一种用于生物炭材料原位降解特性研究的装置及应用方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于生物炭材料原位降解特性研究的装置及应用方法，所述装置包括壳体以及多组实验仓，所述实验仓包括搅拌机构、支撑台以及环形尼龙网袋；壳体上设有多组用于保证壳体内通水的圆孔，所述搅拌机构由设置在壳体顶面的转向组件以及设置在每组支撑台上的搅拌组件构成，通过搅拌机构的设置，可以在壳体中分层对生物炭材料进行搅拌同时且便于分层对淋溶液进行收集；所述方法通过有机碳分析仪和三维荧光光谱仪以及评估方法可对特征性指标进行检测分析，从而获取生物炭材料原位降解特性的综合定量化评估结果，进而综合评估生物炭在土壤固碳能力提升及应对气候变化方面的潜力作用。面的潜力作用。面的潜力作用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于生物炭材料原位降解特性研究的装置及应用方法


[0001]本专利技术涉及生物炭材料稳定性研究
，具体是涉及一种用于生物炭材料原位降解特性研究的装置及应用方法。

技术介绍

[0002]近年来，多种来源的废弃生物质热解炭化工艺技术日益成熟，产生的生物炭具有比表面积大，孔隙结构发达，高度稳定性和较强吸附性能，以及富含多种有机官能团等特性，其对全球碳的生物地球化学循环和缓解全球气候变化具有重要的影响，生物炭已被认为是大气CO2的重要储库。
[0003]生物炭具有较高的化学和生物学惰性，与其热解来源物料相比，在土壤中更难以被降解。基于以往田间试验的结果发现，生物炭可以在土壤中存在上千年之久。尽管生物炭的化学结构相对稳定，但其在土壤环境中终将会被分解，其缓慢降解过程主要包括生物作用和非生物作用实现。降解反应的发生往往先从生物炭的表面开始，主要表现为挥发性组分和碱性物质的减少、O/C值的升高和表面羧酸基官能团含量的增加等。研究也表明，一些土壤微生物可以直接利用生物炭作为能源物质，或通过释放过氧化物酶等降解生物炭的芳香化结构。
[0004]生物炭在土壤环境中的降解过程受到多方面环境因素影响，如温度、水分条件和暴露时间被认为是最主要的影响因素，在良好通气的土壤中其平均残留时间估计仅为几十到上百年，土壤的干湿交替过程引起的饱和与非饱和环境的转化也可以影响生物炭的降解过程。有研究发现在
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22℃到70℃范围内经过12个月的培养后，较高的培养温度和时间加速了生物炭的老化程度，生物炭的碳含量损失逐渐增加。以往关于生物炭降解特性的研究多是在可控条件下开展，如通过同位素标记方法，也有部分研究开展了生物炭在田间实际条件下的降解过程规律，但因为生物炭施用后与土壤颗粒发生了充分混合，无法对其进行高效回收，关于生物炭自身降解特性的评估难以做到全面准确。因此，急需采用优化的装置和方法，对其在田间实际土壤环境中的长期降解过程进行跟踪监分析，揭示其自身表面结构和碳组分的动态变化规律及对环境因子的响应情况，以综合评估其在土壤固碳能力提升及应对气候变化方面的潜力作用。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种用于生物炭材料原位降解特性研究的装置及应用方法。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种用于生物炭材料原位降解特性研究的装置，包括壳体以及多组实验仓，所述实验仓包括搅拌机构、支撑台以及环形尼龙网袋；所述壳体上设有多组用于保证壳体内通水的圆孔，位于所述圆孔之外的所述壳体外壁上设有多组上下等间距设置的凸孔，所述支撑台位于每组所述凸孔下方位置的壳体内并与壳体可拆卸连接；所述环形尼龙网袋的一端与支撑台边缘固定连接；
[0007]所述搅拌机构由设置在壳体顶面的转向组件以及设置在每组支撑台上的搅拌组件构成，所述转向组件包括转动轮、第一齿轮以及第二齿轮，所述第一齿轮、第二齿轮以转动轮为对称轴对称设置，第一齿轮与第二齿轮啮合传动，第一齿轮、第二齿轮的同一侧面上分别设有一组相互配合与转动轮交替啮合进行正反转动的弧形件，所述弧形件由多组等角度设于第一齿轮、第二齿轮上的凸杆构成；所述第一齿轮、转动轮以及第二齿轮各通过一组连接杆与壳体顶面转动连接；且弧形件的弧长所对应角度＜180
°
；通过弧长所对应角度的设置，可避免第一齿轮与第二齿轮发生交错，使得转动轮卡住并无法实现转动；通过上述设置，使得电机带动第一齿轮进行转动，第一齿轮带动第二齿轮转动，位于第一齿轮上的凸杆带动转动轮进行正转，位于第二齿轮上的凸杆带动转动轮进行反转，使得转动轮进行往复的转动；
[0008]所述搅拌组件包括至少一组转动叶以及一组螺纹杆，所述转动叶的轴杆一端固定套设有第三齿轮，相邻两组所述螺纹杆可拆卸连接，
[0009]所述螺纹杆由上到下依次设有正向螺纹、反向螺纹，与正向螺纹、反向螺纹所对应位置处的螺纹杆上分别套设有第一螺纹套圈、第二螺纹套圈；所述第一螺纹套圈上设有与转动叶数量相同的第一连杆，所述第一连杆一端与第一螺纹套圈固定连接，第一连杆另一端上设有用于推挤所述第三齿轮向壳体内壁一侧运动且进行转动的卡齿，所述卡齿与第三齿轮啮合，所述第二螺纹套圈上设有第二连杆，所述第二连杆一端与第二螺纹套圈转动连接，第二连杆另一端与所述转动叶的轴杆通过扭簧连接；通过上述设置，使得转动轮往复转动时，螺纹杆进行转动，第一螺纹套圈以与第二螺纹套圈在螺纹杆上进行配接并上下移动，使得第一连杆与第二连杆进行摆动，第一连杆摆动时上述卡齿呈一定角度地转动，带动第三齿轮进行转动，带动转动叶进行转动，从而使得各层的生物炭材料均匀混合，使得实验过程中各层的生物炭材料更加均一，从而使取样分析更加科学；所述凸孔上设有可通向土壤外的导管，可以在外界收集导出的淋溶液；所述螺纹杆与所述转动轮固定连接；所述凸孔上设有可通向土壤外的导管。
[0010]进一步地，所述壳体材料为有机玻璃，化学性质较稳定，可以使得实验更加科学，所述凸孔内设有过滤结构，使得收集的淋溶液更加便于分析；所述环形尼龙网袋是具有环形支撑骨架的尼龙网袋。
[0011]进一步地，所述过滤结构为设置在通口上的筛孔板以及滤膜组成，使得过滤效果更好。
[0012]进一步地，所述圆孔均匀分布在壳体上，每个圆孔11的孔径可为5
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10mm，使得实用性更高。
[0013]进一步地，所述支撑台上设有用于利用所述转动叶摆动进行挤压的气囊，所述导管上设有凸起的气腔，位于所述气腔的所述导管内设有转动杆，所述转动杆一端与气腔顶面转动连接，所述气腔通过连接管与所对应的气囊连通；位于气腔的转动杆上套设有一组利用连接管所排出气流进行转动的转轮，位于导管的转动杆上套设有另一组转轮；通过上述设置，使得转动叶搅拌生物炭的同时对气囊进行触发，使得气囊通过连管吹动转轮进行转动，从而使得导管内的淋溶液向上抽出。
[0014]进一步地，所述转动叶的轴杆上设有用于罩盖第三齿轮以及卡齿的防护罩，使得第三齿轮与卡齿更好地实现传动，降低生物炭对传动的影响。
[0015]本专利技术还提供一种利用所述装置进行样品采集与评估的方法，包括以下步骤：
[0016]S1：将生物炭材料填装至每一组所述实验仓中，再将各组实验仓依次放置于壳体内，其中，各层所述搅拌组件的螺纹杆进行组接；得到装填后的装置；
[0017]S2：重复步骤S1得到多组所述装填后的装置，然后将多组装填后的装置放置于实际土壤环境中，期间通过搅拌组件对生物炭材料进行搅拌，同时利用多组装填后的装置在不同时间节点分别将导管内的淋溶液进行抽出，当完成实验周期时取出装置，采集生物炭材料，完成采样；
[0018]S3：对采集到的所述淋溶液经滤膜过滤后保存；对采集到的所述生物炭材料根据不同深度进行不同温度的冷藏；
[0019]S4：使用有机碳分析仪和三维荧光光谱仪对过滤后的淋溶液中有机碳的含量和组分特征进行表征分析，同时设置实验对照进行分析，所述实验对照为未装填至装置内的生物炭材料水浸提溶液，获得生物炭可浸提组分的降解转化特性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于生物炭材料原位降解特性研究的装置，其特征在于，包括壳体(1)以及多组实验仓，所述实验仓包括搅拌机构(2)、支撑台(22)以及环形尼龙网袋；所述壳体(1)上设有多组用于保证壳体(1)内通水的圆孔(11)，位于所述圆孔(11)之外的所述壳体(1)外壁上设有多组上下等间距设置的凸孔(12)，所述支撑台(22)位于每组所述凸孔(12)下方位置的壳体(1)内并与壳体(1)可拆卸连接；所述环形尼龙网袋的一端与支撑台(22)边缘固定连接；所述搅拌机构(2)由设置在壳体(1)顶面的转向组件(21)以及设置在每组支撑台(22)上的搅拌组件构成，所述转向组件(21)包括转动轮(213)、第一齿轮(211)以及第二齿轮(212)，所述第一齿轮(211)、第二齿轮(212)以转动轮(213)为对称轴对称设置，第一齿轮(211)与第二齿轮(212)啮合传动，第一齿轮(211)、第二齿轮(212)的同一侧面上分别设有一组相互配合与转动轮(213)交替啮合进行正反转动的弧形件，所述弧形件由多组等角度设于第一齿轮(211)、第二齿轮(212)上的凸杆(2111)构成；所述第一齿轮(211)、转动轮(213)以及第二齿轮(212)各通过一组连接杆与壳体(1)顶面转动连接；且弧形件的弧长所对应角度＜180
°
；所述搅拌组件包括至少一组转动叶(23)以及一组螺纹杆(24)，所述转动叶(23)的轴杆一端固定套设有第三齿轮，相邻两组所述螺纹杆(24)可拆卸连接，所述螺纹杆(24)由上到下依次设有正向螺纹、反向螺纹，与正向螺纹、反向螺纹所对应位置处的螺纹杆(24)上分别套设有第一螺纹套圈(25)、第二螺纹套圈(26)；所述第一螺纹套圈(25)上设有与转动叶(23)数量相同的第一连杆(27)，所述第一连杆(27)一端与第一螺纹套圈(25)固定连接，第一连杆(27)另一端上设有用于推挤所述第三齿轮向壳体(1)内壁一侧运动且进行转动的卡齿，所述卡齿与第三齿轮啮合；所述第二螺纹套圈(26)上设有第二连杆(28)，所述第二连杆(28)一端与第二螺纹套圈(26)转动连接，第二连杆(28)另一端与所述转动叶(23)的轴杆通过扭簧连接；所述螺纹杆(24)与所述转动轮(213)固定连接；所述凸孔(12)上设有可通向土壤外的导管(122)。2.如权利要求1所述的一种用于生物炭材料原位降解特性研究的装置，其特征在于，所述壳体(1)材料为有机玻璃，所述凸孔(12)内设有过滤结构(121)。3.如权利要求2所述的一种用于生物炭材料原位降解特性研究的装置，其特征在于，所述过滤结构(121)为设置在凸孔(12)上的筛孔板以及滤膜组成。4.如权利要求1所述的一种用于生物炭材料原位降解特性研究的装置，其特征在于，所述圆孔(11)均匀分布在壳体(1)上，每个圆孔(11)的孔径可为5
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10mm。5.如权利要求1所述的一种用于生物炭材料原位降解特性研究的装置，其特征在于，所述支撑台(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，龙涛，王磊，祝欣，万金忠，张亚，陈玉东，温冰，高尚，
申请(专利权)人：生态环境部南京环境科学研究所，
类型：发明
国别省市：