一种减少稻田温室气体排放的稻秸炭基肥料制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物质炭制备技术领域，尤其涉及一种减少稻田温室气体排放的稻秸炭基肥料制备方法。
【背景技术】
[0002]温室气体的过量排放，已成为全球气候变暖及其所带来的一系列环境问题的重要根源。农业是温室气体的主要排放源之一，农业源温室气体排放占人类活动温室气体排放量的14%，其中CHjP N 20浓度的增加主要来源于农业活动，分别占CHjP N 20排放总量的52%和92.47%。稻田生态系统是全球014和N20等温室气体的重要生物排放源，如何通过减少稻田土壤温室气体排放来减轻全球气候变暖日益成为国内外科学工作者们共同关注的话题。
[0003]现有技术中没有报道过将稻秸为原料的水热炭化，而且现有技术中所采用的热解炭化方法存在温度过高，能源消耗过大，不能适用于稻秸的处理。因此，本领域亟待一种处理稻秸的方法。
【发明内容】
[0004]本发明的发明目的之一，在于针对当前温室气体过量排放的问题，提供一种改善土壤通气状况，减少CHjP N 20排放的稻秸炭基肥，及其制备方法。
[0005]为解决以上技术问题，本发明的技术方案是:
[0006]本发明一方面涉及一种稻秸炭基肥料制备方法，其特征在于:包括以下步骤，
[0007](1)将稻秸生物质原料粉碎至60?100目；
[0008](2)将稻秸生物质原料与水混合，置入密封的水热炭化反应釜中，在无氧条件下，200?400r.min 1的转速下进行搅拌，在180?260°C恒温下反应3?5h ;
[0009](3)然后冷却至室温，用蒸馏水洗涤，干燥；
[0010](4)将步骤(3)得到的物质经过研磨，过筛，得到稻秸炭基肥料。
[0011]在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于:所用的生物质原料为水稻秸杆，添加或者不添加其它促进发酵的酶和/或微生物。
[0012]在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于:稻秸生物质原料与水的混合比例为 1:6 ?1:10。
[0013]在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于:水热炭化反应压强为IMPa?3MPa0
[0014]在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于:步骤B中，无氧条件为隔绝空气。
[0015]本发明另一方面涉及上述开发方法做制备得到的稻秸炭基肥料。
[0016]在本发明的一个优选实施方式中，特征在于所述的稻秸炭基肥料比表面积介于190 — 210m2/g 之间。
[0017]在本发明的一个优选实施方式中，其特征在于所述的稻秸炭基肥料pH值介于8 -10之间。
[0018]本发明还涉及上述稻秸炭基肥料在减少稻田温室气体排放中的应用。
[0019]本发明的有益效果是:
[0020]本发明制备稻秸炭基肥采用的设备操作简单、生产成本较低，有利于稻秸炭基肥料的大规模应用。
[0021]本发明制备的稻秸炭基肥比表面积高，适用于土壤，有利于减少稻田温室气体的排放，从而减缓全球气候变化。
【具体实施方式】
[0022]若未特别说明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
[0023]实施例1
[0024]—种减少稻田温室气体排放的稻秸炭基肥料制备方法，包括以下步骤:
[0025](1)将稻秸生物质原料粉碎至60目；
[0026](2)将稻秸生物质原料与水按1:8混合；
[0027](3)将混合后的稻秸生物质原料与水，置入密封的水热炭化反应釜中，在无氧条件下，200r.min 1的转速下进行搅拌，在180°C恒温下反应5h ;
[0028](4)然后冷却至室温，用蒸馏水洗涤，在105°C下干燥12h ;
[0029](5)将步骤(3)得到的物质经过研磨，过20目筛，得到稻秸炭基肥料A。
[0030]本实例得到的减少温室气体排放的稻秸炭基肥产率为69.5 %，pH值为8.41，比表面积 191.3m2/g，总孔容积 0.092cm3/go
[0031 ] 此外，按每公顷20t的稻秸炭基肥料A施用于稻田，温室气体通过密封静态箱法采集样品。样品采用岛津GC-12A气相色谱仪同时测定样品中CHjPN20气体含量，氢火焰离子化检测器温度为200°C，分离柱温度为80°C，采用高纯N2作为载气。温室气体排放通量计算公式如下:
[0032]F = Am/AX At
[0033]= 273/(273+T) X P XVX Ac/ΑΧ At
[0034]F为温室气体的排放通量，mg/ (m2.h) ; P为在标准状况下气体密度，g/L ;A为箱体底面积，m2；h为箱体的有效高度，m ;V为箱内有效空间体积，m3；T为箱内气体温度，V ;Am为At时间里箱内气体的质量变化量，mg; Ac为Δ t时间里箱内气体的浓度变化量，mg/L。通过气样浓度与时间的关系曲线，计算出温室气体的排放通量，采用加权平均法获得生长期内温室气体的累积排放量，mg/m2。
[0035]3个月后(即水稻的一个生长期)，CH4累积排放量为7.68mg/m2，N20累积排放量为16.3mg/m2，与不施用该稻秸炭基肥料的作物相比，014累积排放量减少0.56mg/m2，N20累积排放量减少5.3mg/m2，说明稻秸炭基肥的输入可降低稻田温室气体014和N 20的排放通量。
[0036]实施例2
[0037]—种减少稻田温室气体排放的稻秸炭基肥料制备方法，包括以下步骤:
[0038](1)将稻秸生物质原料粉碎至80目；
[0039](2)将稻秸生物质原料与水按1:8混合；
[0040](3)将混合后的稻秸生物质原料与水，置入密封的水热炭化反应釜中，在无氧条件下，250r.min 1的转速下进行搅拌，在200°C恒温下反应4h ;
[0041](4)然后冷却至室温，用蒸馏水洗涤，在105°C下干燥12h ;
[0042](5)将步骤(3)得到的物质经过研磨，过20目筛，得到稻秸炭基肥料B。
[0043]本实例得到的减少温室气体排放的稻秸炭基肥产率为67.4%，pH值为8.53，比表面积 194.6m2/g，总孔容积 0.094cm3/g。
[0044]此外，按每公顷20t的稻秸炭基肥料B施用于稻田，气体采集及计算方法同上，3个月后(即水稻的一个生长期)，CH4累积排放量为7.64mg/m2，N20累积排放量为16.25mg/m2，与不施用该稻秸炭基肥料的作物相比，014累积排放量减少0.58mg/m2，N20累积排放量减少5.33mg/m2，说明稻秸炭基肥的输入可降低稻田温室气体014和N20的排放通量。
[0045]实施例3
[0046]一种减少稻田温室气体排放的稻秸炭基肥料制备方法，包括以下步骤:
[0047](1)将稻秸生物质原料粉碎至100目；
[0048](2)将稻秸生物质原料与水按1:6混合；
[0049](3)将混合后的稻秸生物质原料与水，置入密封的水热炭化反应釜中，在无氧条件下，300r.min 1的转速下进行搅拌，在220°C恒温下反应3h ;
[0050](4)然后冷却至室温，用蒸馏水洗涤，在105°C下干燥12h ;
[0051](5)将步骤(3)得到的物质经过研磨，过20目筛，得到稻秸炭基肥料C。
[0052]本实例得到的减少温室气体排放的稻秸炭基肥产率为62.7%，pH值为8.67，比表面积 198.3m2/g，总孔容积 0.097cm3/go
[0053]此外，按每公顷20t的稻秸炭基肥料C施用于稻田，气体采集及计算方法同上，3个月后(即水稻的一个生长期)，CH4累积排放量为7.59mg/m2，N20累积排放量为16.13mg/m2，与不施用该稻秸炭基肥料的作物相比，014累积排放量减少0.63mg/m2，N20累积排放量减少5.46mg/m2，说明稻秸炭基肥的输入可降低稻田温室气体014和N20的排放通量。
[0054]实施例4
[0055]—种减少稻田温室气体排放的稻秸炭基肥料制备方法，包括以下步骤:
[0056](1)将稻秸生物质原料粉碎至80目；
[0057](2)将稻秸生物质原料与水按1:6混合；
[0058](3)将混合后的稻秸生物质原料与水，置入密封的水热炭化反应釜中，在无氧条件下，350r.min 1的转速下进行搅拌，在240°C恒温下反应2h ;
[0059](4)然后冷却至室温，用蒸馏水洗涤，在105°C下干燥12h ;
[0060](5)将步骤(3)得到的物质经过研磨，过20目筛，得到稻秸炭基肥料D。
[0061]本实例得到的减少温室气体排放的稻秸炭基肥产率为59.6%，pH值为8.66，比表面积 203.3m2/g，总孔容积 0.100cm3/g。
[0062]此外，按每公顷20t的稻秸炭基肥料D施用于稻田，气体采集及计算方法同上，3个月后(即水稻的一个生长期)，CH4累积排放量为7.48mg/m2，N20累积排放量为16.05mg/m2，与不施用该稻秸炭基肥料的作物相比，014累积排放量减少0.73mg/m2，N20累积排放量减少5.52mg/m2，说明稻秸炭基肥的输入可降低稻田温室气体014和N20的排放通量。
[0063]实施例5
[0064]一种减少稻田温室气体排放的稻秸炭基肥料制备方法，包括以下步骤:
[0065](1)将稻秸生物质原料粉碎至60目；
[0066](2)将稻秸生物质原料与水按1:6混合；
[0067](3)将混合后的稻秸生物质原料与水，置入密封的水热炭化反应釜中，在无氧条件下，400r.min 1的转速下进行搅拌，在260°C恒温下反应2h ;
[0068](4)然后冷却至室温，用蒸馏水洗涤，在105°C下干燥12h ;
[0069](5)将步骤(3)得到的物质经过研磨，过20目筛，得到稻秸炭基肥料E。
[0070]本实例得到的减少温室气体排放的稻秸炭基肥产率为55.4%，pH值为8.78，比表面积 208.lm2/g，总孔容积 0.100cm3/g。
[0071]此外，按每公顷20t的稻秸炭基肥料E施用于稻田，气体采集及计算方法同上，3个月后(即水稻的一个生长期)，CH4累积排放量为7.42mg/m2，N20累积排放量为16.0mg/m2，与不施用该稻秸炭基肥料的作物相比，014累积排放量减少0.78mg/m2，N20累积排放量减少5.5mg/m2，说明稻秸炭基肥的输入可降低稻田温室气体014和N20的排放通量。
[0072]以上所述是本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种稻秸炭基肥料制备方法，其特征在于:包括以下步骤， (1)将稻秸生物质原料粉碎至60?100目； (2)将稻秸生物质原料与水混合，置入密封的水热炭化反应釜中，在无氧条件下，200?400r ?min 1的转速下进行搅拌，在180?260°C恒温下反应3?5h ; (3)然后冷却至室温，用蒸馏水洗涤，干燥； (4)将步骤(3)得到的物质经过研磨，过筛，得到稻秸炭基肥料。2.根据权利要求1所述的稻秸炭基肥料制备方法，其特征在于:所用的生物质原料为水稻秸杆，添加或者不添加其它促进发酵的酶和/或微生物。3.根据权利要求1所述稻秸炭基肥料制备方法，其特征在于:稻秸生物质原料与水的混合比例为1:6?1:10。4.根据权利要求1所述稻秸炭基肥料制备方法，其特征在于:水热炭化反应压强为IMPa ?3MPa。5.根据权利要求1所述的稻秸炭基肥料制备方法，其特征在于:步骤B中，无氧条件为隔绝空气。6.权利要求1-5任意一项开发方法做制备得到的稻秸炭基肥料。7.根据权利要求6所述的稻秸炭基肥料，其特征在于所述的稻秸炭基肥料比表面积介于 190 — 210m2/g 之间。8.根据权利要求6或7所述的稻秸炭基肥料，其特征在于所述的稻秸炭基肥料pH值介于8 — 10之间。9.权利要求6-8任意一项所述的稻秸炭基肥料在减少稻田温室气体排放中的应用。
【专利摘要】本发明属于生物质炭制备技术领域，尤其涉及一种减少稻田温室气体排放的稻秸炭基肥料制备方法。本发明是通过水热炭化同化CO2制备用于减少温室气体排放的稻秸炭基肥。
【IPC分类】C05G3/04, C01B31/02
【公开号】CN105315098
【申请号】CN201510305494
【发明人】袁小利, 单胜道, 李松, 叶正钱
【申请人】浙江科技学院
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年6月4日