1.本发明涉及生物炭技术领域，更具体的涉及一种污泥高温炭化制备的生物炭及其方法和应用。
背景技术：
2.污泥是污水处理的副产物，污泥中的致病菌和有毒有害有机物等，在使用污泥的过程会影响环境质量，限制了污泥的利用。污泥处置的主要方式包括填埋法、焚烧法和堆肥法等。在城市中，由于土地资源的限制，填埋法和堆肥法在污泥处理中的占比逐渐降低；焚烧法虽然实现了污泥的减量化处置，但污泥的高含水率使其耗能成本高，且燃烧产物可能导致空气二次污染。
3.现有技术中，研究人员将污泥隔绝空气，进行无氧热解制备得到生物炭，污泥热解的产物(生物炭、热解焦油和热解气等)均具有多重利用价值，实现了污泥的“资源化”利用。通过热解将污泥中的有机污染物和抗生素等有机成分被完全热解，无氧环境则极大程度减少了氮氧化物、硫氧化物的生成。制备的污泥生物炭可以作为吸附剂吸附水中的重金属离子或有机物，如刘博等人在《水处理技术》中发表的论文中研究了市政污泥生物炭对水体中铅的吸附研究，吸附主要化学吸附控制，在吸附铅离子时，铅离子在污泥生物炭表面形成碳酸盐等不溶性化合物的沉淀以及铅离子与污泥表面的羟基和羧基官能团表面络合。张彦平等人在《应用化工》中发表了富铁污泥生物炭对亚甲基蓝吸附性能的研究，以给水厂富铁污泥为主要原材料，添加了核桃壳，在高温缺氧条件下制备富铁污泥生物炭，制备的富铁污泥生物炭吸附废水中的亚甲基蓝，当亚甲基蓝浓度为20mg/l，fe-sbc的投加量为0.5g/l，在60min时fe-sbc对亚甲基蓝去除率超过99％，且随着ph值的增大吸附速率逐渐加快，在ph＝9时吸附速率达到最大值。
4.草莓多年生草本植物。高10-40厘米，茎低于叶或近相等，密被开展黄色柔毛。叶三出，小叶具短柄，质地较厚，倒卵形或菱形，上面深绿色，几无毛，下面淡白绿色，疏生毛，沿脉较密；叶柄密被开展黄色柔毛。聚伞花序，花序下面具一短柄的小叶；花两性；萼片卵形，比副萼片稍长；花瓣白色，近圆形或倒卵椭圆形。聚合果大，宿存萼片直立，紧贴于果实；瘦果尖卵形，光滑。草莓营养价值高，含有多种营养物质，且有保健功效。
5.低温条件下会对植物的生长发育会产生各种伤害，甚至导致死亡，给农林业生产带来严重灾害。冻害会使土壤中液态水的含量下降，并抑制植物对水分的吸收，导致植物体内的水分含量下降，对农作物的植株造成损伤，严重时会令农作物减产。草莓冻害一般在秋冬和初春期间气温骤降时发生，有的叶片部分冻死干枯，有的花蕊和柱头受冻后柱头向上隆起干缩，花蕊变黑褐死亡，幼果停止发育干枯僵死。幼苗遭受冻害时，两片子叶首先失绿，再慢慢呈白色镶边。定植成活后，真叶受冻先呈暗绿色，后逐渐失水枯萎，为了减轻冻害对农作物幼苗造成的损伤，现有技术中采取的方法是在低温到来之前使用对农作物幼苗的叶片进行处理。但是当气温骤降时，无法及时对农作物进行防冻处理。
技术实现要素：
6.针对以上问题，本发明提供了一种污泥高温炭化制备生物炭的方法，将制备得到的生物炭在育苗时期与育苗基质配合使用，以提高作物幼苗的抗冻性能。
7.本发明的第一个目的是提供一种污泥高温炭化制备生物炭的方法，按照以下步骤制备：
8.s1、将干化后的污泥进行粉碎，加入到磷酸二氢钠水溶液中混合均匀后，搅拌3-4h，过滤干燥，在惰性气体气氛下，500-700℃下热解处理，得到热解生物炭；
9.s2、将预处理的鸡蛋壳粉碎后，分散于水中，加入热解生物炭，混合搅拌10-15h，得到生物炭。
10.优选的，污泥与磷酸二氢钠的质量比为1:3-5；磷酸二氢钠水溶液中，磷酸二氢钠的浓度为3-5g/l。
11.优选的，热解时间为2-4h。
12.优选的，鸡蛋壳的预处理方法是：鸡蛋壳脱去内膜后进行清洗、干燥，备用。
13.优选的，鸡蛋壳与水的比例为4-5g/l，鸡蛋壳与热解生物炭的质量比为4-5:1。
14.优选的，所述污泥为城市污泥。
15.本发明的第二个目的是提供上述方法制备得到的生物炭。
16.本发明的第三个目的是提供上述的生物炭在农作物育苗中的应用。
17.优选的，农作物育苗时，将所述生物炭与育苗基质进行混合使用。
18.优选的，育苗基质与生物炭的质量比为2:1。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20.(1)本发明以城市污泥为原料，将干化后的城市污泥进行粉碎，采用磷酸二氢钠进行处理，热解得到热解生物炭，通过磷酸二氢钠的处理有效提高了生物炭的吸附性能，将制备好的热解生物炭用于吸附鸡蛋壳粉，鸡蛋壳粉中含有钙元素，钙元素与磷元素的配合使用可以有效促进植物的抗冻性能。同时磷酸二氢钠作为磷肥进行使用促进幼苗的生长，增强根系发育；
21.(2)将本发明制备的生物炭与育苗基质进行混合，用于草莓育苗，育苗后得到的草莓幼苗的抗冻性能有效提高。
具体实施方式
22.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.本发明各实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
24.实施例1
25.本实施例提供了一种污泥高温炭化制备生物炭的方法，按照以下步骤制备：
26.s1、向500ml的水中加入1.5g的磷酸二氢钠，制备得到浓度为3g/l的磷酸二氢钠水溶液，然后向磷酸二氢钠水溶液中加入0.5g的粉碎的干化污泥，搅拌3h后，过滤干燥，氮气气氛下，在500℃下热解处理4h，冷却至室温得到热解生物炭；
27.s2、将鸡蛋壳内膜去除后，清洗，100℃干燥后进行粉碎，然后称取2g鸡蛋壳粉末分散于500ml水中得到鸡蛋粉水溶液，向制得的鸡蛋粉水溶液中加入0.5g的热解生物炭，混合搅拌10h，在60℃下干燥10h得到生物炭。
28.实施例2
29.本实施例提供了一种污泥高温炭化制备生物炭的方法，按照以下步骤制备：
30.s1、向500ml的水中加入2.5g的磷酸二氢钠，制备得到浓度为3g/l的磷酸二氢钠水溶液，然后向磷酸二氢钠水溶液中加入0.5g的粉碎的干化污泥，搅拌3h后，过滤干燥，氮气气氛下，在500℃下热解处理4h，冷却至室温得到热解生物炭；
31.s2、将鸡蛋壳内膜去除后，清洗，100℃干燥后进行粉碎，然后称取2g鸡蛋壳粉末分散于500ml水中得到鸡蛋粉水溶液，向制得的鸡蛋粉水溶液中加入0.5g的热解生物炭，混合搅拌10h，在60℃下干燥10h得到生物炭。
32.实施例3
33.本实施例提供了一种污泥高温炭化制备生物炭的方法，按照以下步骤制备：
34.s1、向500ml的水中加入2g的磷酸二氢钠，制备得到浓度为3g/l的磷酸二氢钠水溶液，然后向磷酸二氢钠水溶液中加入0.5g的粉碎的干化污泥，搅拌3h后，过滤干燥，氮气气氛下，在500℃下热解处理4h，冷却至室温得到热解生物炭；
35.s2、将鸡蛋壳内膜去除后，清洗，100℃干燥后进行粉碎，然后称取2g鸡蛋壳粉末分散于500ml水中得到鸡蛋粉水溶液，向制得的鸡蛋粉水溶液中加入0.5g的热解生物炭，混合搅拌10h，在60℃下干燥10h得到生物炭。
36.实施例4
37.本实施例提供了一种污泥高温炭化制备生物炭的方法，按照以下步骤制备：
38.s1、向500ml的水中加入1.5g的磷酸二氢钠，制备得到浓度为3g/l的磷酸二氢钠水溶液，然后向磷酸二氢钠水溶液中加入0.5g的粉碎的干化污泥，搅拌4h后，过滤干燥，氮气气氛下，在700℃下热解处理2h，冷却至室温得到热解生物炭；
39.s2、将鸡蛋壳内膜去除后，清洗，100℃干燥后进行粉碎，然后称取2.5g鸡蛋壳粉末分散于500ml水中得到鸡蛋粉水溶液，向制得的鸡蛋粉水溶液中加入0.5g的热解生物炭，混合搅拌15h，在60℃下干燥10h得到生物炭。
40.实施例5
41.本实施例提供了一种污泥高温炭化制备生物炭的方法，按照以下步骤制备：
42.s1、向500ml的水中加入1.5g的磷酸二氢钠，制备得到浓度为3g/l的磷酸二氢钠水溶液，然后向磷酸二氢钠水溶液中加入0.5g的粉碎的干化污泥，搅拌3.5h后，过滤干燥，氮气气氛下，在600℃下热解处理3h，冷却至室温得到热解生物炭；
43.s2、将鸡蛋壳内膜去除后，清洗，100℃干燥后进行粉碎，然后称取2.25g鸡蛋壳粉末分散于500ml水中得到鸡蛋粉水溶液，向制得的鸡蛋粉水溶液中加入0.5g的热解生物炭，混合搅拌12h，在60℃下干燥10h得到生物炭。
44.实施例6
45.本实施例提供了一种污泥高温炭化制备生物炭的方法，按照以下步骤制备：
46.s1、向500ml的水中加入1.5g的磷酸二氢钠，制备得到浓度为3g/l的磷酸二氢钠水溶液，然后向磷酸二氢钠水溶液中加入0.5g的粉碎的干化污泥，搅拌3h后，过滤干燥，氮气
气氛下，在700℃下热解处理4h，冷却至室温得到热解生物炭；
47.s2、将鸡蛋壳内膜去除后，清洗，100℃干燥后进行粉碎，然后称取2g鸡蛋壳粉末分散于500ml水中得到鸡蛋粉水溶液，向制得的鸡蛋粉水溶液中加入0.5g的热解生物炭，混合搅拌10h，在60℃下干燥10h得到生物炭。
48.实施例7
49.本实施例提供了一种污泥高温炭化制备生物炭的方法，按照以下步骤制备：
50.s1、向500ml的水中加入1.5g的磷酸二氢钠，制备得到浓度为3g/l的磷酸二氢钠水溶液，然后向磷酸二氢钠水溶液中加入0.5g的粉碎的干化污泥，搅拌3h后，过滤干燥，氮气气氛下，在600℃下热解处理4h，冷却至室温得到热解生物炭；
51.s2、将鸡蛋壳内膜去除后，清洗，100℃干燥后进行粉碎，然后称取2g鸡蛋壳粉末分散于500ml水中得到鸡蛋粉水溶液，向制得的鸡蛋粉水溶液中加入0.5g的热解生物炭，混合搅拌10h，在60℃下干燥10h得到生物炭。
52.对比例1
53.本对比例提供了一种污泥高温炭化制备生物炭的方法，按照以下步骤制备：
54.向500ml的水中加入1.5g的磷酸二氢钠，制备得到浓度为3g/l的磷酸二氢钠水溶液，然后向磷酸二氢钠水溶液中加入0.5g的粉碎的干化污泥，搅拌3h后，过滤干燥，氮气气氛下，在500℃下热解处理4h，冷却至室温得到生物炭。
55.为了进一步验证本发明制备的生物炭的使用效果，在对草莓进行育苗时，向育苗基质中添加本发明制备的生物炭。
56.本发明所用作物为草莓，在育苗时，将育苗基质与本技术制备的生物炭进行按照质量比2:1进行混合，本发明所用的育苗基质由草炭、珍珠岩、蛭石按照质量比6:3:1混合得到。本次试验共设置3个处理，分别是实验组1(实施例1)、实验组2(对比例1)制备的生物炭添加到育苗基质，并以不添加生物炭作为对照组。
57.通过添加了不同生物炭的育苗盘中对草莓进行育苗。将育苗完成后的草莓幼苗移至气温为2℃的大棚内，并对草莓幼苗进行标记，不同处理组分成10个小组，每个小组在草莓植株上标记10株叶片，每组共标记100片叶片，对不同处理组别的被标记叶片的受冻情况以及植物防冻剂的抗冻性能进行评估。
58.受冻情况评估标准：若叶片同时发生萎蔫和颜色发生变化，则将叶片标记为受冻叶片，否则为未受冻叶片。
59.将叶片的受冻情况划分为5个等级，分别为：
60.0级：无冻害；
61.1级：轻微冻害，受冻叶片为叶片总数的0％-25％；
62.2级：中等冻害，受冻叶片为叶片总数的26％-50％；
63.3级：中高等冻害，受冻叶片为叶片总数的51％-75％；
64.4级：严重冻害，受冻叶片为叶片总数的76-100％。
[0065][0066]
[0067]
表1不同小组的受冻情况
[0068] 0级1级2级3级4级实验组163100实验组244200对照组13420
[0069]
表1是不同小组的受冻情况，其中，实验组1中，6个小组受冻情况为0级，3个小组受冻情况为1级，受冻叶片为6片，1个小组受冻情况为2级，受冻叶片为3片；计算可知，冻害指数为3％。
[0070]
实验组2中4个小组受冻情况为0级，4个小组受冻情况为1级，受冻叶片为8片，2个小组受冻情况为2级，受冻叶片为7片；计算可知，冻害指数为5.5％。
[0071]
对照组中1个小组受冻情况为0级，3个小组受冻情况为1级，受冻叶片为7片，4个小组受冻情况为2级，受冻叶片为12片，2个小组受冻情况为3级，受冻叶片为11片；计算可知，冻害指数为16％。
[0072]
表2实验组1和实验组2的抗冻性能
[0073] 抗冻性能实验组181.25％实验组265.63％
[0074]
表2为实验组1和实验组2的抗冻性能，通过表2可以看出，相比于实验组2(即对比例1)，实验组1(实施例1)组的草莓的抗冻性能提高了15.62％。这是因为钙与磷元素的配合使用促进了草莓的抗冻性能。可见，在使用本发明制备的生物炭与育苗基质配合使用时，有效提高了草莓幼苗的抗冻性能。
[0075]
本发明以城市污泥为原料，采用磷酸二氢钠处理后进行热解得到生物炭，有效提高了生物炭的吸附性，然后在以生物炭为载体，将鸡蛋壳负载在生物炭上，制备的生物炭在育苗时与育苗基质配合使用，有效提高了草莓幼苗的抗冻性能。
[0076]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0077]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。