一种水溶性有机碳的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水溶肥料和废弃物资源化技术领域，具体涉及一种利用植物残体制备水溶性有机碳的方法。
【背景技术】
[0002]包括作物秸杆、农副产品加工下脚料及畜禽排泄物等在内的废弃物是农业生产及其产品加工过程中的必然产物，来源广、数量大。这些废弃物为生物质有机物，主要由草木纤维素、半纤维素、木质素、果胶质等成分构成，还含有少量的氮、磷、钾和微量元素。若直接丢弃或焚烧，不仅对环境造成严重污染，更是一种资源的浪费。因此，将这些废弃物变废为宝，是一种非常有效的防治环境污染的办法，更是符合可持续发展的目标。
[0003]现有技术中公开的利用农、林废弃物进行肥料化利用技术，多数是基于微生物发酵原理进行腐殖化转化，所需要的发酵时间至少要15天以上，转化速度慢，利用效果不理想。检索到的涉及生物质废弃物腐熟转化的方法有:中国专利文献，申请号:02104939.4，报道了利用酸碱物质(如氢氧化钾、磷酸等)在常温下处理植物性材料，调节酸度至PH4?9后，直接混入氮肥、磷肥、中微量元素肥或进一步经发酵处理后再混入这些无机肥料成分，制造有机肥或有机-无机复合肥的方法。上述方法利用商品酸碱物质的溶液在常温下与植物性材料反应，仍存在腐熟速度慢和腐熟不彻底的问题。中国专利文献，申请号:201210308554.9，报道了烤烟秸杆经过碳化煅烧粉碎制成生物碳，然后加入发酵好的有机物和微量元素制备生物碳有机肥。上述方法直接将秸杆碳化，将大部分的有机物碳化变成了无机物，废弃物还是未能得到充分利用。中国专利文献，申请号:200410040058.5，报道了用超声催化氧化技术处理难降解有机废水，将有机废水直接转化为二氧化碳和水。综上所述，现有技术中还没有利用超声酸解法降解植物残体中大分子有机物变成小分子水溶有机碳的综合方法报道。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种水溶性有机碳的制备方法。即以植物残体为原料，利用超声催化-酸氧化技术将大分子难溶有机物降解为小分子水溶有机碳，能够直接被农作物吸收利用。
[0005]发明公开了以下技术方案来实现上述目的，具体制备步骤如下:
[0006]—种水溶性有机碳的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0007](1)将植物残体粉碎放入耐酸反应器中，加入水制成悬浮溶液，然后进行超声处理；
[0008](2)加入双氧水和酸的混合溶液，使反应器中固液质量比为1: (3-18)，超声催化氧化 30_360min ；
[0009](3)反应结束后将反应液过滤，用碱调节pH = 4-9，即得水溶性有机碳。
[0010]本发明还公开了另一技术方案来实现上述目的，具体制备步骤如下:
[0011](1)将植物残体粉碎放入耐酸反应器中，加入水制成悬浮溶液，然后进行超声处理；
[0012](2)加入双氧水和酸的混合溶液，使反应器中固液质量比为1: (3-18)，超声催化氧化；
[0013](3)反应结束后将反应液过滤，用碱调节pH = 4-9，即得水溶性有机碳。
[0014]优选的，所述植物残体为秸杆、水草、农产品加工废渣中的一种或多种。所述农产品加工废渣优选为糖蜜、生产酒精废水、生产酵母废水、生产氨基酸废水等有机废水。
[0015]优选的，所述步骤(1)水的加入量为植物残体质量的20%以上。进一步优选的，水的加入量为植物残体质量的40-80%。
[0016]所述酸为硝酸、硫酸、盐酸、甲酸、乙酸中的一种或多种。
[0017]所述双氧水的加入量为植物残体质量的2-9%，进一步优选的，所述酸的加入量为植物残体质量的3-12%。其中所述双氧水和酸的加入量是指按照酸溶液的质量乘以酸的百分比浓度计算得到的酸的量，例如酸的加入量为植物残体质量的3 %，植物残体为100kg，所加的酸为30%盐酸，则3%的酸为100X3% +30%= 10kg。如下实施例中所加酸和双氧水的量均以此方法计算。
[0018]所述超声催化氧化时，反应时间为30-360min，超声波频率为20?ΙΟΟΚΗζ，温度为25?80°C。进一步优选的，所述超声催化氧化时，超声波频率为60?95KHz，温度为50?75 Γ。
[0019]本发明是采用植物残体在超声波的作用下利用双氧水和酸来降解植物残体中的有机大分子，使其充分降解后，上清液经过滤，得到小分子的水溶性有机碳。
[0020]所述碱为金属氢氧化物以及金属弱酸性盐或金属氧化物的一种或几种。所述金属氢氧化物为氢氧化钾等碱性金属氢氧化物，金属弱酸性盐为碳酸氢钙等具有弱酸性的金属盐，所述金属氧化物为氧化镁、氧化锌等具有碱性的金属氧化物。
[0021]所述进行PH调节后的滤液中的水溶性有机碳的含量为89?180g/L。有机碳含量太高如200g/L会大大增加浓缩成本，含量太低会增加包装成本和运输成本。
[0022]本发明的具有的优点与积极效果:
[0023]1)本发明利用超声波催化酸降解难溶性大分子有机物，消除了气泡的产生，条件温和，对装置要求简单，且不需要冷却装置。
[0024]2)步骤(3)中反应液过滤后，得到的液体有机质水不溶物含量低，主要为水溶性的小分子有机碳，可以直接被作物吸收利用。
[0025]3)本发明通过控制双氧水和酸的用量，以及体系反应的时间能有效对植物残体进行降解得到刚好能被植物有效吸收的小分子有机碳，而不是植物残体未充分降解或过度降解成二氧化碳和水，从而有效对植物残体进行有效利用且能显著提高植物吸收的利用率。
[0026]4)本发明制备的水溶性有机碳由于能直接被植物吸收，同时还能促进无机养分的吸收，因此能提高作物产量，改善产品品质，增强抗逆性，促进根系发育，提高化肥利用率和改善土壤肥效的特点。
[0027]5)本发明制备的水溶性有机碳具有促进微生物生长繁殖，改善土壤通透性，促进植物的根系的生长发育，能促使植物加快土壤中氮、磷、钾元素的吸收及生物酶活化，同时可以增产、改善产品品质和提高抗逆性。
【具体实施方式】
[0028]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。
[0029]实施例1
[0030]—种水溶性有机碳的制备方法，具体制备步骤如下:
[0031](1)将糖蜜放入耐酸反应器中，然后将反应器置于超声发生器上超声5min ;
[0032](2)在反应容器中加入双氧水和硝酸的混合溶液，使反应器中固液质量比为1:3，超声催化氧化120min ;其中双氧水的加入量为糖蜜质量的2%，酸的加入量为糖蜜质量的3% ;超声波频率为60KHz，反应温度为50°C。
[0033](3)反应结束后将反应液过滤，用氢氧化钠调节pH = 4，即得水溶性小分子有机碳。
[0034]该方法制得的反应液中的水溶性有机碳的含量为136_174g/L。
[0035]对比例1
[0036]—种水溶性有机碳的制备方法，具体制备步骤如下:
[0037](1)将糖蜜放