一種減少稻田溫室氣體排放的稻秸炭基肥料制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物質(zhì)炭制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種減少稻田溫室氣體排放的稻秸炭基肥料制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]溫室氣體的過量排放，已成為全球氣候變暖及其所帶來的一系列環(huán)境問題的重要根源。農(nóng)業(yè)是溫室氣體的主要排放源之一，農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放占人類活動溫室氣體排放量的14%，其中CHjP N 20濃度的增加主要來源于農(nóng)業(yè)活動，分別占CHjP N 20排放總量的52%和92.47%。稻田生態(tài)系統(tǒng)是全球014和N20等溫室氣體的重要生物排放源，如何通過減少稻田土壤溫室氣體排放來減輕全球氣候變暖日益成為國內(nèi)外科學(xué)工作者們共同關(guān)注的話題。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中沒有報道過將稻秸為原料的水熱炭化，而且現(xiàn)有技術(shù)中所采用的熱解炭化方法存在溫度過高，能源消耗過大，不能適用于稻秸的處理。因此，本領(lǐng)域亟待一種處理稻秸的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的之一，在于針對當前溫室氣體過量排放的問題，提供一種改善土壤通氣狀況，減少CHjP N 20排放的稻秸炭基肥，及其制備方法。
[0005]為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明一方面涉及一種稻秸炭基肥料制備方法，其特征在于:包括以下步驟，
[0007](1)將稻秸生物質(zhì)原料粉碎至60?100目；
[0008](2)將稻秸生物質(zhì)原料與水混合，置入密封的水熱炭化反應(yīng)釜中，在無氧條件下，200?400r.min 1的轉(zhuǎn)速下進行攪拌，在180?260°C恒溫下反應(yīng)3?5h ;
[0009](3)然后冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌，干燥；
[0010](4)將步驟(3)得到的物質(zhì)經(jīng)過研磨，過篩，得到稻秸炭基肥料。
[0011]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，其特征在于:所用的生物質(zhì)原料為水稻秸桿，添加或者不添加其它促進發(fā)酵的酶和/或微生物。
[0012]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，其特征在于:稻秸生物質(zhì)原料與水的混合比例為 1:6 ?1:10。
[0013]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，其特征在于:水熱炭化反應(yīng)壓強為IMPa?3MPa0
[0014]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，其特征在于:步驟B中，無氧條件為隔絕空氣。
[0015]本發(fā)明另一方面涉及上述開發(fā)方法做制備得到的稻秸炭基肥料。
[0016]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，特征在于所述的稻秸炭基肥料比表面積介于190 — 210m2/g 之間。
[0017]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，其特征在于所述的稻秸炭基肥料pH值介于8 -10之間。
[0018]本發(fā)明還涉及上述稻秸炭基肥料在減少稻田溫室氣體排放中的應(yīng)用。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:
[0020]本發(fā)明制備稻秸炭基肥采用的設(shè)備操作簡單、生產(chǎn)成本較低，有利于稻秸炭基肥料的大規(guī)模應(yīng)用。
[0021]本發(fā)明制備的稻秸炭基肥比表面積高，適用于土壤，有利于減少稻田溫室氣體的排放，從而減緩全球氣候變化。
【具體實施方式】
[0022]若未特別說明，實施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段。
[0023]實施例1
[0024]—種減少稻田溫室氣體排放的稻秸炭基肥料制備方法，包括以下步驟:
[0025](1)將稻秸生物質(zhì)原料粉碎至60目；
[0026](2)將稻秸生物質(zhì)原料與水按1:8混合；
[0027](3)將混合后的稻秸生物質(zhì)原料與水，置入密封的水熱炭化反應(yīng)釜中，在無氧條件下，200r.min 1的轉(zhuǎn)速下進行攪拌，在180°C恒溫下反應(yīng)5h ;
[0028](4)然后冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌，在105°C下干燥12h ;
[0029](5)將步驟(3)得到的物質(zhì)經(jīng)過研磨，過20目篩，得到稻秸炭基肥料A。
[0030]本實例得到的減少溫室氣體排放的稻秸炭基肥產(chǎn)率為69.5 %，pH值為8.41，比表面積 191.3m2/g，總孔容積 0.092cm3/go
[0031 ] 此外，按每公頃20t的稻秸炭基肥料A施用于稻田，溫室氣體通過密封靜態(tài)箱法采集樣品。樣品采用島津GC-12A氣相色譜儀同時測定樣品中CHjPN20氣體含量，氫火焰離子化檢測器溫度為200°C，分離柱溫度為80°C，采用高純N2作為載氣。溫室氣體排放通量計算公式如下:
[0032]F = Am/AX At
[0033]= 273/(273+T) X P XVX Ac/ΑΧ At
[0034]F為溫室氣體的排放通量，mg/ (m2.h) ; P為在標準狀況下氣體密度，g/L ;A為箱體底面積，m2；h為箱體的有效高度，m ;V為箱內(nèi)有效空間體積，m3；T為箱內(nèi)氣體溫度，V ;Am為At時間里箱內(nèi)氣體的質(zhì)量變化量，mg; Ac為Δ t時間里箱內(nèi)氣體的濃度變化量，mg/L。通過氣樣濃度與時間的關(guān)系曲線，計算出溫室氣體的排放通量，采用加權(quán)平均法獲得生長期內(nèi)溫室氣體的累積排放量，mg/m2。
[0035]3個月后(即水稻的一個生長期)，CH4累積排放量為7.68mg/m2，N20累積排放量為16.3mg/m2，與不施用該稻秸炭基肥料的作物相比，014累積排放量減少0.56mg/m2，N20累積排放量減少5.3mg/m2，說明稻秸炭基肥的輸入可降低稻田溫室氣體014和N 20的排放通量。
[0036]實施例2
[0037]—種減少稻田溫室氣體排放的稻秸炭基肥料制備方法，包括以下步驟:
[0038](1)將稻秸生物質(zhì)原料粉碎至80目；
[0039](2)將稻秸生物質(zhì)原料與水按1:8混合；
[0040](3)將混合后的稻秸生物質(zhì)原料與水，置入密封的水熱炭化反應(yīng)釜中，在無氧條件下，250r.min 1的轉(zhuǎn)速下進行攪拌，在200°C恒溫下反應(yīng)4h ;
[0041](4)然后冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌，在105°C下干燥12h ;
[0042](5)將步驟(3)得到的物質(zhì)經(jīng)過研磨，過20目篩，得到稻秸炭基肥料B。
[0043]本實例得到的減少溫室氣體排放的稻秸炭基肥產(chǎn)率為67.4%，pH值為8.53，比表面積 194.6m2/g，總孔容積 0.094cm3/g。
[0044]此外，按每公頃20t的稻秸炭基肥料B施用于稻田，氣體采集及計算方法同上，3個月后(即水稻的一個生長期)，CH4累積排放量為7.64mg/m2，N20累積排放量為16.25mg/m2，與不施用該稻秸炭基肥料的作物相比，014累積排放量減少0.58mg/m2，N20累積排放量減少5.33mg/m2，說明稻秸炭基肥的輸入可降低稻田溫室氣體014和N20的排放通量。
[0045]實施例3
[0046]一種減少稻田溫室氣體排放的稻秸炭基肥料制備方法，包括以下步驟:
[0047](1)將稻秸生物質(zhì)原料粉碎至100目；
[0048](2)將稻秸生物質(zhì)原料與水按1:6混合；
[0049](3)將混合后的稻秸生物質(zhì)原料與水，置入密封的水熱炭化反應(yīng)釜中，在無氧條件下，300r.min 1的轉(zhuǎn)速下進行攪拌，在220°C恒溫下反應(yīng)3h ;
[0050](4)然后冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌，在105°C下干燥12h ;
[0051](5)將步驟(3)得到的物質(zhì)經(jīng)過研磨，過20目篩，得到稻秸炭基肥料C。
[0052]本實例得到的減少溫室氣體排放的稻秸炭基肥產(chǎn)率為62.7%，pH值為8.67，比表面積 198.3m2/g，總孔容積 0.097cm3/go
[0053]此外，按每公頃20t的稻秸炭基肥料C施用于稻田，氣體采集及計算方法同上，3個月后(即水稻的一個生長期)，CH4累積排放量為7.59mg/m2，N20累積排放量為16.13mg/m2，與不施用該稻秸炭基肥料的作物相比，014累積排放量減少0.63mg/m2，N20累積排放量減少5.46mg/m2，說明稻秸炭基肥的輸入可降低稻田溫室氣體014和N20的排放通量。
[0054]實施例4
[0055]—種減少稻田溫室氣體排放的稻秸炭基肥料制備方法，包括以下步驟:
[0056](1)將稻秸生物質(zhì)原料粉碎至80目；
[0057](2)將稻秸生物質(zhì)原料與水按1:6混合；
[0058](3)將混合后的稻秸生物質(zhì)原料與水，置入密封的水熱炭化反應(yīng)釜中，在無氧條件下，350r.min 1的轉(zhuǎn)速下進行攪拌，在240°C恒溫下反應(yīng)2h ;
[0059](4)然后冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌，在105°C下干燥12h ;
[0060](5)將步驟(3)得到的物質(zhì)經(jīng)過研磨，過20目篩，得到稻秸炭基肥料D。
[0061]本實例得到的減少溫室氣體排放的稻秸炭基肥產(chǎn)率為59.6%，pH值為8.66，比表面積 203.3m2/g，總孔容積 0.100cm3/g。
[0062]此外，按每公頃20t的稻秸炭基肥料D施用于稻田，氣體采集及計算方法同上，3個月后(即水稻的一個生長期)，CH4累積排放量為7.48mg/m2，N20累積排放量為16.05mg/m2，與不施用該稻秸炭基肥料的作物相比，014累積排放量減少0.73mg/m2，N20累積排放量減少5.52mg/m2，說明稻秸炭基肥的輸入可降低稻田溫室氣體014和N20的排放通量。
[0063]實施例5
[0064]一種減少稻田溫室氣體排放的稻秸炭基肥料制備方法，包括以下步驟:
[0065](1)將稻秸生物質(zhì)原料粉碎至60目；
[0066](2)將稻秸生物質(zhì)原料與水按1:6混合；
[0067](3)將混合后的稻秸生物質(zhì)原料與水，置入密封的水熱炭化反應(yīng)釜中，在無氧條件下，400r.min 1的轉(zhuǎn)速下進行攪拌，在260°C恒溫下反應(yīng)2h ;
[0068](4)然后冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌，在105°C下干燥12h ;
[0069](5)將步驟(3)得到的物質(zhì)經(jīng)過研磨，過20目篩，得到稻秸炭基肥料E。
[0070]本實例得到的減少溫室氣體排放的稻秸炭基肥產(chǎn)率為55.4%，pH值為8.78，比表面積 208.lm2/g，總孔容積 0.100cm3/g。
[0071]此外，按每公頃20t的稻秸炭基肥料E施用于稻田，氣體采集及計算方法同上，3個月后(即水稻的一個生長期)，CH4累積排放量為7.42mg/m2，N20累積排放量為16.0mg/m2，與不施用該稻秸炭基肥料的作物相比，014累積排放量減少0.78mg/m2，N20累積排放量減少5.5mg/m2，說明稻秸炭基肥的輸入可降低稻田溫室氣體014和N20的排放通量。
[0072]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種稻秸炭基肥料制備方法，其特征在于:包括以下步驟， (1)將稻秸生物質(zhì)原料粉碎至60?100目； (2)將稻秸生物質(zhì)原料與水混合，置入密封的水熱炭化反應(yīng)釜中，在無氧條件下，200?400r ?min 1的轉(zhuǎn)速下進行攪拌，在180?260°C恒溫下反應(yīng)3?5h ; (3)然后冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌，干燥； (4)將步驟(3)得到的物質(zhì)經(jīng)過研磨，過篩，得到稻秸炭基肥料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稻秸炭基肥料制備方法，其特征在于:所用的生物質(zhì)原料為水稻秸桿，添加或者不添加其它促進發(fā)酵的酶和/或微生物。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述稻秸炭基肥料制備方法，其特征在于:稻秸生物質(zhì)原料與水的混合比例為1:6?1:10。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述稻秸炭基肥料制備方法，其特征在于:水熱炭化反應(yīng)壓強為IMPa ?3MPa。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稻秸炭基肥料制備方法，其特征在于:步驟B中，無氧條件為隔絕空氣。6.權(quán)利要求1-5任意一項開發(fā)方法做制備得到的稻秸炭基肥料。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的稻秸炭基肥料，其特征在于所述的稻秸炭基肥料比表面積介于 190 — 210m2/g 之間。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的稻秸炭基肥料，其特征在于所述的稻秸炭基肥料pH值介于8 — 10之間。9.權(quán)利要求6-8任意一項所述的稻秸炭基肥料在減少稻田溫室氣體排放中的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明屬于生物質(zhì)炭制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種減少稻田溫室氣體排放的稻秸炭基肥料制備方法。本發(fā)明是通過水熱炭化同化CO2制備用于減少溫室氣體排放的稻秸炭基肥。
【IPC分類】C05G3/04, C01B31/02
【公開號】CN105315098
【申請?zhí)枴緾N201510305494
【發(fā)明人】袁小利, 單勝道, 李松, 葉正錢
【申請人】浙江科技學(xué)院
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年6月4日