物质和含氮有机废物中的化学键打断生成小分子，同时在固体碱催化剂的作用下，促进小分子高度聚合进一步提高人工腐殖酸尤其是胡敏酸的产率。
[0009]3)将步骤2)所得固液混合物离心分离，液体经酸沉淀、离心得到固体人工腐殖酸。
[0010]进一步的，步骤1)中，所述含氮有机废物包括鸡粪、猪粪、厨余垃圾等其中的一种或多种。
[0011]进一步的，步骤1)中，所述农业废弃物包括秸秆、甘蔗渣、稻壳、稻草、麦秸、玉米芯、木粉、枝叶、废弃木头、花生壳、锯末、枫叶等其中的一种或多种。
[0012]更进一步的，步骤1)中，所述含氮有机废物：农业废弃物：水质量比为(0.05～0.5)：1：(1～20)。
[0013]进一步的，步骤2)中，所述碱性试剂包括氢氧化钾、氢氧化钠等其中的一种。
[0014]更进一步的，步骤2)中，所述固体碱催化剂包括硅铝分子筛、二氧化铈、二氧化锌等其中的一种。
[0015]更进一步的，步骤2)中，所述碱性试剂：固体碱催化剂质量比为1：(0.01～0.1)。
[0016]更进一步的，步骤2)中，所述水热腐殖化反应的温度为170～220℃，时间为1～12h。
[0017]更进一步的，步骤3)中，所述酸包括盐酸、硫酸、磷酸等其中的一种。
[0018]本专利技术还提供了上述方法制备的人工腐殖酸。
[0019]本专利技术另提供了上述人工腐殖酸在土壤中矿物磷释放中的应用。
[0020]该人工腐殖酸具有更多的含氧和含氮官能团，胡敏酸含量高，产率高，在土壤中矿物磷素释放应用中表现出突出效果。
[0021]与已有技术相比，本专利技术的优点和有益效果有：
[0022]1、利用含氮有机废物中的氮素与农业废弃物中的小分子作用，大幅提高水热腐殖化过程中人工腐殖酸的产率。
[0023]2、该步骤可以利用碱性试剂将农业废弃物和含氮有机废物中的化学键打断生成小分子，同时在固体碱催化剂的作用下，促进小分子高度聚合进一步提高人工腐殖酸尤其是胡敏酸的产率。
[0024]3、所得人工腐殖酸具有矿源腐殖酸相似的化学结构，胡敏酸含量可达95％以上，产率高于20％，具有更多的含氧和含氮官能团，具有矿源腐殖酸不可比拟的优良性质，在土壤中矿物磷素释放应用中表现出突出效果，可有效溶解土壤中矿物磷。整体制备工艺能耗低、污染小，具有大规模实际应用的潜力和前景。本专利技术为人工腐殖酸的高效制备和农业废弃物的高值化转化提供了一条切实可行的技术路径。
附图说明
[0025]图1为本专利技术利用农业废弃物定向制备人工腐殖酸的方法流程图。
[0026]图2为本专利技术制备的人工腐殖酸光学照片。
具体实施方式
[0027]为了更清楚地说明本专利技术，下面结合实施例并对照附图对本专利技术作进一步详细说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。
[0028]结合图1，本专利技术的技术要点包括：
[0029]将含氮有机废物与农业废弃物以一定比例混合，利用有机废物中的氮素促进人工腐殖酸的生成，同时提高人工腐殖酸中含氧、含氮官能团的含量。
[0030]利用固体碱催化剂的作用，促进小分子高度聚合进一步提高人工腐殖酸尤其是胡敏酸的产率。
[0031]实施例1
[0032](1)将5克厨余垃圾与20克秸秆混合，加入50克水搅拌均匀，转移至100毫升水热搅拌反应釜内胆中。
[0033](2)往上述混合物中加入3.0克氢氧化钾和0.1克NaZSM
‑
5分子筛，搅拌均匀，关闭反应釜，于190摄氏度条件下反应1.5小时。
[0034](3)将上述固液混合物离心分离，液体用盐酸沉淀至pH＝2.0，8000rpm离心，沉淀于80摄氏度条件下烘干12小时，得到固体人工腐殖酸1。
[0035]实施例2
[0036](1)将6克厨余垃圾与25克秸秆混合，加入70克水搅拌均匀，转移至100毫升水热搅拌反应釜内胆中。
[0037](2)往上述混合物中加入3.0克氢氧化钾和0.1克NaZSM
‑
5分子筛，搅拌均匀，关闭反应釜，于205摄氏度条件下反应1.5小时。
[0038](3)将上述固液混合物离心分离，液体用盐酸沉淀至pH＝2.0，8000rpm离心，沉淀于80摄氏度条件下烘干12小时，得到固体人工腐殖酸2。
[0039]实施例3
[0040](1)将7克厨余垃圾与30克秸秆混合，加入80克水搅拌均匀，转移至100毫升水热搅拌反应釜内胆中。
[0041](2)往上述混合物中加入3.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用农业废弃物定向制备人工腐殖酸的方法，包括：1)将含氮有机废物与农业废弃物混合，加入水搅拌均匀；2)往步骤1)的混合体系中加入碱性试剂，同时加入固体碱催化剂混合均匀，在搅拌的情况下进行水热腐殖化反应；3)将步骤2)所得固液混合物离心分离，液体经酸沉淀、离心得到固体人工腐殖酸。2.根据权利要求1所述的一种利用农业废弃物定向制备人工腐殖酸的方法，其特征在于，步骤1)中，所述含氮有机废物包括鸡粪、猪粪、厨余垃圾中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种利用农业废弃物定向制备人工腐殖酸的方法，其特征在于，步骤1)中，所述农业废弃物包括秸秆、甘蔗渣、稻壳、稻草、麦秸、玉米芯、木粉、枝叶、废弃木头、花生壳、锯末、枫叶中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种利用农业废弃物定向制备人工腐殖酸的方法，其特征在于，步骤1)中，所述含氮有机废物：农业废弃物：水质量比为0.05～0.5：1：1～2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志杨，肖清波，徐文龙，胡米，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：发明
国别省市：