本发明涉及一种土壤修复剂，尤其是一种生物炭土壤修复剂及其制备方法。
背景技术：
生物炭是由生物有机材料在缺氧或者绝氧的情况下经高温热解炭化形成的一种稳定的富碳固化物。生物炭材料拥有无污染、可再生、丰富的孔隙度、大的比表面积以及大量的表面官能团等特性，在使用过程中表现出极强的吸附能力，在土壤吸附修复方面具有比较大的应用潜力，已成为最具发展潜力的新材料之一。生物炭可以吸附土壤中农药等有机污染物和重金属无机污染物，但是生物炭吸附达到了饱和后，生物炭吸附无机以及有机污染物的能力将下降。二氧化钛作为光催化剂和催化剂载体，具有强光催化氧化作用，在光照条件下可以将生物炭中吸附的有机污染物降解为水和二氧化碳。此外，土壤中的微生物可以将生物炭作为碳源，将生物炭施与土壤中可以提高土壤微生物的生物量和活性，生物质炭中丰富的孔隙结构可以作为微生物及其有效养分的载体，可以促进土壤中微生物群落的生长。目前常用的土壤修复治理方法主要有物理法和化学法，物理法主要包括淋滤法、吸附固定法等，化学法包括生物还原法、络合物浸提法等。但是传统的物理法见效慢，化学方法易带来再次污染。因此急需一种绿色的见效快的土壤修复剂。
技术实现要素：
为了克服现有技术中土壤修复剂使用过程中见效慢、容易造成二次污染、造价高等缺陷，本发明提供一种生物炭土壤修复剂及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种生物炭土壤修复剂，由以下重量份的原料组成：
一种生物炭土壤修复剂的制备方法包括以下步骤：
步骤一，负载二氧化钛的生物炭的制备：首先对生物质材料进行简单的清洁处理，自然风干或者冷风干燥后，将生物质材料进行粉碎处理，过50～80目筛，得到生物质材料粉末；然后配制二氧化钛分散液，将生物质材料粉末完全浸入配制好的二氧化钛分散液中进行浸泡，处理过程中进行磁力搅拌处理，磁力搅拌速度为200～500rpm/min，温度维持在45～65℃，处理时间为1～2h，浸泡结束后需要对生物质材料粉末进行过滤，然后在温度为45～50℃的真空烘箱内进行干燥处理；最后将干燥好的负载二氧化钛的生物质材料置于管式炉中，通入保护气体，以5～10℃/min的升温速度升温至500～700℃并保温1～2h，最后以10～20℃/min的降温速度降至室温，即可得到负载二氧化钛的生物炭材料；
步骤二，堆肥物料的制备：首先对畜禽粪便进行简单的除杂，然后加入粉碎处理好的农作物秸秆，将含水率调节至45～60％，ph值控制在7～8，再加入发酵菌剂，每1kg待发酵物料加入4～5g的发酵菌剂，将温度控制在50～60℃进行堆肥处理，反应3～5d之后，对发酵物料进行粉碎、搅拌处理，过100目筛即可得到堆肥物料；
步骤三，生物菌液的制备：先对生物菌液培养装置进行灭菌处理，将培养基和发酵罐置于115℃灭菌30min，再将光合细菌菌液、短芽孢杆菌菌液、酵母菌菌液、苏云金芽孢杆菌液、枯草芽孢杆菌和乳杆菌菌液分别接种到发酵罐中的培养基进行发酵培养，发酵12～48h即得生物菌液；
步骤四，黏土的制备：将黏土经过机械处理，然后过80～120目筛网筛分，得到黏土粉末，备用；
步骤五，包覆生物炭的混合物料的制备：将步骤二得到的堆肥物料置于搅拌机中，然后不断加入步骤一得到的负载二氧化钛的生物炭，同时加入复合肥和微量元素，最后得到包覆生物炭的混合物料；
步骤六，造粒、烘干：将得到的包覆生物炭的混合物料利用圆盘造粒机进行造粒，利用雾化器将生物菌液喷洒入造粒机中，使得包覆生物炭的混合物料能够充分吸收生物菌液，加入步骤四准备好黏土粉末，同时加入粘合剂，造粒完成之后，在50～60℃的温度下烘干处理2～3h，冷却之后进行筛分处理即得生物炭土壤修复剂。
上述的一种生物炭土壤修复剂及其制备方法，所述复合肥由氮肥、磷肥、钾肥组成，所述氮肥、磷肥、钾肥的质量比为1.2：1：1，所述氮肥为尿素，所述磷肥为过磷酸钙，所述钾肥为磷酸二氢钾。
上述的一种生物炭土壤修复剂及其制备方法，所述微量元素为硫酸锌、钼酸钠、硫酸锰、硼酸、钼酸中的一种或者两种。
上述的一种生物炭土壤修复剂及其制备方法，所述步骤一中的生物材料为竹材、阔叶木材、针叶木材或者农作物秸秆中的一种，所述步骤一中的二氧化钛为锐钛矿二氧化钛纳米管，所述步骤一中的保护气体为氮气或者氩气。
上述的一种生物炭土壤修复剂及其制备方法，所述步骤三中的发酵温度为36～37℃，ph值为6.5～6.8，所述培养基中设有营养液，所述营养液的成分为水、豆粉、葡萄糖、硫酸镁、磷酸氢二钾和碳酸钙。
上述的一种生物炭土壤修复剂及其制备方法，所述步骤四中的机械处理为粉碎机粉碎处理或者是球磨机球磨处理。
上述的一种生物炭土壤修复剂及其制备方法，所述步骤六中包覆生物炭的混合物料造粒处理时含水率需要控制在26～28％，粒径控制在2～5mm。
与现有技术相比本发明具有以下优点和突出性效果：
本发明的有益效果是，本发明生物炭土壤修复剂包括负载二氧化钛的生物炭、有机肥、复合肥、生物菌液以及微量元素，有效地消除了传统土壤修复剂使用过程中见效慢、容易造成二次污染、造价高的缺陷。本发明制备工艺绿色环保，操作简单，原料来源广，制备的土壤修复剂不仅可以吸附降解土壤中的污染物，还提高土壤中的有机质和微生物含量，显著提高了经济效益和环境效益。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的内容，下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但是以下实施例仅用于说明本发明，不用来限制本发明的范围。对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，根据此实施例获得其他的实施例，都属于本发明的保护范围。
【实施例1】
一种生物炭土壤修复剂，由以下重量份的原料组成：
一种生物炭土壤修复剂的制备方法包括以下步骤：
步骤一，负载二氧化钛的生物炭的制备：首先对生物质材料进行简单的清洁处理，自然风干，将生物质材料进行粉碎处理，过50目筛，得到生物质材料粉末；然后配制二氧化钛分散液，将生物质材料粉末完全浸入配制好的二氧化钛分散液中进行浸泡，处理过程中进行磁力搅拌处理，磁力搅拌速度为200rpm/min，温度维持在45℃，处理时间为2h，浸泡结束后需要对生物质材料粉末进行过滤，然后在温度为45℃的真空烘箱内进行干燥处理；最后将干燥好的负载二氧化钛的生物质材料置于管式炉中，通入保护气体，以5℃/min的升温速度升温至500℃并保温2h，最后以10℃/min的降温速度降至室温，即可得到负载二氧化钛的生物炭材料；
步骤二，堆肥物料的制备：首先对畜禽粪便进行简单的除杂，然后加入粉碎处理好的农作物秸秆，将含水率调节至45％，ph值控制在7，再加入发酵菌剂，每1kg待发酵物料加入4g的发酵菌剂，将温度控制在50℃进行堆肥处理，反应3d之后，对发酵物料进行粉碎、搅拌处理，过100目筛即可得到堆肥物料；
步骤三，生物菌液的制备：先对生物菌液培养装置进行灭菌处理，将培养基和发酵罐置于115℃灭菌30min，再将光合细菌菌液、短芽孢杆菌菌液、酵母菌菌液、苏云金芽孢杆菌液、枯草芽孢杆菌和乳杆菌菌液分别接种到发酵罐中的培养基进行发酵培养，发酵12h即得生物菌液；
步骤四，黏土的制备：将黏土经过机械处理，然后过80目筛网筛分，得到黏土粉末，备用；
步骤五，包覆生物炭的混合物料的制备：将步骤二得到的堆肥物料置于搅拌机中，然后不断加入步骤一得到的负载二氧化钛的生物炭，同时加入复合肥和微量元素，最后得到包覆生物炭的混合物料；
步骤六，造粒、烘干：将得到的包覆生物炭的混合物料利用圆盘造粒机进行造粒，利用雾化器将生物菌液喷洒入造粒机中，使得包覆生物炭的混合物料能够充分吸收生物菌液，加入步骤四准备好黏土粉末，同时加入粘合剂，造粒完成之后，在50℃的温度下烘干处理3h，冷却之后进行筛分处理即得生物炭土壤修复剂。
所述复合肥由氮肥、磷肥、钾肥组成，所述氮肥、磷肥、钾肥的质量比为1.2：1：1，所述氮肥为尿素，所述磷肥为过磷酸钙，所述钾肥为磷酸二氢钾；所述微量元素为硫酸锌、钼酸中；所述步骤一中的生物材料为竹材，所述步骤一中的二氧化钛为锐钛矿二氧化钛纳米管，所述步骤一中的保护气体为氮气；所述步骤三中的发酵温度为36℃，ph值为6.5，所述培养基中设有营养液，所述营养液的成分为水、豆粉、葡萄糖、硫酸镁、磷酸氢二钾和碳酸钙；所述步骤四中的机械处理为粉碎机粉碎处理；所述步骤六中包覆生物炭的混合物料造粒处理时含水率需要控制在26％，粒径控制在2mm。
【实施例2】
一种生物炭土壤修复剂，由以下重量份的原料组成：
一种生物炭土壤修复剂的制备方法包括以下步骤：
步骤一，负载二氧化钛的生物炭的制备：首先对生物质材料进行简单的清洁处理，冷风干燥后，将生物质材料进行粉碎处理，过80目筛，得到生物质材料粉末；然后配制二氧化钛分散液，将生物质材料粉末完全浸入配制好的二氧化钛分散液中进行浸泡，处理过程中进行磁力搅拌处理，磁力搅拌速度为500rpm/min，温度维持在65℃，处理时间为1h，浸泡结束后需要对生物质材料粉末进行过滤，然后在温度为50℃的真空烘箱内进行干燥处理；最后将干燥好的负载二氧化钛的生物质材料置于管式炉中，通入保护气体，以10℃/min的升温速度升温至700℃并保温1h，最后以20℃/min的降温速度降至室温，即可得到负载二氧化钛的生物炭材料；
步骤二，堆肥物料的制备：首先对畜禽粪便进行简单的除杂，然后加入粉碎处理好的农作物秸秆，将含水率调节至60％，ph值控制在8，再加入发酵菌剂，每1kg待发酵物料加入5g的发酵菌剂，将温度控制在60℃进行堆肥处理，反应3d之后，对发酵物料进行粉碎、搅拌处理，过100目筛即可得到堆肥物料；
步骤三，生物菌液的制备：先对生物菌液培养装置进行灭菌处理，将培养基和发酵罐置于115℃灭菌30min，再将光合细菌菌液、短芽孢杆菌菌液、酵母菌菌液、苏云金芽孢杆菌液、枯草芽孢杆菌和乳杆菌菌液分别接种到发酵罐中的培养基进行发酵培养，发酵48h即得生物菌液；
步骤四，黏土的制备：将黏土经过机械处理，然后过120目筛网筛分，得到黏土粉末，备用；
步骤五，包覆生物炭的混合物料的制备：将步骤二得到的堆肥物料置于搅拌机中，然后不断加入步骤一得到的负载二氧化钛的生物炭，同时加入复合肥和微量元素，最后得到包覆生物炭的混合物料；
步骤六，造粒、烘干：将得到的包覆生物炭的混合物料利用圆盘造粒机进行造粒，利用雾化器将生物菌液喷洒入造粒机中，使得包覆生物炭的混合物料能够充分吸收生物菌液，加入步骤四准备好黏土粉末，同时加入粘合剂，造粒完成之后，在60℃的温度下烘干处理2h，冷却之后进行筛分处理即得生物炭土壤修复剂。
所述复合肥由氮肥、磷肥、钾肥组成，所述氮肥、磷肥、钾肥的质量比为1.2：1：1，所述氮肥为尿素，所述磷肥为过磷酸钙，所述钾肥为磷酸二氢钾；所述微量元素为硫酸锌、钼酸钠、硫酸锰、硼酸、钼酸中的一种或者两种；所述步骤一中的生物材料为阔叶木材，所述步骤一中的二氧化钛为锐钛矿二氧化钛纳米管，所述步骤一中的保护气体为氩气；所述步骤三中的发酵温度为37℃，ph值为6.8，所述培养基中设有营养液，所述营养液的成分为水、豆粉、葡萄糖、硫酸镁、磷酸氢二钾和碳酸钙；所述步骤四中的机械处理为球磨机球磨处理；所述步骤六中包覆生物炭的混合物料造粒处理时含水率需要控制在28％，粒径控制在5mm。
【实施例3】
一种生物炭土壤修复剂，由以下重量份的原料组成：
一种生物炭土壤修复剂的制备方法包括以下步骤：
步骤一，负载二氧化钛的生物炭的制备：首先对生物质材料进行简单的清洁处理，冷风干燥后，将生物质材料进行粉碎处理，过60目筛，得到生物质材料粉末；然后配制二氧化钛分散液，将生物质材料粉末完全浸入配制好的二氧化钛分散液中进行浸泡，处理过程中进行磁力搅拌处理，磁力搅拌速度为400rpm/min，温度维持在50℃，处理时间为1.5h，浸泡结束后需要对生物质材料粉末进行过滤，然后在温度为48℃的真空烘箱内进行干燥处理；最后将干燥好的负载二氧化钛的生物质材料置于管式炉中，通入保护气体，以10℃/min的升温速度升温至600℃并保温1.5h，最后以10℃/min的降温速度降至室温，即可得到负载二氧化钛的生物炭材料；
步骤二，堆肥物料的制备：首先对畜禽粪便进行简单的除杂，然后加入粉碎处理好的农作物秸秆，将含水率调节至50％，ph值控制在7.5，再加入发酵菌剂，每1kg待发酵物料加入4.5g的发酵菌剂，将温度控制在55℃进行堆肥处理，反应4d之后，对发酵物料进行粉碎、搅拌处理，过100目筛即可得到堆肥物料；
步骤三，生物菌液的制备：先对生物菌液培养装置进行灭菌处理，将培养基和发酵罐置于115℃灭菌30min，再将光合细菌菌液、短芽孢杆菌菌液、酵母菌菌液、苏云金芽孢杆菌液、枯草芽孢杆菌和乳杆菌菌液分别接种到发酵罐中的培养基进行发酵培养，发酵24h即得生物菌液；
步骤四，黏土的制备：将黏土经过机械处理，然后过100目筛网筛分，得到黏土粉末，备用；
步骤五，包覆生物炭的混合物料的制备：将步骤二得到的堆肥物料置于搅拌机中，然后不断加入步骤一得到的负载二氧化钛的生物炭，同时加入复合肥和微量元素，最后得到包覆生物炭的混合物料；
步骤六，造粒、烘干：将得到的包覆生物炭的混合物料利用圆盘造粒机进行造粒，利用雾化器将生物菌液喷洒入造粒机中，使得包覆生物炭的混合物料能够充分吸收生物菌液，加入步骤四准备好黏土粉末，同时加入粘合剂，造粒完成之后，在55℃的温度下烘干处理2.5h，冷却之后进行筛分处理即得生物炭土壤修复剂。
所述复合肥由氮肥、磷肥、钾肥组成，所述氮肥、磷肥、钾肥的质量比为1.2：1：1，所述氮肥为尿素，所述磷肥为过磷酸钙，所述钾肥为磷酸二氢钾；所述微量元素为硫酸锌、钼酸钠；所述步骤一中的生物材料为农作物秸秆中，所述步骤一中的二氧化钛为锐钛矿二氧化钛纳米管，所述步骤一中的保护气体为氮气；所述步骤三中的发酵温度为36.5℃，ph值为6.7，所述培养基中设有营养液，所述营养液的成分为水、豆粉、葡萄糖、硫酸镁、磷酸氢二钾和碳酸钙；所述步骤四中的机械处理为粉碎机粉碎处理；所述步骤六中包覆生物炭的混合物料造粒处理时含水率需要控制在27％，粒径控制在3mm。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。