本发明涉及的是一种快速制备纳米级秸秆生物质炭的方法，属于生物材料制备技术领域。
背景技术：
我国作物秸秆年产量79454.4×104吨，相当于全国每年工业固体废物的排放总量水平。在我国，这些秸秆的50%以上用作燃料或在田头直接焚烧，28.44%用于家畜垫圈，15.02%用于直接还田，真正达到生物循环利用的秸秆数量少之甚少。在部分地区，由于秸秆利用技术不完善，来不及利用和处理时则就地焚烧，造成作物秸秆资源的大量浪费，同时对生态环境也造成的巨大污染和破坏，其损失不可估计。因此，如何充分利用秸秆资源对于现代农业的发展至关重要。
秸秆生物质炭化是一种非常好的利用作物秸秆资源的方法。上世纪80年代，日本已出现利用生物炭作为盆景植物土壤的改良剂及作为生物菌肥载体的技术。随着研究的深入，研究人员发现生物质炭含有矿质养分，具备持水能力和离子吸附交换能力及一定吸附容量，可有效改善土壤的理化性质，增强土壤的保水率，在保护土壤微生物的良好栖息环境等方面具有突出的作用，如今，生物质炭材料已在农业生产中得到广泛的应用。
纳米材料作为一种新兴的特殊功能材料，可以充分增加材料之间的接触面与其在环境中的溶解性，同时也不会改变材料的原有性质，所以纳米材料在国际上已开始得到大范围的推广。在农业方面，将纳米材料施放于环境中，可以达到吸附或光催化降解污染物或有害微生物的效果，修复污染水体和土壤，实现农业环境改良，进而有效控制农业面源污染，实现农业清洁生产与可持续发展；同时，纳米材料的施放还有助于植物的生长发育的调节。相比于其他工程类金属纳米材料，纳米级生物质炭的材料来源更广，应用范围更大，同时由于碳元素不具有生物学毒性，所以研究纳米级生物质炭具有重要的环境学和生物学意义，纳米级生物质炭必然会在农业生产和相关研究领域得到推广。
技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种快速、有效、便捷及大批量的生产纳米级秸秆生物质炭的方法，以提高作物秸秆资源的利用率，满足现代农业发展的需求，同时减少环境污染，提高经济效益。
本发明的技术解决方案：一种快速制备纳米级秸秆生物质炭的方法。包括如下步骤：
1）秸秆生物质炭的制备与预处理；
2）选择助溶剂与研磨球的比例，使用球磨机对生物质炭材料进行研磨；
3）制备产品的后处理。
本发明的优点：
1）相比于传统的水相制备手段，本方法可在短时间内内有效的大量地制备纳米级生物质炭材料，制备步骤简单易操作；
2）相比于人工研磨方法，本方法制备得到的纳米级生物质炭材料颗粒均匀，平均粒径在100纳米左右，符合纳米材料的要求，颗粒小、吸收效果好。
具体实施方式
一种快速制备纳米级秸秆生物质炭的方法，包括如下步骤：
1）秸秆生物质炭的制备与预处理；
2）选择助溶剂与研磨球的比例，使用球磨机对生物质炭材料进行研磨；
3）制备产品的后处理。
所述的步骤1）具体包括：
（1）秸秆材料的预处理：取收获后的玉米、小麦或水稻秸秆，去除残叶和腐烂部分，在75℃高温下处理48h，去除秸秆材料中多余水分，准备待用；
（2）高温烧制生物质炭：将预处理的秸秆材料在马弗炉中高温处理，温度设置范围为350~650℃，温度加热初始值设置200℃，以每5℃/min进行升温，达到预定温度后，保温1h，使秸秆材料充分炭化，得到生物质炭材料；
（3）生物炭的初筛：将高温烧制的生物质炭材料取出，在干燥器中冷却至室温，取80目筛（178mm孔径的过滤筛）将冷却的生物质炭材料进行筛选，将筛出的生物质炭预处理材料置于干燥器中保存，待用。
所述的步骤2）具体包括：
（1）球磨机的选择：根据生物质炭材料的体积进行选择，在实验过程中发现，预处理过生物质炭的体积比较大，所以选择生物质炭体积：球磨罐体积=1:2的球磨罐比较合适，同时选择功率为0.75kw电机，在转速为公转200转/分和自转400转/分的条件下进行研磨；实验过程中，选择了500ml的tj-2l型号的立式行星球磨机，取250ml体积的生物质炭预处理材料置于球磨罐中进行加工；
（2）助溶剂的选择：球磨机的加工处理，关键是助磨剂的选择。由于生物质炭要作为环境中的新型吸附材料，所以不能选用有毒有害的材料作为助磨剂。在甲醇和乙醇的试验助磨过程中，乙醇可以较好地将生物质炭进行初步溶解，达到助磨的效果；实验过程中，采用乙醇作为助磨剂加入球磨罐中，含量比例关系为生物质炭：球磨罐：乙醇=1:2:1，即250ml；
（3）研磨球的比例选择：研磨球的选择是决定生物质炭纳米材料级别的关键，试验选取了粒径分别为3mm、5mm、8mm和10mm的研磨球进行研磨，个数比例约为3:2:1:1，总质量约为150g；
（4）设置研磨时间和研磨程序：实验测定，研磨总时间为2.5h为最优方案，研磨程序为转动/暂停交替，时间比例关系为转动时间：暂停时间=5:1。经过球磨机加工得到的纳米级生物质炭材料的粒径可达100nm左右，达到纳米级水平。
所述的步骤3）具体包括：
（1）复合体系沉降：将研磨好的纳米级生物质炭材料加入乙醇溶液混合形成复合体系，静置24h，随后将复合体系上部多余的乙醇分液去除；
（2）成分干燥：随后将与乙醇混合的纳米级生物质炭材料置于旋转蒸发仪中，设置真空旋蒸的温度为65℃，旋蒸15min，待乙醇完全蒸干后小心取出，将旋蒸干的纳米级生物质炭材料置于锡箔纸包裹的铝盒中，置于烘箱中105℃加热24h，将多余的水分全部蒸干；
（3）储存：将加热烘干后的纳米级生物质炭材料置于干燥培养皿中冷却，则得到纳米级秸秆生物质炭，随后将其转移到完全干燥的实验管中，置于干燥器中待用。
本发明是一种切实可行的较为快速、有效、便捷及大批量的生产纳米级秸秆生物质炭的方法，相比于传统的水相制备手段，本方法可在2.5小时内有效的大量地制备纳米级生物质炭材料，制备步骤简单易操作；相比于人工研磨方法，本方法制备得到的纳米级生物质炭材料颗粒均匀，平均粒径在100纳米左右。