一種抑制氮肥淋失的牛糞生物炭制備方法
【專利摘要】一種抑制氮肥淋失的牛糞生物炭制備方法，涉及一種生物炭制備方法，所述方法包括以下制備過程：牛糞的前處理：牛糞的收集、干燥，使得牛糞的含水率降低在10-20%；生物炭的制備：預(yù)熱：讓牛糞的含水率在5-8%左右；生物炭的裂解：在缺氧的條件下熱解時間2-3h；最后關(guān)閉馬弗爐電源控制開關(guān)，關(guān)閉馬弗爐門情況下冷卻至80℃以下，將坩堝類器皿從馬弗爐中拿出放入干燥器內(nèi)冷卻備用；生物炭的粉碎：將上述裂解制備的牛糞生物炭放入粉碎機中破碎，過篩，取20-40目的牛糞生物炭即可。本發(fā)明牛糞生物炭土壤改良劑的應(yīng)用方法，以此拓展牛糞資源化利用途徑，提高氮肥利用效率，減少氮肥淋失對環(huán)境污染。
【專利說明】一種抑制氮肥淋失的牛糞生物炭制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物炭制備方法，特別是涉及一種抑制氮肥淋失的牛糞生物炭制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前有關(guān)牛糞生物質(zhì)資源利用的主要研究和應(yīng)用方向是:利用牛糞生產(chǎn)有機肥、生產(chǎn)食用菌、牛糞摻牛尿制造沼氣等。但這些牛糞資源化利用途徑也有不足之處，一是對產(chǎn)生的牛糞量利用率有限、二是牛糞利用過程中產(chǎn)生的二次污染問題。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，目前僅有10%左右的牛糞被處理用作于農(nóng)業(yè)肥料等方面使用，其余90%左右的牛糞處于堆積存放狀態(tài)，堆積存放的牛糞不但給土壤、水、大氣、人類健康帶來了新的復(fù)合污染源，同時也增加了養(yǎng)殖戶牛糞排污成本。因此擴展牛糞生物質(zhì)再生資源化利用途徑很有必要。
[0003]目前我國氮肥的使用量已居世界首位，但由于氮肥本身的易揮發(fā)、易淋洗的特性，再加上我國對氮肥的不合理使用，使我國氮肥的利用率遠低于世界上其它發(fā)達國家[5]。這不僅給我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面造成了巨大的經(jīng)濟損失，而且?guī)砹藝乐氐沫h(huán)境污染。因此提高氮肥利用率，減少土壤氮素損失對我國社會和經(jīng)濟發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。
[0004]因為淋洗作用是土壤氮肥最嚴重的損失途徑之一，因此在提高氮肥利用率，減少土壤氮素損失研究中，抑制土壤氮肥淋失的研究成為了目前的熱點研究之一。在抑制土壤氮肥淋失研究中，生物炭作為一類新型功能材料，以具有能抑制土壤氮肥淋失，且沒有二次污染，成本較低，同時具有改良土壤等優(yōu)點，近幾年備受關(guān)注。
[0005]國內(nèi)外科學家對生物炭在農(nóng)業(yè)、環(huán)境等領(lǐng)域相關(guān)理論研究工作中已經(jīng)取得了一些重要進展。尤其是英國、美國等科研機構(gòu)和組織已開始深入、系統(tǒng)地進行了生物炭在土壤改良、吸附污染物這些方面的科學研究。
[0006]研究表明，生物炭具有高度的穩(wěn)定性，較大的比表面積和微孔結(jié)構(gòu)，表面官能團豐富。研究發(fā)現(xiàn)生物炭輸入到土壤中，不僅可以改良土壤理化性質(zhì)，如提高土壤PH值、增加土壤持水量、吸附N、P等營養(yǎng)物質(zhì)。生物炭還可以吸附土壤中的NH4+-N，減少銨氮淋失，阻止土壤中硝態(tài)氮的生成和淋失。因此生物炭不僅被認為是一種良好的土壤改良劑，其還能抑制土壤中氮素的損失、起到保肥的作用。
[0007]目前對于應(yīng)用生物炭進行土壤改良以及抑制土壤氮素淋失的研究和發(fā)明，大多以植物為原料制備生物炭研究的比較多，對于以畜糞便為原料制備生物炭的研究和發(fā)明應(yīng)用到土壤改良中只有少量文獻涉及。如唐華以牛糞為原材料制備生物炭，研究該生物炭對沼液養(yǎng)分淋溶的影響。但對于以牛糞為原材料制備生物炭抑制土壤氮素淋失這方面的相關(guān)研究，通過文獻和專利的檢索沒有發(fā)現(xiàn)相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種抑制氮肥淋失的牛糞生物炭制備方法，該方法以牛糞為主要原料，經(jīng)熱裂解得到的能抑制土壤中氮素淋失的牛糞生物炭，以此拓展牛糞資源化利用途徑，提高氮肥利用效率，減少氮肥淋失對環(huán)境污染。
[0009]本發(fā)明另一目的在于提供一種牛糞生物炭土壤改良劑的應(yīng)用方法。
[0010]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種抑制氮肥淋失的牛糞生物炭制備方法，所述方法包括以下制備過程:1)牛糞的前處理:
(O牛糞的收集:將新鮮牛糞清理出其中的石塊等雜物。使得其中的雜物量小于5% ；(2)牛糞的干燥:將收集起來的牛糞加入1-2%的生石灰充分混合，讓牛糞不會厭氧發(fā)酵；牛糞平鋪在干凈的硬質(zhì)的平面上，厚度在10-15cm，在自然通風的條件下自然風干6-12天；使得牛糞的含水率降低在10-20% ；
2)生物炭的制備:
(O預(yù)熱:將上述干燥處理后的牛糞平鋪于托盤中，厚度在3-5cm;放入烘箱中于95-105°C烘干3-5h，讓牛糞的含水率在5-8%左右；
(2)生物炭的裂解:將上述預(yù)熱處理后的牛糞裝入坩堝類器皿后，放入馬弗爐中，然后關(guān)緊馬弗爐門；打開馬弗爐的電源控制開關(guān)，控制升溫速率為30°C — 50°C /lOmin，達到熱解溫度為300°C -500°C時，在缺氧的條件下熱解時間2-3h ;最后關(guān)閉馬弗爐電源控制開關(guān)，關(guān)閉馬弗爐門情況下 冷卻至80°C以下，將坩堝類器皿從馬弗爐中拿出放入干燥器內(nèi)冷卻備用；
(3)生物炭的粉碎:將上述裂解制備的牛糞生物炭放入粉碎機中破碎，過篩，取20-40目的牛糞生物炭即可。
[0011]一種抑制氮肥淋失的牛糞生物炭制備方法，其所述方法制備的牛糞生物炭按Ig牛糞生物炭:100g 土壤混合使用，淺層施加到土壤中進行施用即可。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點與效果是:
本發(fā)明以牛糞為原材料料制備生物炭并確定其制備使用方法，通過電子顯微鏡掃描(SEM)、質(zhì)譜(EDS)分析，對該條件下制備的牛糞生物炭與牛糞的結(jié)構(gòu)和元素組成進行了對t匕，證明牛糞生物炭熱裂解條件下發(fā)育出越來越多的孔洞結(jié)構(gòu)，空隙結(jié)構(gòu)增加，牛糞生物炭中K，Ca堿性物質(zhì)含量也增加了 231.2%和11.0%左右。對牛糞生物炭進行土壤柱模擬試驗，證明加入牛糞生物炭的土壤與不加入牛糞生物炭的土壤相比，硝態(tài)氮的阻止率增加了 40%左右、總氮的阻止率增加了 37%左右。這與文獻中報道的以植物為原料制備生物炭的性能和抑制土壤氮肥淋濕的效果相當。
[0013]因此牛糞生物炭應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，即解決了鮮牛糞利用的難題，能夠變廢為寶，擴展牛糞生物質(zhì)資源利用途徑，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益。又能改良土壤，提高氮肥的利用效率，減輕氮肥利用對環(huán)境污染問題，保護環(huán)境促進生態(tài)平衡。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明牛糞的SEM結(jié)構(gòu)掃描照片圖；
圖2為本發(fā)明牛糞生物炭的SEM結(jié)構(gòu)掃描照片圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。[0016]實施例一
1.牛糞的前處理:
1.1牛糞的收集
將新鮮牛糞清理出其中的石塊等雜物。使得其中的雜物量小于5%。
[0017]1.2.牛糞的干燥
將收集起來的牛糞加入1%的生石灰充分混合，讓牛糞不會厭氧發(fā)酵。牛糞平鋪在干凈的硬質(zhì)的水泥板面上，厚度在10cm，在自然通風的條件下自然風干6天。使得牛糞的含水率降低在20%以下。
[0018]2.生物炭的制備
2.1預(yù)熱
將上述干燥處理后的牛糞平鋪于托盤中，厚度在3cm。放入烘箱中于95°C烘干5h，讓牛糞的含水率在8%以下。
[0019]2.2生物炭的裂解
將上述預(yù)熱處理后的 牛糞裝入坩堝類器皿后，放入馬弗爐中，然后關(guān)緊馬弗爐門。打開馬弗爐的電源控制開關(guān)，控制升溫速率為30°C /lOmin，熱解溫度為300°C，在缺氧的條件下熱解時間3h。最后關(guān)閉馬弗爐電源控制開關(guān)，關(guān)閉馬弗爐門情況下冷卻至80°C以下，將坩堝類器皿從馬弗爐中拿出放入干燥器內(nèi)冷卻備用。
[0020]2.3生物炭的粉碎
將上述裂解制備的牛糞生物炭放入粉碎機中破碎，過篩，取20-40目的牛糞生物。
[0021 ] 本發(fā)明的牛糞生物炭即由上述方法制備得到。
[0022]將上述方法制備的牛糞生物炭按Ig牛糞生物炭:10g 土壤混合使用，淺層施加到土壤使用即可。
[0023]通過土壤柱模擬試驗驗證抑制土壤氮肥淋失的效果為:實驗測定的硝態(tài)氮的阻止率與空白相比增加了 41.10%，總氮的阻止率與空白相比增加了 38.37%。
[0024]實施例二
1.牛糞的前處理:
1.1牛糞的收集
將新鮮牛糞清理出其中的石塊等雜物。使得其中的雜物量小于5%。
[0025]1.2.牛糞的干燥
將收集起來的牛糞加入1.5%的生石灰充分混合，讓牛糞不會厭氧發(fā)酵。牛糞平鋪在干凈的硬質(zhì)的水泥板面上，厚度在12cm，在自然通風的條件下自然風干9天。使得牛糞的含水率降低在20%以下。
[0026]2.生物炭的制備
2.1預(yù)熱
將上述干燥處理后的牛糞平鋪于托盤中，厚度在4cm。放入烘箱中于100°C烘干4h，讓牛糞的含水率在8%以下。
[0027]2.2生物炭的裂解
將上述預(yù)熱處理后的牛糞裝入坩堝類器皿后，放入馬弗爐中，然后關(guān)緊馬弗爐門。打開馬弗爐的電源控制開關(guān)，控制升溫速率為40°C /lOmin，熱解溫度為400°C，在缺氧的條件下熱解時間2.5h。最后關(guān)閉馬弗爐電源控制開關(guān)，關(guān)閉馬弗爐門情況下冷卻至80°C以下，將坩堝類器皿從馬弗爐中拿出放入干燥器內(nèi)冷卻備用。
[0028]2.3生物炭的粉碎
將上述裂解制備的牛糞生物炭放入粉碎機中破碎，過篩，取20-40目的牛糞生物。
[0029]本發(fā)明的牛糞生物炭即由上述方法制備得到。
[0030]將上述方法制備的牛糞生物炭按Ig牛糞生物炭:10g 土壤混合使用，淺層施加到土壤中使用即可。
[0031]通過土壤柱模擬試驗驗證抑制土壤氮肥淋失的效果為:實驗測定的硝態(tài)氮的阻止率與空白相比增加了 39.40%，總氮的阻止率與空白相比增加了 36.18%。
[0032]實施例三
1.牛糞的前處理:
1.1牛糞的收集
將新鮮牛糞清理出其中的石塊等雜物。使得其中的雜物量小于5%。
[0033]1.2.牛糞的干燥 將收集起來的牛糞加入2%的生石灰充分混合，讓牛糞不會厭氧發(fā)酵。牛糞平鋪在干凈的硬質(zhì)的水泥板面上，厚度在15cm，在自然通風的條件下自然風干12天。使得牛糞的含水率降低在20%以下。
[0034]2.生物炭的制備
2.1預(yù)熱
將上述干燥處理后的牛糞平鋪于托盤中，厚度在5cm。放入烘箱中于105°C烘干3h，讓牛糞的含水率在8%以下。
[0035]2.2生物炭的裂解
將上述預(yù)熱處理后的牛糞裝入坩堝類器皿后，放入馬弗爐中，然后關(guān)緊馬弗爐門。打開馬弗爐的電源控制開關(guān)，控制升溫速率為50°C /lOmin，熱解溫度為500°C，在缺氧的條件下熱解時間2h。最后關(guān)閉馬弗爐電源控制開關(guān)，關(guān)閉馬弗爐門情況下冷卻至80°C以下，將坩堝類器皿從馬弗爐中拿出放入干燥器內(nèi)冷卻備用。
[0036]2.3生物炭的粉碎
將上述裂解制備的牛糞生物炭放入粉碎機中破碎，過篩，取20-40目的牛糞生物。
[0037]本發(fā)明的牛糞生物炭即由上述方法制備得到。
[0038]將上述方法制備的牛糞生物炭按Ig牛糞生物炭:10g 土壤混合使用，淺層施加到土壤中使用即可。
[0039]通過土壤柱模擬試驗驗證抑制土壤氮肥淋失的效果為:實驗測定的硝態(tài)氮的阻止率與空白相比增加了 38.89%，總氮的阻止率與空白相比增加了 35.36%。
[0040]通過土壤柱模擬試驗驗證抑制土壤氮肥淋失的效果為:實驗測定的硝態(tài)氮的阻止率與空白相比增加了 40%左右，總氮的阻止率與空白相比增加了 37%左右。
[0041]為了說明本發(fā)明牛糞生物炭的性狀，對該條件下制備的牛糞生物炭與牛糞性狀進行對比分析。
[0042]通過質(zhì)譜(EDS )分析，該條件下制備的牛糞生物炭與牛糞進行了元素組成對比，表明牛糞生物炭的C元素含量減少14.1%，而氧元素、鉀元素、和鈣元素、含量增加了 38.4%、231.2% 和 11.0%。 [0043]電子顯微鏡(SEM)放大1000倍下掃描對比牛糞生物炭結(jié)構(gòu)和牛糞結(jié)構(gòu)(見附圖1、2)，牛糞生物炭的管狀結(jié)構(gòu)很發(fā)達，在熱裂解條件下發(fā)育出越來越多的孔洞結(jié)構(gòu)。而牛糞的管狀結(jié)構(gòu)較少，并且管狀結(jié)構(gòu)被其他物質(zhì)堵塞，孔洞較少。
【權(quán)利要求】
1.一種抑制氮肥淋失的牛糞生物炭制備方法，其特征在于，所述方法包括以下制備過程:1)牛糞的前處理: (1)牛糞的收集:將新鮮牛糞清理出其中的石塊等雜物； 使得其中的雜物量小于5% ； (2)牛糞的干燥:將收集起來的牛糞加入1-2%的生石灰充分混合，讓牛糞不會厭氧發(fā)酵；牛糞平鋪在干凈的硬質(zhì)的平面上，厚度在10-15cm，在自然通風的條件下自然風干6-12天；使得牛糞的含水率降低在10-20% ； 2)生物炭的制備: (O預(yù)熱:將上述 干燥處理后的牛糞平鋪于托盤中，厚度在3-5cm;放入烘箱中于95-105°C烘干3-5h，讓牛糞的含水率在5-8%左右； (2)生物炭的裂解:將上述預(yù)熱處理后的牛糞裝入坩堝類器皿后，放入馬弗爐中，然后關(guān)緊馬弗爐門；打開馬弗爐的電源控制開關(guān)，控制升溫速率為30°C — 50°C /lOmin，達到熱解溫度為300°C -500°C時，在缺氧的條件下熱解時間2-3h ;最后關(guān)閉馬弗爐電源控制開關(guān)，關(guān)閉馬弗爐門情況下冷卻至80°C以下，將坩堝類器皿從馬弗爐中拿出放入干燥器內(nèi)冷卻備用； (3)生物炭的粉碎:將上述裂解制備的牛糞生物炭放入粉碎機中破碎，過篩，取20-40目的牛糞生物炭即可。
2.一種抑制氮肥淋失的牛糞生物炭制備方法，其特征在于，所述方法制備的牛糞生物炭按Ig牛糞生物炭=10g 土壤混合使用，淺層施加到土壤中進行施用即可。
【文檔編號】C05G3/08GK104030862SQ201410261218
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】林靜雯, 吳丹, 孫麗娜, 王丹丹, 張巖, 謝東青 申請人:沈陽大學