本發(fā)明屬于生物質(zhì)、礦物質(zhì)資源化利用領(lǐng)域，具體涉及一種利用催化、活化反應(yīng)強(qiáng)化基于生物質(zhì)、礦物質(zhì)制備營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑的方法。

背景技術(shù)：

生物炭是由生物質(zhì)在完全或部分缺氧的條件下經(jīng)過熱裂解、炭化產(chǎn)生的難溶性固態(tài)物質(zhì)。生物炭吸附能力強(qiáng)、具有多孔性、高比表面積、物理的熱穩(wěn)定性和生物化學(xué)的抗分解性。生物炭的強(qiáng)吸附性可將土壤中的重金屬離子有效固持，降低重金屬的有效態(tài)含量。目前，土壤污染和退化問題的日益嚴(yán)峻，合理開發(fā)和利用生物質(zhì)資源，研發(fā)新型肥料已成為當(dāng)前緊迫的研究課題。生物炭對(duì)增加土壤碳庫(kù)貯量、提高土壤肥力以及維持土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡意義重大，日益受到全世界的關(guān)注。為此，近年來，生物炭作為土壤改良劑、肥料緩釋載體備受重視。熱轉(zhuǎn)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)利用的最有效途徑，催化熱解被認(rèn)為是改變生物質(zhì)熱解條件和熱解產(chǎn)物分布與性質(zhì)的最有效方法。國(guó)內(nèi)已有較多以農(nóng)林廢棄物熱解獲取生物炭的專利發(fā)明，如中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所專利“一種秸稈制碳裝置”專利申請(qǐng)?zhí)枮椋?009202321919，公開日期：2010.06.16石河子大學(xué)“生物炭土壤改良劑及其制備方法”專利號(hào)：201010148039，公開日期：2012-04-11。這類生物炭雖然具有豐富的微孔結(jié)構(gòu)，但產(chǎn)炭率不高，氮、磷、鉀等植物營(yíng)養(yǎng)元素含量太低，在施用中同時(shí)需要配合化肥以增強(qiáng)肥效，產(chǎn)炭率不高也使應(yīng)用成本太高，制約大面積推廣。

目前中國(guó)農(nóng)業(yè)的科學(xué)施肥不是很普遍，氮肥易流失，磷肥鉀肥易固化，使施肥成本增加，施肥效益降低，由此造成的化肥流失、土壤理化性狀惡化、土壤板結(jié)、土壤酸化、透氣性差、保水保肥能力下降、重金屬超標(biāo)、水體污染等十分嚴(yán)重，肥料利用率一直在30％以下。世界上農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家美國(guó)、以色列等國(guó)化肥利用率已經(jīng)提高到65％以上。為改變這一趨勢(shì)，科學(xué)家們?cè)岢隽擞袡C(jī)礦化活性肥料的概念，設(shè)想有機(jī)礦化活性肥料來代替單一的無機(jī)肥料，以便在任何一種土壤上營(yíng)造保護(hù)土壤活性及自我循環(huán)的趨勢(shì)。我國(guó)在2007年啟動(dòng)的重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“肥料減施增效與農(nóng)田可持續(xù)利用基礎(chǔ)研究”，其中，肥料的減施增效是一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容和攻關(guān)方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是利用一個(gè)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生時(shí)其他反應(yīng)也相伴進(jìn)行的現(xiàn)象。催化反應(yīng)即通過催化劑改變反應(yīng)物的活化能，改變反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)速率。目的旨在利用酸堿類礦物質(zhì)在生物質(zhì)熱解過程中的催化作用，優(yōu)化生物質(zhì)熱解熱化學(xué)反應(yīng)，使其低溫裂解、增加微孔性能、固定炭含量。生物質(zhì)熱化學(xué)偶聯(lián)反應(yīng)又協(xié)同酸堿類礦物質(zhì)的膨化、活化，產(chǎn)生易于植物吸收的p-k大量元素及中微量元素和螯合物，螯合物可化解土壤中未被植物利用的肥效，解決化肥殘留及有機(jī)肥和傳統(tǒng)生物炭肥效不足的弱點(diǎn)。本發(fā)明以環(huán)境友好、簡(jiǎn)單有效的方法，制備的原料粉碎后加入腐植酸類活化劑、木酢液及生物菌劑、獲得營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑料，替代化肥使用。

1、本發(fā)明所提供的一種制備營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑的方法，包括以下步驟：

將農(nóng)林廢棄物和木質(zhì)褐煤分別磨細(xì)至40～80目，將礦物質(zhì)催化劑磨細(xì)至160～400目，將磨細(xì)農(nóng)林廢棄物7重量份，木質(zhì)褐煤3重量份和重量為農(nóng)林廢棄物重量與木質(zhì)褐煤重量之和的15～35％的礦物質(zhì)催化劑混合造粒后，置入碳化反應(yīng)釜內(nèi)，將反應(yīng)釜升溫至280-380℃，持續(xù)2小時(shí)出料；

2、所述礦物質(zhì)催化劑由下述方法制備得到：將7重量份的磷礦粉或7重量份的鉀礦粉、1重量份浮石、1重量份蛇紋石、0.5重量份麥飯石和0.5重量份膨潤(rùn)土混合后為礦物質(zhì)催化劑；

3、出料后冷至室溫，即為營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑料原料；將營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑料原料再粉碎，加入重量為營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑料原料重量的6％的木酢液和重量為營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑料原料重量的6％的生物菌劑、重量為營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑料原料重量的10％的腐植酸，攪拌混合，造粒得營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著特點(diǎn)和效果：

1、利用催化劑對(duì)生物炭進(jìn)行活化，使產(chǎn)物較傳統(tǒng)生物炭微孔結(jié)構(gòu)增多20％以上，產(chǎn)炭率達(dá)35％以上，增強(qiáng)了生物炭的活性及絡(luò)和能力，生物炭施入土壤以后利用自身超強(qiáng)的吸附性像海綿一樣把土壤中作物生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)元素吸附在它周圍，一是可以防止流失，二是可以達(dá)到緩釋的效果，這對(duì)作物的生長(zhǎng)極為有利。生物炭可以改善土壤理化性質(zhì)及微生物的活性，培養(yǎng)土壤肥力，延緩肥料養(yǎng)分釋放，降低肥料及土壤養(yǎng)分的損失，減輕土壤污染及土壤功能退化等諸多問題。

2、使用礦物質(zhì)做催化劑和農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)作為主要原料，較僅利用生物質(zhì)作原料獲取的生物炭含有更豐富的氮、磷、鉀和中微量元素植物可利用氮磷鉀總量增加約15-30％，其中n-p-k的總含量≥10％以上，有機(jī)質(zhì)的含量≥36％。

3、在熱解生物質(zhì)時(shí)，利用熱化學(xué)反應(yīng)協(xié)同活化磷、鉀及微量元素技術(shù)突破了現(xiàn)行的經(jīng)典技術(shù)框架，在溫和條件下即可生產(chǎn)活化磷肥、鉀肥、微量元素，使磷礦石、鉀礦石從極低活性向高活性提升。這與目前國(guó)內(nèi)外通用的強(qiáng)酸、高溫煅燒等激烈反應(yīng)條件有很大區(qū)別。它既可免除強(qiáng)酸、高溫煅燒的高能耗，又可獲得適度、均衡的水溶性，無需的對(duì)過高的水溶性進(jìn)行緩釋處理，因而可以減少對(duì)環(huán)境污染而提高利用率。

4、本發(fā)明營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑中其豐富的有機(jī)酸可以將土壤中的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)離子鰲合，固定在土壤表層的植物根際區(qū)，防止礦質(zhì)離子的沉結(jié)和淋洗。這樣，就可以大大提高肥料的利用效率，同時(shí)又避免礦質(zhì)沉淀的產(chǎn)生，有利于土壤改良。另外，有機(jī)腐殖酸螯合劑最大的優(yōu)勢(shì)在于把沉結(jié)的礦質(zhì)活化，轉(zhuǎn)變?yōu)橹参镂諔B(tài)的礦質(zhì)離子，將逐步減少土壤的沉結(jié)物、改良土壤及鹽堿地，促進(jìn)微生物的活動(dòng)。使用發(fā)明營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑不但可以降低化肥用量、提高肥效，同時(shí)逐步解決化學(xué)農(nóng)業(yè)造成的生態(tài)問題。

5、將易分解有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的固定碳，減少了大氣中二氧化碳的排放，有利于改善全球氣候變化；解決了現(xiàn)在肥料產(chǎn)業(yè)的高能耗、高酸耗、高污染排放的問題，作為低成本非化學(xué)肥料，本發(fā)明炭基礦化活性可以為低炭農(nóng)業(yè)、有機(jī)農(nóng)業(yè)提供產(chǎn)量上的保證。

6、本發(fā)明在有效處理了農(nóng)林廢棄物和礦物質(zhì)的同時(shí)，所獲得的產(chǎn)品較傳統(tǒng)生物炭具有更豐富的微孔結(jié)構(gòu)和更高的肥效，配合沖施肥和葉面肥使用，可以完全取代化肥施用。這是從土壤被破壞的源頭，找尋各種元素的平衡規(guī)律，恢復(fù)土壤的原有性狀和理化性質(zhì)的一場(chǎng)追根溯源型革命。它對(duì)于“調(diào)養(yǎng)”土壤，提高耕地質(zhì)量和土地資源的利用率，持續(xù)高效利用耕地將起到極大的推動(dòng)作用。

7、本發(fā)明的生產(chǎn)原料是由生物質(zhì)、天然礦物質(zhì)組成，具有取材方便、物料來源廣、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢(shì)，為生物炭、礦化活性物質(zhì)作為土壤調(diào)理劑的農(nóng)業(yè)大規(guī)模應(yīng)用提供了適宜技術(shù)和實(shí)用產(chǎn)品，具有較高應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)推廣潛力。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施方法步驟如下：

1、將農(nóng)林廢棄物和木質(zhì)褐煤分別磨細(xì)至40～80目，將礦物質(zhì)催化劑磨細(xì)至60-400目，將磨細(xì)農(nóng)林廢棄物7重量份，木質(zhì)褐煤3重量份和重量為農(nóng)林廢棄物重量與木質(zhì)褐煤重量之和的15％的篩下礦物質(zhì)催化劑混合造粒后，置入碳化反應(yīng)釜內(nèi)，將反應(yīng)釜升溫至280-380℃，持續(xù)2小時(shí)出料；

2、所述礦物質(zhì)催化劑由下述方法制備得到：將7重量份的磷礦粉、1重量份浮石、1重量份蛇紋石、0.5重量份麥飯石和0.5重量份膨潤(rùn)土混合后為礦物質(zhì)催化劑；

3、出料后冷至室溫，即為營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑料原料；將營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑料原料再粉碎，作為營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑料原料，再加入重量為營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑料原料重量的6％的木酢液和重量為營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑料原料重量的6％的生物菌劑、重量為所取的篩下營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑料原料重量的10％的腐植酸，攪拌混合，造粒得營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑。

本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：(1)利用催化劑對(duì)生物炭進(jìn)行活化，使產(chǎn)物較傳統(tǒng)生物炭微孔結(jié)構(gòu)增多20％以上，產(chǎn)炭率達(dá)35％以上。(2)使用礦物質(zhì)和農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)作為主要原料，較僅利用生物質(zhì)作原料獲取的生物炭含有更豐富的氮、磷、鉀和中微量元素。(3)植物可利用氮磷鉀總量增加15-30％，其中n-p-k的總含量≥10％以上，有機(jī)質(zhì)的含量≥36％。(4)本發(fā)明營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑中含有豐富有機(jī)酸。(5)使用本發(fā)明營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑不但可以降低化肥用量、提高肥效，同時(shí)逐步解決化學(xué)農(nóng)業(yè)造成的生態(tài)問題。(6)本發(fā)明營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑可以為低炭農(nóng)業(yè)、有機(jī)農(nóng)業(yè)提供產(chǎn)量上的保證。

附圖說明：圖1為制備營(yíng)養(yǎng)型炭基礦化活性土壤調(diào)理劑工藝的流程圖。