本發(fā)明涉及生物質(zhì)炭的制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種添加聚丙烯酰胺改性的土壤改良劑用秸稈生物質(zhì)炭及其制作方法。
背景技術(shù)：
農(nóng)作物秸稈是一種寶貴的可再生資源，但長期以來由于受消費觀念、生活方式和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時間等因素的影響，農(nóng)作物秸稈資源完全處于高消耗、高污染、低產(chǎn)出的狀況，相當(dāng)多的一部分農(nóng)作物秸稈被廢棄或者焚燒，沒有得到合理開發(fā)利用，既造成資源的嚴(yán)重浪費，又造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，對人類健康和安全造成了嚴(yán)重危害，已成為一大社會問題。為此，國家有關(guān)部門做了大量的工作，并采取禁燒秸稈管理措施，但治標(biāo)不治本，因而對現(xiàn)有農(nóng)作物秸稈綜合利用處理備受國內(nèi)外專家的關(guān)注。目前國內(nèi)外已采取的諸如秸稈發(fā)電、沼氣發(fā)酵、堆肥等多種處理方法與措施均存在應(yīng)用局限性而難以大范圍推廣。生物質(zhì)炭是有機物料在缺氧或厭氧環(huán)境中經(jīng)高溫?zé)峤猱a(chǎn)生的一種富碳難溶性固態(tài)物質(zhì)。它相當(dāng)穩(wěn)定，難以降解且與其他任何形式的有機質(zhì)相比，生物質(zhì)炭具有超強的持留養(yǎng)分的功能。故使其作為一種土壤改良劑和固碳物質(zhì)在農(nóng)田土地的利用成為可能。
據(jù)統(tǒng)計資料顯示，20 世紀(jì) 50 年代以來，我國化肥施用量居世界第 1 位?；实拇罅渴褂檬辜Z食產(chǎn)量大幅增加，另一方面也造成大量未利用的P、N、K 元素在土壤中富集。 然而，由于P元素的全球循環(huán)周期比其他元素( N、K) 要長得多，因而在大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)中，P元素成為了微生物生長的限制性元素，也是造成水體富營養(yǎng)化以及土壤貧瘠的主要原因。而利用生物質(zhì)炭作為土壤調(diào)節(jié)劑存在比表面積普遍偏小，吸附能力相對較弱的不足，故吸磷效率低不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，為此，文獻《氯化鈣活化稻草秸稈生物質(zhì)炭的制備工藝及其吸磷性能研究》以稻草秸稈為原料，質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的氯化鈣為活化劑制備活性生物質(zhì)炭，作為控制農(nóng)業(yè)面源污染的吸P材料。試驗結(jié)果表明： P去除率可達到 97%，溶液pH從6.87升至9.52。
然而文獻中的改性方法較為單一，功能也單一，制得的生物質(zhì)炭僅僅對土壤中未利用的磷有較好的吸附效果，但是，隨著現(xiàn)代工業(yè)化的快速發(fā)展，大量工業(yè)廢水盲目排入農(nóng)田，以及大劑量的化肥過度使用，土壤中大量富集過多重金屬離子影響作物生長，且還間接影響人類健康，同時由于生物質(zhì)炭表面帶有負(fù)電荷，對于以陰離子形式存在的重金屬吸附效果差，作為土壤改良劑使用生根保水保肥等效果也較差，因而需要對現(xiàn)有工藝加以改進。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種添加聚丙烯酰胺改性的土壤改良劑用秸稈生物質(zhì)炭及其制作方法。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種添加聚丙烯酰胺改性的土壤改良劑用秸稈生物質(zhì)炭，由下列重量份的原料制成：小麥秸稈82-84、水葫蘆17-19、氯化鈣3.3-3.6、硫酸鋅1.4-1.8、硫酸鉀鎂2.3-2.6、聚丙烯酰胺1.8-2.1、水楊酸1.2-1.4、硫磺0.9-1.3、檸檬烯3-5、淀粉4-6、脫硫石膏6-8、10wt.%的氫氧化鈉溶液適量、混合酸液適量、去離子水適量。
所述的一種添加聚丙烯酰胺改性的土壤改良劑用秸稈生物質(zhì)炭的制作方法，包括以下步驟：
（1）將氯化鈣、硫酸鋅攪拌混勻，研磨20-30分鐘，加入去離子水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的混合活化劑備用；
（2）將小麥秸稈、水葫蘆烘干切割成2厘米左右混合均勻，置于10wt.%的氫氧化鈉溶液浸泡48小時，取出用去離子水洗滌至中性，與步驟（1）的混合活化劑按照浸漬比1∶0.5浸泡24小時，過濾、于烘箱中105-110℃烘干；
（3）將步驟（2）物料、脫硫石膏放入管式爐中，在氮氣保護下以20℃?min－1的加熱速率升溫至700-720℃，保持溫度炭化處理60分鐘，在氮氣保護下冷卻至室溫，加入混合酸液超聲波震蕩8-10小時后離心倒掉上清液，用去離子水洗滌至中性，加入硫磺研磨成粉；
（4）將步驟（3）物料、淀粉混勻加入檸檬烯、聚丙烯酰胺及其他剩余成分研磨混勻，噴水造粒，過2-4mm篩出料。
所述的混合酸液為1mol?L－１的體積比為1∶1的鹽酸－氫氟酸溶液。
本發(fā)明的優(yōu)點是：本發(fā)明先將小麥秸稈、水葫蘆用氫氧化鈉溶液浸泡處理以除去材料表面的蠟質(zhì)、灰分及其他溶于水的雜質(zhì)，再用氯化鈣、硫酸鋅復(fù)合的混合活化劑浸泡后高溫炭化、酸洗等手段處理，酸洗顯著增加生物質(zhì)炭的比表面積、孔容及孔徑分布，大大提高生物質(zhì)炭的吸附能力，使得于秸稈炭內(nèi)表面的Ca2+和Zn2+結(jié)合的氫氧根能快速被土壤中多余的磷酸根離子取代，吸磷效率高，且復(fù)合檸檬烯、聚丙烯酰胺等成分制得的秸稈生物質(zhì)炭用于土壤改良劑時儲水、蓄水優(yōu)異，有效提高土壤水分利用率。
具體實施方式
一種添加聚丙烯酰胺改性的土壤改良劑用秸稈生物質(zhì)炭，由下列重量份的原料制成：小麥秸稈82、水葫蘆17、氯化鈣3.3、硫酸鋅1.4、硫酸鉀鎂2.3、聚丙烯酰胺1.8、水楊酸1.2、硫磺0.9、檸檬烯3、淀粉4、脫硫石膏6、10wt.%的氫氧化鈉溶液適量、混合酸液適量、去離子水適量。
所述的一種添加聚丙烯酰胺改性的土壤改良劑用秸稈生物質(zhì)炭的制作方法，包括以下步驟：
（1）將氯化鈣、硫酸鋅攪拌混勻，研磨20-30分鐘，加入去離子水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的混合活化劑備用；
（2）將小麥秸稈、水葫蘆烘干切割成2厘米左右混合均勻，置于10wt.%的氫氧化鈉溶液浸泡48小時，取出用去離子水洗滌至中性，與步驟（1）的混合活化劑按照浸漬比1∶0.5浸泡24小時，過濾、于烘箱中105-110℃烘干；
（3）將步驟（2）物料、脫硫石膏放入管式爐中，在氮氣保護下以20℃?min－1的加熱速率升溫至700-720℃，保持溫度炭化處理60分鐘，在氮氣保護下冷卻至室溫，加入混合酸液超聲波震蕩8-10小時后離心倒掉上清液，用去離子水洗滌至中性，加入硫磺研磨成粉；
（4）將步驟（3）物料、淀粉混勻加入檸檬烯、聚丙烯酰胺及其他剩余成分研磨混勻，噴水造粒，過2-4mm篩出料。
所述的混合酸液為1mol?L－１的體積比為1∶1的鹽酸－氫氟酸溶液。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，利用本發(fā)明制得的秸稈生物質(zhì)炭比表面積增加了6.95倍，Ｃ含量增加了35.08％，孔隙率增大吸附效果佳，P去除率可達到98%。