一种以秸秆为原料的有机碳肥底物的制造方法与流程

1.本发明涉及环境科学和固碳技术领域，特别是指一种以秸秆为原料的有机碳肥底物的制造方法。


背景技术：

2.人类大量种植的农作物，如水稻、小麦、玉米等，通过光合作用每年从大气中吸收和固定数量巨大的二氧化碳，并存储在秸秆中，合理地处置这些庄稼秸秆，可以起到碳捕捉和碳固定的效果，庄稼秸秆的合理处置依然是个困扰的问题，秸秆焚烧不仅产生雾霾，污染空气，还会使二氧化碳重新返回大气，即使把秸秆粉碎后还田，只有很少一部分有机碳存留在土壤中，大部分会在微生物的作用下转化为二氧化碳和甲烷气体，返回大气，另一方面，我国农田大量使用化肥，土壤的有机质含量下降，造成土壤团粒结构受到破坏，肥力下降，引起土壤碳汇的减少，也增加了二氧化碳和甲烷气体排放。
3.中国专利授权的公开号为cn108285377a，授权公开日为2018年07月17日的发明申请提出一种小麦用秸秆化肥及其制作方法，该申请具有解决秸秆污染问题、增加小麦对化肥营养吸收能力、营养元素均衡的特点，但是仍然存在以下问题：
4.首先，能量消耗高，生产效率低，制作过程中需要在较高的温度下进行，并且在活化反应中使用较多的活化剂，消耗了较多的热量和昂贵的活化剂；
5.其次，绿色环保程度低，高温下会产生大量的焦油和挥发性气体，对环境造成了污染，且不再具有有机物的高分子结构，不能改善土壤的团粒结构。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是提供一种消耗能量低、生产效率的以秸秆为原料的有机碳肥底物的制造方法，另外本以秸秆为原料的有机碳肥底物的制造方法还具有绿色环保程度高的特点。
7.为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
8.一种以秸秆为原料的有机碳肥底物的制造方法，包括以下步骤：
9.1)秸秆预处理：对秸秆进行粉碎、筛分除杂、干燥和测定水分处理；
10.2)陈化处理：把秸秆在水中浸泡陈化；
11.3)水热煤化处理：把浸泡陈化后的秸秆连同水装入水热釜中的聚四氟乙烯内筒内进行压实，拧紧釜盖，升温到160℃
‑
220℃，保温时间为1
‑
3小时，冷却后开盖，秸秆经水热煤化反应后呈煤浆状，无明显的剩水，并且转化成类似于褐煤的有机物碳；
12.4)催化氧化反应：把水热反应后的有机物碳连同水转移到反应釜，把秸秆加入到过氧化氢水容液中，然后加入铜丝催化剂，在60℃
‑
80℃的温度下反应6
‑
10小时，经氧化反应生成富含腐殖酸的有机碳肥底物；
13.5)干燥成型：经干燥和成型处理，即可得有机碳肥底物产品。
14.进一步，所述水热煤化处理步骤中浸泡陈化后的秸秆连同水的容积不超过釜容积
的四分之三。
15.进一步，所述水热煤化处理步骤中进行升温方式可采用电加热、燃气加热、太阳能加热、地热加热、油浴或盐浴加热。
16.进一步，所述催化氧化反应步骤中将秸秆按照1
‑
1.5的质量比加入到过氧化氢水溶液中，所述过氧化氢的水溶液的浓度3％
‑
5％的。
17.进一步，所述秸秆预处理步骤中将秸秆粉碎切割成小段，再筛分除去秸秆中的泥沙尘土等杂质，然后放置日光暴晒或人工加热干燥，接着抽取100g的秸秆样品放置在110℃烘箱干燥至恒重，再测定秸秆水分含量，并得出测量值，所述测定秸秆水分含量值用于供水热法处理时计算加水量。
18.进一步，所述陈化处理步骤中按照1：3
‑
1：5的固液比把干燥秸秆粉末浸泡在60℃
‑
80℃的水溶液中，浸泡时间为4
‑
6小时。
19.进一步，所述干燥成型步骤中经氧化反应后富含的腐殖酸有机碳在105℃
‑
120℃的温度下干燥8
‑
10小时，得到有机碳肥底物产品。
20.进一步，所述秸秆包括水稻、小麦、玉米、棉花、红薯蔓、瓜藤、花生茎、香蕉树和菠萝茎，以及富含有机物的厨余垃圾和废弃物。
21.本发明具有以下有益效果：
22.本发明的以秸秆为原料的有机碳肥底物的制造方法，在水热媒化处理步骤中升温到160℃
‑
220℃，保温时间为1
‑
3小时，制作时在较低的温度下进行，减少了加热所需的时间，提高有机碳复合肥底物的生产效率，并且，在制作时不产生焦油和烟气、无污染，在催化氧化反应步骤中需要在在60℃
‑
80℃的温度下反应6
‑
10小时，进一步降低了能耗；在加热过程中不会产生大量的焦油和挥发气体，在催化氧化反应步骤中经氧化反应生成富含腐殖酸的有机碳肥底物，把富含腐殖酸的有机碳肥施于土壤，可以改善土壤的团粒结构，提高土壤的肥力，腐殖酸可以作为复合肥的底物，可与各种肥料成分复合，起到缓释和长效作用，提高了绿色环保程度，因此整个制作方法能量消耗低，生产效率高，并且绿色环保。
附图说明
23.图1为本发明的整体框图；
24.图2为本发明实施例一的有机碳化物经催化氧化反应生成的腐殖酸的红外图谱峰值示意图。
具体实施方式
25.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
26.本发明提供一种以秸秆为原料的有机碳肥底物的制造方法，包括以下步骤：
27.1)秸秆预处理：对秸秆进行粉碎、筛分除杂、干燥和测定水分处理；
28.2)陈化处理：把秸秆在水中浸泡陈化；
29.3)水热煤化处理：把浸泡陈化后的秸秆连同水装入水热釜中的聚四氟乙烯内筒内进行压实，拧紧釜盖，升温到160℃
‑
220℃，保温时间为1
‑
3小时，冷却后开盖，秸秆经水热煤化反应后呈煤浆状，无明显的剩水，并且转化成类似于褐煤的有机物碳；
30.4)催化氧化反应：把水热反应后的有机物碳连同水转移到反应釜，把秸秆加入到过氧化氢水容液中，然后加入铜丝催化剂，在60℃
‑
80℃的温度下反应6
‑
10小时，经氧化反应生成富含腐殖酸的有机碳肥底物；
31.5)干燥成型：经干燥和成型处理，即可得有机碳肥底物产品。
32.所述水热煤化处理步骤中浸泡陈化后的秸秆连同水的容积不超过釜容积的四分之三。
33.所述水热煤化处理步骤中进行升温方式可采用电加热、燃气加热、太阳能加热、地热加热、油浴或盐浴加热。
34.所述催化氧化反应步骤中将秸秆按照1
‑
1.5的质量比加入到过氧化氢水溶液中，所述过氧化氢的水溶液的浓度3％
‑
5％的。
35.所述秸秆预处理步骤中将秸秆粉碎切割成小段，再筛分除去秸秆中的泥沙尘土等杂质，然后放置日光暴晒或人工加热干燥，接着抽取100g的秸秆样品放置在110℃烘箱干燥至恒重，再测定秸秆水分含量，并得出测量值，所述测定秸秆水分含量值用于供水热法处理时计算加水量。
36.所述陈化处理步骤中按照1：3
‑
1：5的固液比把干燥秸秆粉末浸泡在60℃
‑
80℃的水溶液中，浸泡时间为4
‑
6小时。
37.所述干燥成型步骤中经氧化反应后富含的腐殖酸有机碳在105℃
‑
120℃的温度下干燥8
‑
10小时，得到有机碳肥底物产品。
38.所述秸秆包括水稻、小麦、玉米、棉花、红薯蔓、瓜藤、花生茎、香蕉树和菠萝茎，以及富含有机物的厨余垃圾和废弃物。
39.本发明的原理说明如下：
40.本设计主要通过水热煤化处理和催化氧化反应制造有机碳肥底物产品，制作过程中降低了能量消耗，提高了生产效率，并且绿色环保。
41.制作时,秸秆包括水稻、小麦、玉米、棉花、红薯蔓、瓜藤、花生茎、香蕉树和菠萝茎，以及富含有机物的厨余垃圾和废弃物，秸秆是绿色、可再生的物质，便于利用，把富含腐殖酸的有机碳肥施于土壤，可以改善土壤的团粒结构，提高土壤的肥力，腐殖酸可以作为复合肥的底物，可与各种肥料成分复合，起到缓释和长效作用，腐殖酸还可以作为菌肥的底物与各种益生菌复合，起到生物菌肥和防治病虫害的作用，防治根腐病和重茬病，适合在塑料大棚里施用，获得较多的收益，该有机碳肥底物的制造方法是绿色、环保、可循环、可持续发展的技术；
42.其次，在水热媒化处理步骤中升温到160℃
‑
220℃，保温时间为1
‑
3小时，制作时在较低的温度下进行，减少了加热所需的时间，提高有机碳复合肥底物的生产效率，并且，在制作时不产生焦油和烟气、无污染，在催化氧化反应步骤中需要在在60℃
‑
80℃的温度下反应6
‑
10小时，进一步降低了能耗；
43.并且，使用秸秆生产有机碳复合肥，再施用到农田，相当于把秸秆里的有机碳固定和储存在土壤里，形成土壤的碳汇，是一种长效固碳、减排的方法，适用于大规模生产，将碳固定在土壤里，减少了二氧化碳排放。
44.在对有机碳复合肥产品包装时，使用的内外两层的包装袋，内包装使用防水、防潮的聚乙烯密封袋，外包装使用编织袋或纸袋，起到防水、防潮、防破损的作用。
45.秸秆的水热处理实际上是煤化反应，属于不完全碳化，生成类似褐煤的腐殖酸结构，介于活性炭和有机质之间，有较高的比表面和孔洞结构，能存储大量的肥料成分和益生菌菌种，既可以长期发挥肥效，还可以起细菌肥料的作用，防治植物的病虫害。
46.实施例1：
47.本实施例以蔗髓为原料制造有机碳肥底物，蔗髓是蔗渣中粉末态的成分，约占蔗渣的35％，具体操作步骤如下：
48.1)蔗髓的前处理
49.蔗髓经日光暴晒1天，筛除泥沙尘土，取10克蔗髓，在110℃烘箱内烘干至恒重，称量为9.5克，测定水分含量为5％，供水热法处理时计算加水量用。
50.2)蔗髓的浸泡陈化处理
51.按1:4的固液比进行浸泡陈化处理，称取100克干蔗髓(内含5克水)，放于1000ml锥形瓶内，加入495克水，在80℃水浴池中浸泡6小时。
52.3)水热煤化反应
53.把浸泡的蔗髓连同溶液装入水热釜内筒，压实，拧紧釜盖，升温到200℃，保温3小时，冷却后开盖，蔗髓碳化后成煤浆状，无明显的剩水。
54.4)催化氧化处理
55.水热反应后的碳化蔗髓连同溶液转移到1000ml锥形瓶内，按干蔗髓与5％过氧化氢水溶液1:1的质量比例，配制5％过氧化氢水溶液100ml，加入锥形瓶，再加入电线里取出的铜丝20克，在80℃水浴池中保持8小时。
56.5)烘干稳定成型
57.把催化氧化反应后的富含腐殖酸的有机碳化物转移到不锈钢托盘内，在120℃烘箱内烘干10小时，得干燥的腐殖酸的有机碳肥底物产品。
58.在催化氧化反应步骤中经氧化反应生成富含腐殖酸的有机碳肥底物，把富含腐殖酸的有机碳肥施于土壤，可以改善土壤的团粒结构，提高土壤的肥力，腐殖酸可以作为复合肥的底物，可与各种肥料成分复合，起到缓释和长效作用，提高了绿色环保程度。
59.实施例2：
60.本实施例以海水稻的稻草为原料制造有机碳肥底物，具体操作步骤如下：
61.1)稻草的前处理
62.稻草经日光暴晒1天，筛除泥沙尘土，取10克稻草，在110℃烘箱内烘干至恒重，称量为9.7克，测定水分含量为7％，供水热法处理时计算加水量用。
63.2)稻草的浸泡陈化处理
64.按1:4的固液比进行浸泡陈化处理，称取100克干稻草(内含7克水)，放于1000ml锥形瓶内，加入493克水，在60℃水浴池中浸泡8小时。
65.3)水热煤化反应
66.把浸泡的稻草连同溶液装入水热釜内筒，压实，拧紧釜盖，升温到180℃，保温3小时，冷却后开盖，稻草碳化后成煤浆状，无明显的剩水。
67.4)催化氧化处理
68.水热反应后的碳化稻草连同溶液转移到1000ml锥形瓶内，按干稻草与5％过氧化氢水溶液1:1的质量比例，配制5％过氧化氢水溶液100ml，加入锥形瓶，再加入电线里取出
的铜丝20克，在80℃水浴池中保持8小时。
69.5)烘干稳定成型
70.把催化氧化反应后的富含腐殖酸的有机碳化物转移到不锈钢托盘内，在120℃烘箱内烘干8小时，得干燥的腐殖酸的有机碳肥底物产品。
71.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。