专利名称：一种活性炭制备的土壤扩蓄增容剂及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种土壤扩蓄增容剂，特别是一种活性炭为原料制备的土壤扩蓄增容剂及其生产方法，为合理利用农业废弃资源开辟了一条新途径。
背景技术：
活性炭是一种黑色多孔性固体，其最大的特点是具有发达的孔隙和很大的比表面积和吸附能力。以下简要介绍国内外现有的活性炭有关资料。
1.活性炭的物理化学性质活性炭是一种多孔径的炭化物，有极丰富的孔隙构造，具有良好的吸附特性，它的吸附作用藉物理及化学的吸咐力而成的，其外观色泽呈黑色。其成份除了主要成分碳以外，还包含了少量的氢、氮、氧，其结构外形类似一个不规则的六边形，由于不规则的六边形结构，也确定了其多体积及高表面积的特点，每克的活性炭所具的有比表面相当于1000个平方米之多。
2.国外活性炭综合利用现状活性炭是以煤、木材和果壳等含碳材料为原料制备的炭质吸附材料，其广泛用于气体吸附、分离净化及液体净化、溶质富集等。目前工业应用的活性炭有颗粒活性炭、粉状活性炭、成型活性炭和活性炭炭纤维等，活性炭主要应用在水处理、化工制药采矿、气体净化、食品加工、糖脱色、气体溶剂回收等领域。工业发达国家近几年活性炭的应用表明环保问题是推动活性炭生产发展及消费量增加的主要推动力，而且在今年几年内环保问题仍然是活性炭生产发展及消费量增加的主要推动力。据统计美国在1994年至1998年期间活性炭消费增长率约315％，颗粒活性炭消费增长率为317％，粉状活性炭消费增长率为313％。美国活性炭主要应用领域为水处理，其中粉状活性炭用量约占50％，其余为颗粒活性炭；在气相领域主要采用颗粒活性炭。近几年美国从中国和东南亚进口的廉价活性炭数量增加；国外权威机构预测美国今后几年活性炭的消费年增长率为4％-4.5％。
西欧活性炭的消费增长速度在1994-1998年间低于美国为0.7％，西欧主要活性炭应用领域有食品工业、化工/制药工业、水处理、气体处理。面对从中国进口廉价活性炭数量的增加，1995年欧共体对中国出口活性炭实行了反倾销；国外权威机构预测今后几年内西欧活性炭需求增长率为2％。欧洲严格的环保法规和传统工业是欧洲活性炭需求增长的推动力。但在欧洲粉状活性炭需求量将下降，颗粒活性炭的需求量将增加。从1994-1998年日本活性炭年需求增长率为1.9％，日本主要活性炭应用领域为水处理、气体吸附、化学工业、溶剂回收。在这个时期由于水处理和气相吸附用活性炭的增加，使粒状活性炭需求量增加，而粉状活性炭需求量下降，在2003年以后，活性炭的总需求量仍在增加，其中水处理用活性炭需求量增加最快。
3国内活性炭综合利用现状我国活性炭工业生产起步于50年代，按生产原料划分有煤基活性炭、木质活性炭、果壳活性炭等。我国产量最大的煤基活性炭产品主要采用物理活化法生产，活化装置则主要采用我国50年代从苏联引进的斯列普炉，经过多次改进，炉体性能有了很大提高。我国煤基活性炭生产技术发展主要经历了单种煤生产活性炭、配煤生产活性炭及催化活化生产活性炭三个阶段。单种煤生产活性炭是我国最早采用的一种生产工艺，至今许多工厂仍在采用，但受原料煤性质的限制，活性炭产品性能很难大幅度提高。为了弥补单种煤生产活性炭产品性能的缺陷，人们研究把性质不同的煤，按一定比例配合生产活性炭，采用这种生产工艺可以在一定范围内改善、提高活性炭产品性能，我国许多活性炭厂已采用这种新工艺生产活性炭产品。为了生产某些具有特殊吸附性能的优质活性炭产品，在活性炭炭化、活化生产过程中加入催化剂，催化炭与水蒸气的活化反应，改变活化成孔机理，提高活性炭产品吸附性能，这种活性炭生产方法被称为催化活化法。在活性炭生产用原料煤处理方面，我国正在研究开发煤的深度脱灰技术、新型成型技术。煤经过特殊洗选处理灰分可降到2％左右，以这种低灰煤为原料，可生产出性能优异的活性炭产品；采用新型成型技术可生产多种性能优异的活性炭新产品。虽然近十几年来我国活性炭工业有了很大发展，但和工业发达国家相比，在活性炭产品质量、品种方面仍存在许多问题，缺少低灰、高强度、高吸附性能、具有特殊用途的活性炭产品，因此，我国活性炭产品在国际市场上缺乏竞争力，售价低。我国活性炭行业急需提高活性炭产品性能和质量，以增强我国活性炭产品在国际市场上的竞争力。根据现有资料表明，国内外将活性炭应用于农业领域的报道还不多见。
发明内容
本发明目的在于提供一种以活性炭制备土壤扩蓄增容剂及其生产方法，该方法的生产原料采用活性炭、作物秸秆，能够生产出有利生态农业的新型扩蓄增容剂产品，这些产品可广泛应用于生态农业节水工程中，有利于充分利用天然降水，保水保肥，增产增收。
为实现上述目的，本发明采取如下技术方案一种活性炭制备的土壤扩蓄增容剂，其特征在于，制得的该土壤扩蓄增容剂由以下原料及其重量百分比组成活性炭5％～10％、粘土25％～35％、磷酸二氢钾10％～20％、磷酸二铵15％～20％、油菜渣10％～15％、尿素1％～3％，高分子节水膜1％～2％、农作物混合秸秆10％～18％，上述原料的百分比之和为100％。
上述土壤扩蓄增容剂的制备方法，其特征在于，该方法选用活性炭和粘土为主要原料，并加入辅料磷酸二氢钾、磷酸二铵、油菜渣、秸秆、尿素、高分子节水膜，具体包括下列步骤
首先将活性炭研磨至1mm以下，过20目筛，得到活性炭粉末；将辅料粘土磷酸二氢钾，磷酸二铵，油菜渣，农作物混合秸秆风干，分别粉碎并研磨至1mm以下，过20目筛备用；将粉碎后的上述原料按照活性炭5％～10％、粘土25％～35％、磷酸二氢钾10％～20％、磷酸二铵15％～20％、油菜渣10％～15％、尿素1％～3％，高分子节水膜1％～2％、作物混合秸秆10％～18％混合，搅拌均匀，经制粒、包装即得。
采用本发明制备的土壤扩蓄增容剂可提高水分利用率10％以上，更能增产增收。经实验研究证明，本发明制备的扩蓄增容剂，施用于棉花等作物，离地表面20cm-30cm的土壤层含水量增高2个百分点，每公顷节水900m3～1000m3，可增产12％以上，农民节约投资2250元/hm2～3000元/hm2。日产100吨的企业，年可生产30000余吨扩蓄增容剂产品，产值3000余万元，节约天然雨水1800万m3～3000万m3。可安排农村剩余劳动力300-500人，农民增收300-500万元，每年产品可施用土地面积200万公顷，增产增收7500万元。因此具有良好的社会效益，环境效益和生态效益。
图1是本发明的制备方法工艺流程图；图2是基础材料吸水效果图；图3是基础材料保水效果图；图4是扩蓄增容剂对苗干重的影响图。
以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施例方式
本发明所述的土壤扩蓄增容剂是指能有效改善土壤团粒结构、增加土壤有效孔隙的扩蓄增容，抑制土壤表面无效蒸发、有效改善土壤持水保水能力的复合材料。
以下是发明人给出的实施例，需要说明的是这些实施例均为本发明较优的实例，本发明并不限于这些实施例，本领域的技术人员按照本发明公开的方案，对其中的技术特征所作的等效替换、添加，均属于本发明的保护范围。
实施例1本实施例的土壤扩蓄增容剂，由以下原料及其重量百分比组成活性炭粉末10％、粘土30％、磷酸二氢钾10％、磷酸二铵20％、油菜渣10％、尿素1％，高分子节水膜1％、作物混合秸秆18％。
制作上述环保土壤扩蓄增容剂方法，具体包括下列步骤(1)原料活性炭研磨至1mm(20目)以下，研磨后过筛备用。
(2)再将粘土辅料磷酸二氢钾，磷酸二铵，油菜渣，混合作物秸秆等风干，粉碎，研磨，过1毫米(20目)筛备用。
(3)将粉碎后的上述原料按照活性炭10％、粘土30％、磷酸二氢钾10％、磷酸二铵20％、油菜渣10％、尿素1％，高分子节水膜1％、作物混合秸秆18％混合，搅拌均匀。
经常规的制粒机制粒(采用山东青山市制粒机)、包装(25公斤/袋)即可得到土壤扩蓄增容剂。
实施例2本实施例与实施例1所不同的是原料的成分有所不同，其制备方法与实施例1相同。
原料及其重量百分比组成为活性炭10％、粘土25％、磷酸二氢钾15％、磷酸二铵15％、油菜渣15％、尿素2％，高分子节水膜1.5％、作物混合秸秆16.5％。
实施例3本实施例与实施例1所不同的是原料的成分有所不同，其制备方法与实施例1相同。
原料及其重量百分比组成为活性炭10％、粘土35％、磷酸二氢钾18％、磷酸二铵15％、油菜渣10％、尿素1％，高分子节水膜1％、作物混合秸秆10％。
实施例4本实施例与实施例1所不同的是原料的成分有所不同，其制备方法与实施例1相同。
原料及其重量百分比组成为活性炭8％、粘土25％、磷酸二氢钾16％、磷酸二铵15％、油菜渣15％、尿素3％，高分子节水膜2％、作物混合秸秆16％。
实施例5本实施例与实施例1所不同的是原料的成分有所不同，其制备方法与实施例1相同。
原料及其重量百分比组成为活性炭10％、粘土30％、磷酸二氢钾15％、磷酸二铵15％、油菜渣12％、尿素3％，高分子节水膜1％、作物混合秸秆14％。
实施例6本实施例与实施例1所不同的是原料的成分有所不同，其制备方法与实施例1相同。
原料及其重量百分比组成为活性炭5％、粘土30％、磷酸二氢钾15％、磷酸二铵20％、油菜渣15％、尿素2％，高分子节水膜1％、作物混合秸秆12％。
上述实施例中的高脂膜是20年前由北京农业大学韩金声教授研究成功，在果树等作物上应用有一定效果。高脂膜是一种油性物质，实验证明加入适量的高脂膜对保水保墒有一定的促进作用。
采用本发明的土壤扩蓄增容剂，每公顷用量为750kg-1500kg。实验表明，棉花等作物可增产12％以上，提高水分利用效率10％以上，在干旱半干旱地区，能充分利用天然降雨，保水保肥提高土壤肥力，有利于生态保护。
本发明采取室内与大田试验相结合的方法，对制备的土壤扩蓄增容剂进行了验证，实验采取基础材料粉碎、研磨后装营养钵、置于瓷盘内自行吸水、失水的方法。土壤为对照，重复四次，连续实验2-3次，然后计算其吸水性、吸水速率、保水性以及失水特性。优先选择吸水、保水、失水效果好的基楚材料为扩蓄增容剂主要原料，辅料选择有利扩蓄增容无机有机肥料和化合物，进一步粉碎、研磨，搅拌均匀后再行营养钵自行吸水、保水、失水实验，土壤为对照，重复4次，连续实验2-3次，然后计算吸水性、吸水速率、保水性以及失水特性。优先选择吸水、保水、失水效果良好的扩蓄增容剂配方，进行土壤不同水平模拟实验，按材料特性和产品成本进行不同作物苗期鲜、干重鉴定，进一步测试扩蓄增容剂新产品对作物苗期鲜、干重的影响，从中筛选最佳的配方及施用量。在此基楚上，再行大田试验示范。经多年多点试验示范，选择效果最好的配方，加工，生产，检验，在大田推广。
保水、失水实验实施例土壤扩蓄增容剂的基础材料的选择最重要，所有合成剂所使用的原料及辅料均有吸水、保水、失水等功能。据此，发明人设计了不同质地基础材料的吸水、保水、失水实验，实验结果见表1、表2、图1、图2。
表2基础材料失水效果表(克)
由表1表2、图2、图3可知小麦和玉米秸秆吸水性最强，为本身重量的20倍以上；活性炭吸水量相当于土壤的3倍；经六天(温度50℃、湿度30％)失水后，含水量比对照高6倍，因此，具有一定保水性；且是磷酸二铵、磷酸二氢钾的良好载体；油菜渣吸水性明显高于土壤(对照)。因此，以上基础材料是合成土壤扩蓄增容剂的优质材料。
土壤扩蓄增容剂的实验研究结果利用基础材料合成土壤扩蓄增容剂后，经实验研究，对作物(棉花等)苗期鲜、干重具有良好的促进作用，详见表3、图4。
表3土壤扩蓄增容剂不同水平对棉苗干重的影响
由表3、图3可知，利用活性炭生产从土壤扩蓄增容剂，在棉花苗期实验结果显示，吸水保水性比土壤(对照)高2-6倍，说明土壤扩蓄增容剂不仅节水保墒，而且能提高土壤肥力，促进棉苗生长，增加干物质积累，因此，利用活性炭生产土壤扩蓄增容剂，无疑是节水农业，生态农业的一项创新技术。
本发明带来的技术效果是(1)环境效益利用活性炭、粘土、作物秸秆、油菜渣和与磷酸二氢钾、磷酸二铵等辅料混合后生产土壤扩蓄增容剂，大大减少蚊蝇等的滋生机会，降低病原菌存活时间，切断了病原菌传播到人类的途径，避免了城市污水污泥二次污染和城市垃圾的潜在威胁。
(2)社会效益把活性炭应用于农业领域，生产农用有机复合肥，为农业部门提供了优质、价廉、高效的生态肥料，也使作物增产增收，同时也为城市、乡村增加了新的就业机会。
(3)经济效益若按年产3000万吨的生产能力进行经济核算，按照本发明的方法生产出的土壤扩蓄增容剂成本价为800～850元/吨，而市售高效三元复合肥市场售价一般为1100～1200元/吨，每年可增加3000万元产值。因此本发明的有土壤扩蓄增容剂有较好的经济效益，市场应用前景广泛。
权利要求
1.一种活性炭制备的土壤扩蓄增容剂，其特征在于，制得的该土壤扩蓄增容剂由以下原料及其重量百分比组成活性炭5％～10％、粘土25％～35％、磷酸二氢钾10％～20％、磷酸二铵15％～20％、油菜渣10％～15％、尿素1％～3％，高分子节水膜1％～2％、作物混合秸秆10％～18％，上述原料的百分比之和为100％。
2.权利要求1所述的活性炭制备的土壤扩蓄增容剂的生产方法，其特征在于，该方法选用活性炭和粘土为主要原料，并加入磷酸二氢钾、磷酸二铵、油菜渣、秸秆、尿素、高分子节水膜和作物混合秸秆，具体包括下列步骤首先将活性炭去杂，分级，经粉碎后研磨至1mm以下，过20目筛，得到活性炭粉末，在与定量粘土混合；将辅料磷酸二氢钾，磷酸二铵，油菜渣，作物混合秸秆风干，分别粉碎并研磨至1mm以下，过20目筛备用；将粉碎后的上述原料粉末按照活性炭5-10％、粘土25％～35％、磷酸二氢钾10％～20％、磷酸二铵15％～20％、油菜渣10％～15％、尿素1％～3％，高分子节水膜1％～2％、作物混合秸秆10％～18％混合，搅拌均匀，经制粒、包装即得。
全文摘要
本发明公开了一种活性炭制备的土壤扩蓄增容剂，制得的该土壤扩蓄增容剂由以下原料及其重量百分比组成活性炭5％～10％、粘土30％～40％、磷酸二氢钾10％～20％、磷酸二铵15％～20％、油菜渣10％～15％、尿素1％～3％，高分子节水膜1％～2％、作物混合秸秆10％～18％。其制备方法先将活性炭去杂后研磨至1mm以下，过20目筛，与粘土混合，将辅料磷酸二氢钾，磷酸二铵，油菜渣，作物混合秸秆风干，分别粉碎并研磨至1mm以下，过20目筛，然后混合，搅拌均匀，经制粒、包装即得。每公顷施用750kg－1500kg。棉花等作物可增产10％以上，提高水分利用效率10％以上，在干旱半干旱地区，能充分利用天然降雨，保水保肥提高土壤肥力，有利于生态保护。
文档编号C09K101/00GK101045864SQ200710017799
公开日2007年10月3日 申请日期2007年4月30日 优先权日2007年4月30日
发明者吴普特, 冯浩, 杜健, 赵西宁, 杜璇, 张燕, 许晓平, 李卓, 洪小强, 张月丽, 胡森, 李瑛 申请人:西北农林科技大学