技术领域本发明公开了一种水稻秸秆生物炭的制备方法，属于生物炭制备技术领域。
背景技术：
生物炭是指生物质在缺氧或无氧条件下形成的稳定的富碳固体。研究表明，向土壤中添加生物炭，可提改善土壤肥力，促进农作物生长，同时，生物炭在土壤中的施用可抑制温室气体的释放，减少农药在土壤中的扩散和在动植物体内的积累。另外，生物炭对污染物具有吸附作用，向污染水体中添加生物炭可改良水质、修复水体污染。因此，将废弃生物质炭化成生物炭，被认为是一种能有效固碳和生物质资源化的方法。生物质的炭化技术可分为热解炭化和水热炭化两种。其中热解炭化是指生物质在惰性气氛下，加热到较高温度，如550～1300℃，停留一段时间从而发生炭化的方法；水热炭化则以水为介质，密闭体系中，在一定温度下，如130～350℃，水自产生压力或惰性气体加压下，生物质经脱水、脱羧等复杂反应，发生炭化转化成生物炭的过程。其中，水热炭化可直接处理含水率较高的原料；反应介质清洁且反应条件较温和，设备操作简便，且有助于保留生物质表面的含氧、含氮官能团，是一种绿色的制备生物炭材料的理想方法。秸秆是一类产量丰富的生物质原料，水稻秸秆是农业秸秆的重要组成部分。我国水稻播种面积占全国粮食作物的四分之一，产量则占到一半以上。然而，目前水稻秸秆的利用率普遍不高，仅一小部分用于饲料，大多被废弃在田间或直接燃用、焚烧。秸秆焚烧会带来极为严重的大气污染，如增加空气中二氧化碳的含量和可吸入颗粒物，降低空气能见度等，已被许多大城市明令禁止。基于上述考虑，本发明提出了一种以水稻秸秆为原料采用水热炭化制备稻秸生物炭的方法，旨在提供一种新型的水稻秸秆循环利用方式，减少污染，提高水稻秸秆附加值，实现增汇减排，制得的产品还可用于改良土壤或水体环境的修复。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题：针对目前我国水稻秸秆利用率较低，仅一小部分用于饲料，大多被废弃在田间或者直接燃油，不仅污染了环境，而且造成了资源浪费的现状，提供了一种以农村废弃水稻秸秆基础物质，通过除杂、粉碎、干燥后，放入发酵罐中，加入清水发酵，得发酵碎秸秆渣，之后将发酵后的碎秸秆渣再次进一步粉碎，成为发酵秸秆粉末，接下来通过通入氮气，密封进行热解，从而得到一种水稻秸秆生物炭的制备方法。本发明不仅原料简单易得，利用废弃秸秆，实现了废物利用，节约了资源，而且制成的生物炭环保、安全，适合大规模推广应用。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：(1)取1～2kg农田废弃水稻秸秆，经人工剥去残留外壳及枯萎杂物后，用铡草机将水稻秸秆均匀切碎，得到长度为5～7cm的碎秸秆，之后将得到的碎秸秆放入清水中，反复冲洗1～3次，去除表面残留的泥土；(2)将清洗后的碎秸秆放入干燥机中，设置干燥机温度为100～120℃，烘箱10～12min，使得碎秸秆含水量为20～30％，之后将其取出，放置于菠萝筛中，在阳光下暴晒，直至碎秸秆含水量减少为5～8％为止；(3)待暴晒结束，将晒后的碎秸秆放入发酵罐中，加入碎秸秆质量1～2倍的清水和30～40％质量浓度为37％的氯化钠溶液，以200～300r/min的速度搅拌5～7min，使其充分混合均匀，随后密封发酵罐，设置发酵温度为35～55℃，密封发酵3～5天，之后提升温度至38～58℃，密封发酵5～10天，待发酵结束，将发酵后的碎秸秆移入高速离心机中，以1200～1300r/min的转速离心处理10～15min，去液，留渣，得发酵碎秸秆渣；(4)将上述得到的发酵碎秸秆渣放入烘箱中，设置烘箱温度为130～150℃，烘烤30～50min，得干燥后的秸秆渣，随后将干燥后的秸秆渣放入气流粉碎机中进行粉碎处理，粉碎12～18min，过120～130目筛，得发酵秸秆粉末；(5)将上述得到的发酵秸秆粉末放入反应釜中，待放置完毕，在反应釜底部以4～7mL/min的速度通入氮气，当通入量达到100～110mL时停止通入，密封反应釜，热解2～4h；(6)待热解结束，将热解后的发酵秸秆粉末取出，置于容器中，在-5～-3℃下进行冰浴处理15～20min，即可得到一种水稻秸秆生物炭。本发明的应用方法是：取1～2kg本发明制得的水稻秸秆生物炭中，向其中加入800～1200g化肥，充分混合，均匀施撒到待施肥的农田中，其中每公顷土壤施撒250～350kg，3～5天后，将土壤全部翻新，种植上农作物，即可。不仅充分利用了废弃水稻秸秆，实现了废物利用，节约了资源，而且制成的生物炭环保、卫生，有利于农作物的生长。本发明的有益效果是：(1)本发明利用废弃水稻秸秆为原料，废物利用，充分展现了秸秆的价值，节约了资源，降低了成本；(2)操作简单易行，方法独特新颖，制成的生物炭没有任何危害环境及人体的成分，安全卫生，有利于农作物的生长，适合大规模推广使用。具体实施方式首先取1～2kg农田废弃水稻秸秆，经人工剥去残留外壳及枯萎杂物后，用铡草机将水稻秸秆均匀切碎，得到长度为5～7cm的碎秸秆，之后将得到的碎秸秆放入清水中，反复冲洗1～3次，去除表面残留的泥土；然后将清洗后的碎秸秆放入干燥机中，设置干燥机温度为100～120℃，烘箱10～12min，使得碎秸秆含水量为20～30％，之后将其取出，放置于菠萝筛中，在阳光下暴晒，直至碎秸秆含水量减少为5～8％为止；接下来待暴晒结束，将晒后的碎秸秆放入发酵罐中，加入碎秸秆质量1～2倍的清水和30～40％质量浓度为37％的氯化钠溶液，以200～300r/min的速度搅拌5～7min，使其充分混合均匀，随后密封发酵罐，设置发酵温度为35～55℃，密封发酵3～5天，之后提升温度至38～58℃，密封发酵5～10天，待发酵结束，将发酵后的碎秸秆移入高速离心机中，以1200～1300r/min的转速离心处理10～15min，去液，留渣，得发酵碎秸秆渣；接下来将上述得到的发酵碎秸秆渣放入烘箱中，设置烘箱温度为130～150℃，烘烤30～50min，得干燥后的秸秆渣，随后将干燥后的秸秆渣放入气流粉碎机中进行粉碎处理，粉碎12～18min，过120～130目筛，得发酵秸秆粉末；将上述得到的发酵秸秆粉末放入反应釜中，待放置完毕，在反应釜底部以4～7mL/min的速度通入氮气，当通入量达到100～110mL时停止通入，密封反应釜，热解2～4h；最后待热解结束，将热解后的发酵秸秆粉末取出，置于容器中，在-5～-3℃下进行冰浴处理15～20min，即可得到一种水稻秸秆生物炭。实例1首先取1kg农田废弃水稻秸秆，经人工剥去残留外壳及枯萎杂物后，用铡草机将水稻秸秆均匀切碎，得到长度为5cm的碎秸秆，之后将得到的碎秸秆放入清水中，反复冲洗1次，去除表面残留的泥土；然后将清洗后的碎秸秆放入干燥机中，设置干燥机温度为100℃，烘箱10min，使得碎秸秆含水量为20％，之后将其取出，放置于菠萝筛中，在阳光下暴晒，直至碎秸秆含水量减少为5％为止；接下来待暴晒结束，将晒后的碎秸秆放入发酵罐中，加入碎秸秆质量1倍的清水和30％质量浓度为37％的氯化钠溶液，以200r/min的速度搅拌5min，使其充分混合均匀，随后密封发酵罐，设置发酵温度为35℃，密封发酵3天，之后提升温度至38℃，密封发酵5天，待发酵结束，将发酵后的碎秸秆移入高速离心机中，以1200r/min的转速离心处理10min，去液，留渣，得发酵碎秸秆渣；接下来将上述得到的发酵碎秸秆渣放入烘箱中，设置烘箱温度为130℃，烘烤30min，得干燥后的秸秆渣，随后将干燥后的秸秆渣放入气流粉碎机中进行粉碎处理，粉碎12min，过120目筛，得发酵秸秆粉末；将上述得到的发酵秸秆粉末放入反应釜中，待放置完毕，在反应釜底部以4mL/min的速度通入氮气，当通入量达到100mL时停止通入，密封反应釜，热解2h；最后待热解结束，将热解后的发酵秸秆粉末取出，置于容器中，在-5℃下进行冰浴处理15min，即可得到一种水稻秸秆生物炭。本实例操作简单易行，使用时，取1kg本发明制得的水稻秸秆生物炭中，向其中加入800g化肥，充分混合，均匀施撒到待施肥的农田中，其中每公顷土壤施撒250kg，3天后，将土壤全部翻新，种植上农作物，即可。不仅充分利用了废弃水稻秸秆，实现了废物利用，节约了资源，而且制成的生物炭环保、卫生，有利于农作物的生长。实例2首先取1.5kg农田废弃水稻秸秆，经人工剥去残留外壳及枯萎杂物后，用铡草机将水稻秸秆均匀切碎，得到长度为6cm的碎秸秆，之后将得到的碎秸秆放入清水中，反复冲洗2次，去除表面残留的泥土；然后将清洗后的碎秸秆放入干燥机中，设置干燥机温度为110℃，烘箱11min，使得碎秸秆含水量为25％，之后将其取出，放置于菠萝筛中，在阳光下暴晒，直至碎秸秆含水量减少为7％为止；接下来待暴晒结束，将晒后的碎秸秆放入发酵罐中，加入碎秸秆质量1.5倍的清水和35％质量浓度为37％的氯化钠溶液，以250r/min的速度搅拌6min，使其充分混合均匀，随后密封发酵罐，设置发酵温度为45℃，密封发酵4天，之后提升温度至45℃，密封发酵8天，待发酵结束，将发酵后的碎秸秆移入高速离心机中，以1250r/min的转速离心处理13min，去液，留渣，得发酵碎秸秆渣；接下来将上述得到的发酵碎秸秆渣放入烘箱中，设置烘箱温度为140℃，烘烤40min，得干燥后的秸秆渣，随后将干燥后的秸秆渣放入气流粉碎机中进行粉碎处理，粉碎16min，过125目筛，得发酵秸秆粉末；将上述得到的发酵秸秆粉末放入反应釜中，待放置完毕，在反应釜底部以5mL/min的速度通入氮气，当通入量达到105mL时停止通入，密封反应釜，热解3h；最后待热解结束，将热解后的发酵秸秆粉末取出，置于容器中，在-4℃下进行冰浴处理18min，即可得到一种水稻秸秆生物炭。本实例操作简单易行，使用时，取1.5kg本发明制得的水稻秸秆生物炭中，向其中加入1000g化肥，充分混合，均匀施撒到待施肥的农田中，其中每公顷土壤施撒300kg，4天后，将土壤全部翻新，种植上农作物，即可。不仅充分利用了废弃水稻秸秆，实现了废物利用，节约了资源，而且制成的生物炭环保、卫生，有利于农作物的生长。实例3首先取2kg农田废弃水稻秸秆，经人工剥去残留外壳及枯萎杂物后，用铡草机将水稻秸秆均匀切碎，得到长度为7cm的碎秸秆，之后将得到的碎秸秆放入清水中，反复冲洗3次，去除表面残留的泥土；然后将清洗后的碎秸秆放入干燥机中，设置干燥机温度为120℃，烘箱12min，使得碎秸秆含水量为30％，之后将其取出，放置于菠萝筛中，在阳光下暴晒，直至碎秸秆含水量减少为8％为止；接下来待暴晒结束，将晒后的碎秸秆放入发酵罐中，加入碎秸秆质量2倍的清水和40％质量浓度为37％的氯化钠溶液，以300r/min的速度搅拌7min，使其充分混合均匀，随后密封发酵罐，设置发酵温度为55℃，密封发酵5天，之后提升温度至58℃，密封发酵10天，待发酵结束，将发酵后的碎秸秆移入高速离心机中，以1300r/min的转速离心处理15min，去液，留渣，得发酵碎秸秆渣；接下来将上述得到的发酵碎秸秆渣放入烘箱中，设置烘箱温度为150℃，烘烤50min，得干燥后的秸秆渣，随后将干燥后的秸秆渣放入气流粉碎机中进行粉碎处理，粉碎18min，过130目筛，得发酵秸秆粉末；将上述得到的发酵秸秆粉末放入反应釜中，待放置完毕，在反应釜底部以7mL/min的速度通入氮气，当通入量达到110mL时停止通入，密封反应釜，热解4h；最后待热解结束，将热解后的发酵秸秆粉末取出，置于容器中，在-3℃下进行冰浴处理20min，即可得到一种水稻秸秆生物炭。本实例操作简单易行，使用时，取2kg本发明制得的水稻秸秆生物炭中，向其中加入1200g化肥，充分混合，均匀施撒到待施肥的农田中，其中每公顷土壤施撒350kg，5天后，将土壤全部翻新，种植上农作物，即可。不仅充分利用了废弃水稻秸秆，实现了废物利用，节约了资源，而且制成的生物炭环保、卫生，有利于农作物的生长。