一种利用农林生物质固废制备含超矿源腐植酸水溶肥料的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用农林生物质固废制备含超矿源腐植酸水溶肥料的方法。本发明专利技术以农林生物质固废为出发点，将其在催化剂和活化剂共同作用下进行梯度焙烧炭化，促使有机质碳链重组，获得类风化煤前驱体，然后在氧化剂作用下，丰富其官能团，将有机质转化为超矿源腐植酸。根据实际需求，改变活化剂和抽提剂的种类与用量，增加产物中大量元素含量，获得满足含腐植酸水溶肥料标准中大量元素型液体产品技术指标的含超矿源腐植酸水溶肥料产品。本发明专利技术通过简便的工艺达到对农林有机固废的无害化和资源化利用，减少二氧化碳等温室气体产生的同时获得附加值较高的含超矿源腐植酸水溶肥料产品，具有良好的经济价值和环境效益，是名副其实的“负碳”技术。技术。技术。

【技术实现步骤摘要】
一种利用农林生物质固废制备含超矿源腐植酸水溶肥料的方法


[0001]本专利技术属于农林固废资源化
，具体涉及一种利用农林生物质固废制备含超矿源腐植酸水溶肥料的方法。

技术介绍

[0002]国外对农林生物质固废的综合利用已有近百年的历史，其综合利用的手段和方式相对成熟。特别在发达国家，先进的设备、完善的政策制度、成熟的技术工艺等共同保证了农林生物质固废的充分利用。Fabrizio Adani(意大利)、Yasair S.S.Al
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Faiyz(沙特阿拉伯)、Jader Galba Busato(巴西)、Paola A.Campitelli(阿根廷)和Redouane Mghaiouini(摩洛哥)等众多学者的科学研究表明，农林生物质固废在适宜水分、气氛、酸碱性、碳氮比等条件下经120
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240天的堆肥过后，其中可降解的有机物能转化为腐殖质，丰富土壤中的营养物质，有利于土壤固粒结构的形成，增加保水、保温、透气、保肥的能力，证明了堆肥还田手段的科学性，可保障国外农业的可持续发展。同时，秸秆富含纤维素、半纤维素和木质素，是草食性家畜良好的饲料来源。剩余的生物质固废利用在各国则有所不同，如美国的能源农场、日本的阳光计划、巴西的酒精能源计划和丹麦的秸秆发电技术等。
[0003]农林生物质固废有机质含量高，是宝贵的天然可再生资源；但生物质固废还田率低，且易造成土地板结与病虫害等问题。又因为饲料化、沼气化、腐植酸化技术工艺不成熟，利用率较低，导致大量生物质固废被燃烧利用，其价值远未被完全开发，造成很大的资源浪费。目前，农林生物质固废不同回收利用方式的碳排放量由大到小排序依次是：焚烧能源化＞生化肥料化＞饲料化＞沼气能源化＞腐植酸化。因此，亟需开发低碳环保工艺技术。
[0004]腐植酸广泛应用于农、林、牧、石油、化工、建材、医药卫生、环保等各个领域。在大环境、大农业、大工业、大医保中维护大气碳循环，降低温室气体排放，其特有的低碳特质发挥着“绿叶”作用。农业方面，腐植酸肥料具有明显的肥料增效、改良土壤、刺激作物生长、改善农产品质量等功能。在提倡生态农业建设、无公害农业生产、绿色食品、无污染环保肥料的现代农业生产中，腐植酸肥料备受推崇。传统上，腐植酸的生产主要是以风化煤、褐煤和泥炭为原料，采用碱抽提的方法提取腐植酸产品。但是，我国煤炭资源主要分布在内蒙、新疆、陕西和山西等西北地区以及广西、云南等西南地区，受地域影响，需要长途运输，因此企业生产成本较高。同时，煤是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物，是不可再生资源，消耗较大，价格上涨，亟需寻找其它的可再生资源代替。
[0005]虽然我国对腐植酸的研究起步较晚，但堆肥法、发酵法、水热法等研究工作在国内均已有大量的研究，在这些方法的研究与应用均处于国际领先水平，如CN102936159A公开一种利用啤酒生产废弃物制取堆肥的方法，以啤酒生产中产生的酒糟和污泥为原料堆放13
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17天获得腐殖化肥料；杨笑莹等添加外源性物质进行堆肥，加快堆肥过程，提高堆肥质量；CN113501644A公开了一种提高有机固废发酵效率的制剂及其制备方法与应用，制剂包
括固定生物酶与共代谢营养物质和有机高分子；赵建亮等以海藻生产排放的废弃海藻渣为原料，经微生物发酵得到生物腐植酸；专利CN114292145A公开一种人工腐殖酸尿素缓释肥料的制备方法，利用水热法将生物质转化为黄腐酸与腐植酸并与尿素溶液混合得到人工腐殖酸尿素缓释肥料。在这些方法的基础上，国内又进一步发展出许多新的制备方法，如黄琛开发的水解法，先用稀酸水解纤维素、半纤维素、木质素等，然后加菌、浓缩、发酵3
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5天获得液体腐植酸肥料；王秀飞等开发化学氧化降解法，氧化降解后引入新官能团，然后进行化学改性处理获得腐植酸；CN113399417A公开一种利用污泥制备腐植酸钠的方法与应用，采用低温焙烧氧化，先将生物质在碱性条件下焙烧炭化，然后活化氧化获得腐植酸盐产物；CN113277492A公开一种农林废弃物制备腐植酸钾和生物炭的方法，将农林废弃物与高铁酸钾经真空焙烧后水淬处理，得到腐植酸钾与生物炭。这些方法均提升腐植酸产品得率，快速高效。但是，堆肥法时间长，需要土地轮耕，不适合我国基本国情。发酵法很难模拟培育专一菌种的土壤环境，菌种的筛选和富集技术不成熟，放大实验中常出现产量低、产品质量不稳定等问题，难以实现大规模应用。水热法工程放大时对反应设备条件要求高、能耗大，不适合大规模工业生产，这些根本性的问题难以得到解决。水解法和化学氧化降解法同样未能从根本上跳出发酵法与水热法的局限，仅低温焙烧氧化法从根本上进行改变，工艺简单，能耗小，如果将其应用在生物质制取腐植酸有机肥方面有望实现工业化生产。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的目的在于提供一种利用农林生物质固废制备含超矿源腐植酸水溶肥料的方法。
[0007]将棉秆、稻壳、树木等农林生物质固废清洗并机械研磨后与催化剂和活化剂按一定比例混合并进行梯度焙烧炭化，炭化过程中催化剂可以降低木质素、纤维素、半纤维素等发生分解与聚合反应的活化能，加速碳链重组以获得类风化煤产物，活化剂可以使木质素、纤维素、半纤维素等优先炭化，减少热分解现象的发生并提供营养元素；炭化所得类风化煤产物与氧化剂按一定比例混合并进行官能团靶向氧化，氧化过程中促使官能团发生伸展、变形，同时增加羟基和酚基，使类风化煤产物转化为超矿源腐植酸；最后加抽提剂对超矿源腐植酸进行抽提获得初步产品，经浓缩或稀释后可得到含超矿源腐植酸水溶肥料(大量元素型)液体产品，进一步还可采用三效蒸发与喷雾干燥工艺联合的浓缩造粒工艺将产品制成颗粒状含超矿源腐植酸水溶肥料(大量元素型)固体产品，以便于产品运输，实现经济效益最大化。最终，通过简便的工艺达到对农林有机固废的无害化和资源化利用，减少二氧化碳等温室气体产生的同时获得附加值较高的含超矿源腐植酸水溶肥料(大量元素型)产品，具有良好的经济价值和环境效益，是名副其实的“负碳”技术。
[0008]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0009]一种利用农林生物质固废制备含超矿源腐植酸水溶肥料的方法，包括如下步骤：
[0010](1)铁盐在100～300℃下水热6～18h得到羟基氧化铁和/或氧化铁催化剂；
[0011](2)将步骤(1)所得催化剂与生物质固废粉末、活化剂混合均匀，先在室温至150℃、空气气氛下焙烧1～2h，然后在150～200℃、氧体积含量10～15％下焙烧1～2h，再在200～300℃、氧体积含量0～10％下焙烧1～2h，得到类风化煤前驱体；
[0012](3)将步骤(2)所得类风化煤前驱体与氧化剂水溶液混合，60～100℃活化24～
72h，所得氧化产物再加入到抽提剂溶液中抽提3～6h后，固液分离；
[0013](4)步骤(3)所得固体残渣经磁选分离回收催化剂，剩余部分作为含腐植酸复合肥基肥原料；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用农林生物质固废制备含超矿源腐植酸水溶肥料的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)铁盐在100～300℃下水热6～18h得到羟基氧化铁和/或氧化铁催化剂；(2)将步骤(1)所得催化剂与生物质固废粉末、活化剂混合均匀，先在室温至150℃、空气气氛下焙烧1～2h，然后在150～200℃、氧体积含量10～15％下焙烧1～2h，再在200～300℃、氧体积含量0～10％下焙烧1～2h，得到类风化煤前驱体；(3)将步骤(2)所得类风化煤前驱体与氧化剂水溶液混合，60～100℃活化24～72h，所得氧化产物再加入到抽提剂溶液中抽提3～6h后，固液分离；(4)步骤(3)所得固体残渣经磁选分离回收催化剂，剩余部分作为含腐植酸复合肥基肥原料；(5)步骤(3)所得液体为含超矿源腐植酸水溶肥料液体产品，浓缩造粒即为含超矿源腐植酸水溶肥料固体产品。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(1)所述铁盐为氯化铁、硝酸铁和硫酸铁中的至少一种；步骤(2)所述催化剂用量为生物质固废粉末质量的0.05～1％。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，步骤(2)所述催化剂用量为生物质固废粉末质量的0.2～0.5％。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(1)所述铁盐在100～200℃下水热反应获得羟基氧化铁；在200～300℃下水热反应获得氧化铁。5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(2)所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：宿新泰，杨博，楚沙沙，张丽娟，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：