專(zhuān)利名稱(chēng)：利用秸稈制備的生物質(zhì)炭及其制備方法及包括有該生物質(zhì)炭的土壤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)和生態(tài)農(nóng)業(yè)交叉領(lǐng)域，特別是一種利用秸稈制備的生物質(zhì)炭 及其制備方法及包括有該生物質(zhì)炭的土壤。
背景技術(shù)：
全球氣候變暖及其影響是當(dāng)前人類(lèi)所面臨的最為嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題之一，在2009 年12月召開(kāi)的哥本哈根聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)上，溫室氣體減排目標(biāo)成為各國(guó)爭(zhēng)論和關(guān)注 的熱點(diǎn)。由于工業(yè)CO2排放日益加劇，而目前又還沒(méi)找到有效的替代技術(shù)途徑，因此，尋求 將能源消耗中排放的碳在自然環(huán)境中重新收集與固定應(yīng)成為國(guó)際上共同努力的趨勢(shì)。農(nóng)田土壤呼吸釋放CO2是導(dǎo)致全球氣候變暖的重要途徑。全球土壤每年向大氣釋 放碳量68 lOOPg，是化石燃料燃燒排放碳量的10倍以上。土壤(X)2釋放速率發(fā)生微小的 改變將顯著改變大氣CO2濃度和土壤碳的累積速率。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化委員會(huì)(IPCC) 的研究報(bào)告顯示，全球每年農(nóng)業(yè)固碳與溫室氣體減排的自然總潛力(Total biophysical potential)高達(dá)5500 6000Mt CO2當(dāng)量，其中90%來(lái)自減少土壤CO2釋放。因此研究土 壤(X)2排放特征對(duì)探討全球變暖及其對(duì)未來(lái)人類(lèi)生存環(huán)境的影響具有十分重要的意義。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年都產(chǎn)生大量的農(nóng)作物秸稈，這些秸稈中蘊(yùn)藏著豐富的纖維 素成分、工業(yè)原料成分和熱值。由于缺乏切實(shí)可行的處理與利用技術(shù)，農(nóng)作物秸稈除了少部 分作為飼料和生活取暖燃料之外，大部分無(wú)法科學(xué)處理，每年燒掉的秸稈達(dá)2億多噸，損失 的氮、磷、鉀相當(dāng)于全國(guó)化肥總產(chǎn)量的60%左右，農(nóng)作物秸稈不能還田而被直接燃燒是導(dǎo)致 土壤肥力下降的一個(gè)重要原因。而在農(nóng)田露天焚燒秸稈帶來(lái)了嚴(yán)重的大氣污染。此外，約 10%的秸稈長(zhǎng)期堆放于溝渠、路邊，浪費(fèi)了寶貴的自然資源，廢棄的秸稈、稻殼等生物質(zhì)原 料自然腐爛后會(huì)產(chǎn)生大量的CH4，嚴(yán)重破壞著臭氧層，加劇了全球氣候變化。因此，急需研發(fā) 具有環(huán)境協(xié)調(diào)性、經(jīng)濟(jì)高效的農(nóng)業(yè)秸稈處理處置及利用方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種利用秸稈制備的生物質(zhì)炭及其制備方法 及包括有該生物質(zhì)炭的土壤，該生物質(zhì)炭添加到土壤中后，可以改良土壤的性質(zhì)以及降低 土壤中(X)2排放，同時(shí)解決當(dāng)前給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)都帶來(lái)巨大壓力的農(nóng)作物秸稈處理 處置的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種利用秸稈制備的生物質(zhì)炭的制備方法，選 用玉米秸稈填充到炭化爐內(nèi)，其中，填充密度控制在0. 5g/cm3;接著，在100 120°C保溫 8 12h實(shí)現(xiàn)秸稈的干化；在130 250°C保溫10 20h，實(shí)現(xiàn)秸稈的預(yù)炭化；然后升溫至 300 500°C熱解炭化30 40h ；再在600°C以上保溫20 30h，實(shí)現(xiàn)秸稈炭精煉；最后，當(dāng) 溫度降低至60°C時(shí)出料，破碎。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述選用的玉米秸稈的水分含量為3 6% ；
根據(jù)上述利用秸稈制備的生物質(zhì)炭的制備方法，本發(fā)明還提供了一種生物質(zhì)炭， 其固定碳含量為60 75%。根據(jù)上述利用秸稈制備的生物質(zhì)炭的制備方法，本發(fā)明還提供了一種包括有上述 生物質(zhì)炭的土壤，所述生物質(zhì)炭在土壤中的質(zhì)量百分比含量為0. 5 3% ；本發(fā)明利用秸稈制備的生物質(zhì)炭及其制備方法及包括有該生物質(zhì)炭的土壤至少 具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明生物質(zhì)炭以農(nóng)業(yè)秸稈為原料，通過(guò)對(duì)熱解過(guò)程的調(diào)控而制備生物質(zhì) 炭，該生物質(zhì)炭具有增加土壤活性有機(jī)質(zhì)含量和土壤陽(yáng)離子交換量、促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形 成、減少土壤氮磷營(yíng)養(yǎng)元素流失、調(diào)控土壤碳循環(huán)和氮循、等特性。更重要的是，該生物質(zhì)炭 的施用可以有效增加土壤的碳截獲能力，減少土壤生態(tài)系統(tǒng)的CO2排放量。本發(fā)明既有利 于改良土壤性質(zhì)又有利于秸稈資源化利用，減少溫室氣體的排放。
具體實(shí)施例方式1.利用秸稈制備的生物質(zhì)炭的制備方法實(shí)施例1選用玉米秸稈填充到炭化爐內(nèi)，其中，秸稈長(zhǎng)度控制在8cm，水分含量3 %，填充密 度控制在0. 5g/cm3 ；接著，在10(TC保溫1 實(shí)現(xiàn)秸稈的干化；在130°C保溫20h，實(shí)現(xiàn)秸稈 的預(yù)炭化；然后升溫至300°C熱解炭化40h ；再在600°C以上保溫20 30h，實(shí)現(xiàn)秸稈炭精 煉；最后，當(dāng)溫度降低至60°C時(shí)出料，破碎至粒徑為3 5mm。實(shí)施例2選用玉米秸稈填充到炭化爐內(nèi)，其中，秸稈長(zhǎng)度控制在8. 5cm,水分含量3. 5 %，填 充密度控制在0. 55g/cm3 ；接著，在104°C保溫Ilh實(shí)現(xiàn)秸稈的干化；在150°C保溫18h，實(shí)現(xiàn) 秸稈的預(yù)炭化；然后升溫至350°C熱解炭化39h ；再在600°C以上保溫20 30h，實(shí)現(xiàn)秸稈炭 精煉；最后，當(dāng)溫度降低至60°C時(shí)出料，破碎至粒徑為3 5mm。實(shí)施例3選用玉米秸稈填充到炭化爐內(nèi)，其中，秸稈長(zhǎng)度控制在9cm，水分含量4 %，填充密 度控制在0. 58g/cm3 ；接著，在109°C保溫IOh實(shí)現(xiàn)秸稈的干化；在170°C保溫16h，實(shí)現(xiàn)秸稈 的預(yù)炭化；然后升溫至380°C熱解炭化38h ；再在600°C以上保溫20 30h，實(shí)現(xiàn)秸稈炭精 煉；最后，當(dāng)溫度降低至60°C時(shí)出料，破碎至粒徑為3 5mm。實(shí)施例4選用玉米秸稈填充到炭化爐內(nèi)，其中，秸稈長(zhǎng)度控制在9. 5cm,水分含量4. 5 %，填 充密度控制在0. 6g/cm3 ；接著，在110°C保溫9. 5h實(shí)現(xiàn)秸稈的干化；在190°C保溫13h，實(shí)現(xiàn) 秸稈的預(yù)炭化；然后升溫至400°C熱解炭化35h ；再在600°C以上保溫20 30h，實(shí)現(xiàn)秸稈炭 精煉；最后，當(dāng)溫度降低至60°C時(shí)出料，破碎至粒徑為3 5mm。實(shí)施例5 選用玉米秸稈填充到炭化爐內(nèi)，其中，秸稈長(zhǎng)度控制在10cm，水分含量5 %，填充 密度控制在0. 64g/cm3 ；接著，在115°C保溫9h實(shí)現(xiàn)秸稈的干化；在220°C保溫12h，實(shí)現(xiàn)秸 稈的預(yù)炭化；然后升溫至450°C熱解炭化33h ；再在600°C以上保溫20 30h，實(shí)現(xiàn)秸稈炭精 煉；最后，當(dāng)溫度降低至60°C時(shí)出料，破碎至粒徑為3 5mm。
實(shí)施例6
選用玉米秸稈填充到炭化爐內(nèi)，其中，秸稈長(zhǎng)度控制在11cm，水分含量5. 5 %，填 充密度控制在0. 67g/cm3 ；接著，在118°C保溫8. 5h實(shí)現(xiàn)秸稈的干化；在240°C保溫llh，實(shí) 現(xiàn)秸稈的預(yù)炭化；然后升溫至480°C熱解炭化31h ；再在600°C以上保溫20 30h，實(shí)現(xiàn)秸稈 炭精煉；最后，當(dāng)溫度降低至60°C時(shí)出料，破碎至粒徑為3 5mm。實(shí)施例7選用玉米秸稈填充到炭化爐內(nèi)，其中，秸稈長(zhǎng)度控制在12cm，水分含量6 %，填充 密度控制在0. 7g/cm3 ；接著，在120°C保溫他實(shí)現(xiàn)秸稈的干化；在250°C保溫10h，實(shí)現(xiàn)秸稈 的預(yù)炭化；然后升溫至500°C熱解炭化30h ；再在600°C以上保溫20 30h，實(shí)現(xiàn)秸稈炭精 煉；最后，當(dāng)溫度降低至60°C時(shí)出料，破碎至粒徑為3 5mm。本發(fā)明制得的生物質(zhì)炭的固定碳含量為60% 75%，比表面積為250 400m2/g， 密度 0. 45 0. 65g/cm3，pH 值為 6. 9 7. 3。2.本發(fā)明生物質(zhì)炭對(duì)土壤的影響根據(jù)上述生物質(zhì)炭，本發(fā)明還提供了一種包括有生物質(zhì)炭的土壤，所述生物質(zhì)炭 在土壤中的質(zhì)量百分比為0. 5 3 %。在此條件下，可使土壤陽(yáng)離子交換量提高20 30 %， 土壤氮素得損失減少15% 25%，磷素?fù)p失減少9% 17%，CO2排放減少22% 39%， 土壤活性有機(jī)質(zhì)增加17% 33%，土壤中重金屬Pb、Cu、Zn、Cr的生物可利用態(tài)含量降低 對(duì) 40%。同時(shí)還具有調(diào)節(jié)土壤pH值，改善土壤透氣性的特點(diǎn)。生物質(zhì)炭可以維持較長(zhǎng) 的穩(wěn)定時(shí)間，不需重復(fù)添加。以上所述僅為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，不是全部或唯一的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員通過(guò)閱讀本發(fā)明說(shuō)明書(shū)而對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明 的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種利用秸稈制備的生物質(zhì)炭的制備方法，其特征在于選用玉米秸稈填充到炭化 爐內(nèi)，其中，填充密度控制在0. 5g/cm3 ；接著，在100 120°C保溫8 12h實(shí)現(xiàn)秸稈的干化； 在130 250°C保溫10 20h，實(shí)現(xiàn)秸稈的預(yù)炭化；然后升溫至300 500°C熱解炭化30 40h ；再在600°C以上保溫20 30h，實(shí)現(xiàn)秸稈炭精煉；最后，當(dāng)溫度降低至60°C時(shí)出料，破碎。
2.如權(quán)利要求1所述的利用秸稈制備的生物質(zhì)炭的制備方法，其特征在于所述選用 的玉米秸稈的水分含量為3 6%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制備的生物質(zhì)炭，其特征在于其固定碳含量為60 75%。
4.包括有權(quán)利要求3所述生物質(zhì)炭的土壤，其特征在于所述生物質(zhì)炭在土壤中的質(zhì) 量百分比含量為0. 5 3%。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用秸稈制備的生物質(zhì)炭及其制備方法及包括有該生物質(zhì)炭的土壤，所述生物質(zhì)炭選用玉米秸稈填充到炭化爐內(nèi)，其中，填充密度控制在0.5g/m3；接著，在100～120℃保溫8～12h實(shí)現(xiàn)秸稈的干化；在130～250℃保溫10～20h，實(shí)現(xiàn)秸稈的預(yù)炭化；然后升溫至300～500℃熱解炭化30～40h；再在600℃以上保溫20～30h，實(shí)現(xiàn)秸稈炭精煉；最后，當(dāng)溫度降低至60℃時(shí)出料，破碎。由該方法制得的生物質(zhì)炭中的固定碳含量為60～75％。當(dāng)土壤中，該生物質(zhì)炭的質(zhì)量百分含量為0.5～3％時(shí)，有利于改良土壤性質(zhì)又有利于秸稈資源化利用。
文檔編號(hào)C10B57/10GK102071035SQ20101060275
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者花莉, 金素素, 陸趙情, 馬宏瑞 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)