本發(fā)明涉及生物質(zhì)炭的制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種添加根瘤菌粉末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(zhǎng)期以來(lái)由于受消費(fèi)觀念、生活方式和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)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(méi)有得到合理開(kāi)發(fā)利用，既造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，又造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，對(duì)人類(lèi)健康和安全造成了嚴(yán)重危害，已成為一大社會(huì)問(wèn)題。為此，國(guó)家有關(guān)部門(mén)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(duì)現(xiàn)有農(nóng)作物秸稈綜合利用處理備受?chē)?guó)內(nèi)外專(zhuān)家的關(guān)注。目前國(guó)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(jī)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(jī)質(zhì)相比，生物質(zhì)炭具有超強(qiáng)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(jì)資料顯示，20 世紀(jì) 50 年代以來(lái)，我國(guó)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(zhǎng)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(zhǎng)的限制性元素，也是造成水體富營(yíng)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(duì)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(xiàn)《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(yàn)結(jié)果表明： P去除率可達(dá)到 97%，溶液pH從6.87升至9.52。
然而文獻(xiàn)中的改性方法較為單一，功能也單一，制得的生物質(zhì)炭?jī)H僅對(duì)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(guò)度使用，土壤中大量富集過(guò)多重金屬離子影響作物生長(zhǎng)，且還間接影響人類(lèi)健康，同時(shí)由于生物質(zhì)炭表面帶有負(fù)電荷，對(duì)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(duì)現(xiàn)有工藝加以改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種添加根瘤菌粉末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(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種添加根瘤菌粉末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85-87、椰子殼粉13-15、氯化鈣3.6-3.9、鉬酸銨0.5-0.8、尿素1.1-1.3、碳酸鈣8-10、殼聚糖3-5、腐植酸2-4、苦楝油1-3、根瘤菌粉末1.5-1.8、聚乙烯醇2.3-2.6、10wt.%的氫氧化鈉溶液適量、混合酸液適量、去離子水適量。
所述的一種添加根瘤菌粉末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、鉬酸銨、尿素?cái)嚢杌靹颍心?0-30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）將小麥秸稈烘干切割成2厘米左右加入椰子殼粉混合均勻，置于10wt.%的氫氧化鈉溶液浸泡48小時(shí)，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(shí)，過(guò)濾、于烘箱中105-110℃烘干；
（3）將步驟（2）物料放入管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)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?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻至室溫，加入混合酸液超聲波震蕩8-10小時(shí)后離心倒掉上清液，用去離子水洗滌至中性，加入殼聚糖、苦楝油研磨成粉；
（4）將聚乙烯醇加適量去離子水加熱攪拌至溶解，加入步驟（3）物料、碳酸鈣、根瘤菌粉末及其他剩余成分研磨混勻，造粒，過(guò)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(diǎn)是：本發(fā)明先將小麥秸稈、椰子殼粉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、鉬酸銨、尿素復(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?jī)?nèi)表面的Ca2+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)合碳酸鈣、根瘤菌粉末等成分制得的秸稈生物質(zhì)炭用于土壤改良劑時(shí)在炭表面上可以生成根瘤菌，從而形成適合植物栽培的農(nóng)業(yè)土壤，另外，還可改變土壤酸堿性，增加土壤CO2含量，吸附土壤中有害金屬，提高土壤微生物的活力等。
具體實(shí)施方式
一種添加根瘤菌粉末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85、椰子殼粉13、氯化鈣3.6、鉬酸銨0.5、尿素1.1、碳酸鈣8、殼聚糖3、腐植酸2、苦楝油1、根瘤菌粉末1.5、聚乙烯醇2.3、10wt.%的氫氧化鈉溶液適量、混合酸液適量、去離子水適量。
所述的一種添加根瘤菌粉末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、鉬酸銨、尿素?cái)嚢杌靹?，研?0-30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）將小麥秸稈烘干切割成2厘米左右加入椰子殼粉混合均勻，置于10wt.%的氫氧化鈉溶液浸泡48小時(shí)，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(shí)，過(guò)濾、于烘箱中105-110℃烘干；
（3）將步驟（2）物料放入管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)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?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻至室溫，加入混合酸液超聲波震蕩8-10小時(shí)后離心倒掉上清液，用去離子水洗滌至中性，加入殼聚糖、苦楝油研磨成粉；
（4）將聚乙烯醇加適量去離子水加熱攪拌至溶解，加入步驟（3）物料、碳酸鈣、根瘤菌粉末及其他剩余成分研磨混勻，造粒，過(guò)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7.22倍，Ｃ含量增加了35.13％，孔隙率增大吸附效果佳，P去除率可達(dá)到98%。