专利名称:一种生物质碳肥料的制备及使用方法
一种生物质碳肥料的制备及使用方法技术领域：
[0001]本发明涉及一种生物质碳肥料的制备及使用方法，它与一种用于农业土壤改良的生物质碳肥料的制备及使用有关，属于化肥制造技术领域：
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背景技术：
[0002]秸秆通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗和其他农作物在收获籽实后剩余的部分。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中，秸秆富含有机质和氮、磷、 钾、钙、镁、硫等多种养分，是一种具有多种用途的可再生生物资源。我国作为一个农业大国，秸秆资源十分丰富。每年农作物秸秆资源量约占我国生物质能资源量的近一半。农村传统处理秸秆方法使相当部分的秸秆资源没有得到合理开发利用。传统上，我国农村处理农作物秸秆方法有以秸秆代替煤、秸秆还田、秸秆饲料和就地焚烧等几种形式。秸秆代替煤， 就是直接燃烧农作物秸秆以利用其能源。这是一种落后的能源利用方式，其社会效益、生态效益和经济效益都很差。秸秆还田，是将农作物收获后的残余物堆积怄制成有机肥料，以增加土壤肥力和有机质并改善土壤结构，但有些秸秆不易腐烂，影响播种质量。秸秆饲料，农作物秸秆在自然条件下是一种劣质饲料。有些秸秆质地粗硬，适口性差，因此采食率极低。 就地焚烧，即将农作物秸秆就地焚烧以加快收种和清除残余物的速度。虽然无机营养物质如钾、磷及微营养物将返回土壤中，但会破坏秸秆的所有有机物及营养物。长此以往，不但会造成土壤肥力下降，而且更重要的危害是增加温室气体排放，造成大气污染。[0003]目前，秸秆再利用在各方面得到了推广和应用，其中利用秸秆制备生物质碳越来越受到关注，相关生物质碳化装置也相继被发明和并得到改进。申请号为200310121163. 7 名称为一种秸秆碳化装置，公开号为CN1632059的发明专利，公开了一种用于农业大田废弃物处理的秸秆碳化装置，包括皮带输送机，送风机，过滤烟道，水泵，水箱，送风机，烟道， 布袋式除尘器，引风机，旋风式除尘器，烟囱等，使用该装置可将秸秆碳及灰分作为有机肥直接施于农田，增加土壤中的有机质，发挥碳的结构特点，较好的保持土壤中的水分和肥料，利于农作物生长并避免了由于焚烧秸秆产生的烟、灰等排放物带来的环境污染和火灾隐患。申请号为200810180011. 7名称为秸秆碳化、分离工艺及其所用的分离设备，公开号为CN101735836A的发明专利，公开一种秸秆碳化、分离工艺及其分离设备，实现秸秆的碳化并且在碳化过程中提炼出多种有用物质，如木焦油、木醋酸和混合的可燃气体等。[0004]生物质碳应用广泛，可作为吸附剂用于废水处理，作为土壤改良剂改良土壤结构和性能，提高土壤肥力等，其制备工艺和应用已有相关的发明专利。例如，申请号为 200710156435. 5名称为一种生物碳质吸附剂的制备和使用方法，公开号为CN101234331A 的发明专利，本发明公开了一种生物碳质吸附剂的制备和使用方法。制备方法将废弃的生物质，风干后粉碎过筛，将粉末生物质置于反应器中进行碳化，制得生物碳质吸附剂。可用来吸附有机废水；活化后的生物碳质吸附剂重复用于有机废水处理。申请号为200910100973. 1名称为一种磁性生物碳吸附材料的制备方法及其用途，公开号为 CN101642699的发明专利，公开了一种磁性生物碳吸附材料的制备方法及其用途。碳化前经铁盐处理，得到磁性生物碳吸附材料，制得的磁性吸附剂由生物炭包裹或镶嵌磁性纳米!^e3O4颗粒构成，结构特殊，存在稳定，能有效地去除废水中的有机污染物和磷酸盐，并易于磁分离。申请号为200810121195. X名称为一种生物质截留固定土壤持久有机污染物的方法，公开号为CN 101380639A的发明专利，公开了一种生物质截留固定土壤持久性有机污染物的方法。在一定条件下，碳化、过筛制得生物质碳；将制得的生物碳质投加于持久性有机物污染土壤中，并对表层土壤进行翻耕；经老化后，生物碳质强烈吸附持久性有机物从而大大降低其生物有效性，可在有机物污染土壤中生产安全农产品。申请号为 201110005629. 1名称为一种用南荻类植物制备生物碳捕捉和贮存大气中碳的方法，公开号为CN10218U98A的发明专利，所述的制备方法包括南荻类植物的栽培、收割、预处理和生物碳生产，可用来进行土壤改良或作为战略储备能源。申请号为201010148039. X名称为生物碳土壤改良剂及其制备方法，公开号为CN101818067A的发明专利，公开了一种生物碳土壤改良剂及其制备方法，将生物碳，浮石，膨润土不同比例混合，后加入水搅拌挤压造粒，然后分量包装。具有改良土壤理化性质，提高土壤有机质含量和肥料利用率，减少二氧化碳释放量的作用。申请号为201010137813. 7名称为一种高生物碳控释肥料及其制备方法，公开号为CN101805224A的发明专利，公开了一种高生物碳控释肥料及其制备方法，控释肥料主要由高生物碳控释剂和肥料组成，其中高生物碳控释剂包括聚合物、生物碳、吸附剂和催化剂。将控释剂用于肥料生产的配方及制作工艺，生物碳进一步和聚合微矩阵结合的方法，通过含高生物碳聚合微矩阵制备的控释肥料具有植物生长需要养分的多种控释机理并能增加生物物质的碳循环，改善土壤，减少农田温室气体，如CH4、队0等的排放，是一种结合土壤储碳，减排控释的高效肥料。有相关文献报道，磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钾等作为农用化肥可用在碳纤维制备预氧化阶段的催化剂，可以提高原料的热分解的产率，提高产品质量。因此，可将其作为改性剂，用于以作物秸秆为原料制备生物质碳的生产过程中。 将所得生物质碳施于农田土壤，一方面可以改良土壤，另一方面可作为肥料。
发明内容
[0005]本发明的目的是利用玉米秸秆为原料，提供一种生物质碳肥料的制备及使用方法，它是一种生产工艺简单、碳化得率高的生物质碳肥料的制备及使用方法。[0006]本发明是通过以下技术方案实现它包括玉米秸秆的前处理、低温热处理和碳化等几个工艺过程。[0007]1、本发明一种生物质碳肥料的制备方法，该方法具体步骤如下[0008]步骤一将生物质——玉米秆和玉米芯，分别风干、粉碎；[0009]步骤二 将步骤一得到的粉碎的玉米秆和玉米芯，分别按照质量比为(0 10) (10 0)，两者质量比合计为10的配比混合，在浓度为1 10%的改性剂溶液中浸泡处理8 24h后，用电热恒温鼓风干燥箱在温度为80 100°C的条件下进行烘干处理；[0010]步骤三将步骤二处理过的玉米秆和玉米芯，在温度为245°C的条件下在箱式电阻炉中预氧化0. 5 2h，再于温度为250 650°C以及缺氧或无氧条件下再进行碳化处理 0. 5 4h，研磨，过10 100目筛。这样，就制得我们所需的生物质碳肥料；[0011]其中，其中，步骤一中所述的风干是自然风干，粉碎是采用高速万能粉碎机实施；[0012]其中，步骤二中所述的改性剂是指磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钾；[0013]其中，步骤三中所述的最佳碳化温度为350 550°C ；[0014]其中，步骤三中所述的生物质原料的最佳粒度为60 100目。[0015]2、本发明一种生物质碳肥料的使用方法，该方法具体步骤如下[0016]步骤一将制得的生物质碳肥料按照100 1000千克/公顷施于农田土壤中；[0017]步骤二 对已施肥的农田土壤中表层0 30cm 土壤进行翻耕，使生物质碳肥料与土壤混合均勻。[0018]步骤三在施用生物质碳肥料的土壤中种植各种作物，就可以得到质量较高的农作物产品。[0019]其中，步骤一中所述的生物质碳肥料最佳施用量为300 800千克/公顷；[0020]其中，步骤一中所述的农田土壤是指酸性土壤、有机质缺乏的土壤、缺乏氮、磷、钾元素的土壤等；[0021]其中，步骤二中所述的农田土壤翻耕最佳表层为0 20cm。[0022]3、优点及功效本发明用于制备生物质碳肥料的原料主要为玉米秸秆，资源丰富、 简单易得；浸泡原料所用的磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钾等既是提高生物质碳产量和质量的改性剂，同时又是农用复合化肥，可为作物生长提供营养元素，其成本低廉、不会对农田土壤造成二次污染；生物质碳肥料制备工艺简单，在制备工艺过程中利用磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钾等对原料进行改性，与将秸秆直接焚烧或未经处理的生物质原料热解所得产物相比，其得率较高，因此可降低生物质原料的损失，减少二氧化碳等气体的排放。生物质碳肥料含有大量碳元素和作物生长所需的氮、磷、钾以及其他一些硫、镁、钙等营养元素，可作为肥料施于土壤，长期施用可增加农田土壤有机质含量，提高农作物产量和质量。
[0023]图1是生物质碳化肥的制备方法流程图具体实施方式
[0024]实施例1[0025]1、本发明一种生物质碳肥料的制备方法，该方法具体步骤如下[0026]步骤一将生物质——玉米秆和玉米芯，自然风干后，分别在天津泰斯特仪器有限公司生产的FW8型高速万能粉碎机实施粉碎；[0027]步骤二 将步骤一得到的粉碎的玉米秆和玉米芯，分别按照质量比为8 2，两者质量比合计为10的配比混合，在浓度为5%的磷酸二氢铵溶液中浸泡处理他后，然后放入上海精宏实验设备有限公司生产的DHG-9148A型电热恒温鼓风干燥箱80°C烘干处理；[0028]步骤三将步骤二处理过的玉米秆和玉米芯，再投加于天津中环实验电炉有限公司生产的SX2-4-10型箱式电阻炉中245°C预氧化lh，然后再于350°C和限氧的条件下碳化池，产率约为60%，经研磨、过筛60目，制得生物质碳肥料。其中，过筛是采用浙江上虞市公路仪器厂生产的标准检验筛。[0029]2、本发明一种生物质碳肥料的使用方法，该方法具体步骤如下[0030]步骤一将制得的生物质碳肥料按照400千克/公顷施于农田土壤中；[0031]步骤二 对已施肥的农田土壤中表层0 IOcm 土壤进行翻耕，使生物质碳肥料与土壤混合均勻。[0032]步骤三在施用生物质碳肥料的土壤中种植各种作物，就可以得到质量较高的农作物产品。[0033]实施例2[0034]1、本发明一种生物质碳肥料的制备方法，该方法具体步骤如下[0035]步骤一将生物质——玉米秆和玉米芯，自然风干后，分别在天津泰斯特仪器有限公司生产的FW8型高速万能粉碎机实施粉碎；[0036]步骤二 将步骤一得到的粉碎的玉米秆和玉米芯，分别按照质量比为3 7，两者质量比合计为10的配比混合，在浓度为5%的磷酸氢二铵溶液中浸泡处理他后，然后放入上海精宏实验设备有限公司生产的DHG-9148A型电热恒温鼓风干燥箱80°C烘干处理；[0037]步骤三将步骤二处理过的玉米秆和玉米芯，再投加于天津中环实验电炉有限公司生产的SX2-4-10型箱式电阻炉中245°C预氧化lh，然后再于350°C和限氧的条件下碳化 2h,产率约为60%，经研磨、过筛60目，制得生物质碳肥料。其中，过筛是采用浙江上虞市公路仪器厂生产的标准检验筛。[0038]2、本发明一种生物质碳肥料的使用方法，该方法具体步骤如下[0039]步骤一将制得的生物质碳肥料按照500千克/公顷施于农田土壤中；[0040]步骤二 对已施肥的农田土壤中表层0 15cm 土壤进行翻耕，使生物质碳肥料与土壤混合均勻。[0041]步骤三在施用生物质碳肥料的土壤中种植各种作物，就可以得到质量较高的农作物产品。[0042]实施例3[0043]1、本发明一种生物质碳肥料的制备方法，该方法具体步骤如下[0044]步骤一将生物质——玉米秆和玉米芯，自然风干后，分别在天津泰斯特仪器有限公司生产的FW8型高速万能粉碎机实施粉碎；[0045]步骤二 将步骤一得到的粉碎的玉米秆和玉米芯，分别按照质量比为5 5，两者质量比合计为10的配比混合，在浓度为5%的磷酸二氢钾溶液中浸泡处理他后，然后放入上海精宏实验设备有限公司生产的DHG-9148A型电热恒温鼓风干燥箱80°C烘干处理；[0046]步骤三将步骤二处理过的玉米秆和玉米芯，再投加于天津中环实验电炉有限公司生产的SX2-4-10型箱式电阻炉中245°C预氧化lh，然后再于350°C和限氧的条件下碳化池，产率约为60%，经研磨、过筛60目，制得生物质碳肥料。其中，过筛是采用浙江上虞市公路仪器厂生产的标准检验筛。[0047]2、本发明一种生物质碳肥料的使用方法，该方法具体步骤如下[0048]步骤一将制得的生物质碳肥料按照600千克/公顷施于农田土壤中；[0049]步骤二 对已施肥的农田土壤中表层0 20cm 土壤进行翻耕，使生物质碳肥料与土壤混合均勻。[0050]步骤三在施用生物质碳肥料的土壤中种植各种作物，就可以得到质量较高的农作物产品。
权利要求
1.一种生物质碳肥料的制备方法，其特征在于该方法具体步骤如下 步骤一将生物质一玉米秆和玉米芯，分别风干、粉碎；步骤二 将步骤一得到的粉碎的玉米秆和玉米芯，分别按照质量比为(0 10) (10 0)，两者质量比合计为10的配比混合，在浓度为1 10%的改性剂溶液中浸泡处理8 24h后，用电热恒温鼓风干燥箱在温度为80 100°C的条件下进行烘干处理； 步骤三将步骤二处理过的玉米秆和玉米芯，在温度为245 °C的条件下在箱式电阻炉中预氧化0. 5 池，再于温度为250 650°C以及缺氧或无氧条件下再进行碳化处理0. 5 4h，研磨，过10 100目筛；这样，就制得我们所需的生物质碳肥料。
2.一种生物质碳肥料的使用方法，其特征在于该方法具体步骤如下 步骤一将制得的生物质碳肥料按照100 1000千克/公顷施于农田土壤中； 步骤二 对已施肥的农田土壤中表层0 30cm 土壤进行翻耕，使生物质碳肥料与土壤混合均勻；步骤三在施用生物质碳肥料的土壤中种植各种作物，就可以得到质量较高的农作物产品 ο
3.根据权利要求
1所述的一种生物质碳肥料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的风干是自然风干，粉碎是采用高速万能粉碎机实施。
4.根据权利要求
1所述的一种生物质碳肥料的制备方法，其特征在于步骤二中所述的改性剂是指磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钾。
5.根据权利要求
1所述的一种生物质碳肥料的制备方法，其特征在于步骤三中所述的最佳碳化温度为350 550°C。
6.根据权利要求
1所述的一种生物质碳肥料的制备方法，其特征在于步骤三中所述的生物质原料的最佳粒度为60 100目。
7.根据权利要求
2所述的一种生物质碳肥料的使用方法，其特征在于步骤一中所述的生物质碳肥料最佳施用量为300 800千克/公顷。
8.根据权利要求
2所述的一种生物质碳肥料的使用方法，其特征在于步骤一中所述的农田土壤是指酸性土壤、有机质缺乏的土壤、缺乏氮、磷、钾元素的土壤。
9.根据权利要求
2所述的一种生物质碳肥料的使用方法，其特征在于步骤二中所述的农田土壤翻耕最佳表层为0 20cm。
专利摘要
一种生物质碳肥料的制备方法，有三步一、将生物质原料风干、粉碎；二、将步骤一得到的生物质原料，放在浓度为1～10％的改性剂溶液中浸泡处理8～24h后，在温度为80～100℃的条件下于进行烘干处理；三、将步骤二处理过的生物质原料在温度为245℃的条件下在箱式炉中预氧化0.5～2h，再于温度为250～650℃以及缺氧或无氧条件下再进行碳化处理0.5～4h，研磨，过10～100目筛，就制得生物质碳肥料。一种生物质碳肥料的使用方法，有三步一、将制得的生物质碳肥料按照100～1000千克/公顷施于农田土壤中；二、对已施肥的农田土壤中表层0～30cm土壤进行翻耕，使生物质碳肥料与土壤混合均匀；三、在施用生物质碳肥料的土壤中种植农作物，就可以得到质量较高的农作物产品。
文档编号A01G1/00GKCN102515914SQ201110385347
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月28日
发明者单玉书, 来雪慧, 林春野, 欧阳威, 赵旭晨, 郝芳华, 陈思杨 申请人:北京师范大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan