混合生物炭及其生产方法与流程

1.本发明涉及可以促进作物生长和改良土壤性质的混合生物炭以及其生产方法。


背景技术：

2.生物质是一个概念，是指一种生物资源(bio)的量(mass)，以及是指可以作为能源资源和原材料使用的生物有机物质。这种生物质是一种可再生的有机物质资源，其可以通过热化学转化或生物/化学转化来生产能源和燃料。与此同时，在韩国，大量的生物质被排放到各个领域，他们中只有一部分被焚烧而大部分保持原状。因此，迫切需要制定有效利用这些资源的计划。
3.由生物质生产的能源具有碳中和性质，因为就碳循环而言，该能源不会将二氧化碳排放到大气中。然而，使用生物质生产的生物炭具有将碳固存到土壤中的负碳性质，因此在应对气候变化、环境恢复、可再生能源、提高农业生产率和有机废物资源管理方面引起了极大的关注。
4.特别是，生物炭是一种含碳量高的固体物质，是在限氧条件下热解生物质时生产的。此外，生物炭通过热解转化为不可降解的碳，这是一种稳定的形式，因此不易被外界因素分解。因此，生物炭可以通过捕获二氧化碳并将其长期储存，从而为减缓气候变化做出贡献。此外，当将生物炭插入土壤中时，可以通过提高吸附能力、改良化学性质诸如中和和提高离子交换能力、由于为微生物提供栖息地而改良生物性质诸如增加生物量和增加微生物活性，以及改良物理性质诸如增加土壤的透气性，提高土壤的保湿能力，和减少土壤容重来提高农业生产率。因此，生物炭可以广泛应用于环境和能源相关领域。
5.然而，传统生物炭具有较高的ph值并且主要由碳组成，因此具有阻碍有用微生物在土壤中繁殖的缺点。因此，生物炭仅用于简单的土壤改良目的，诸如通过固碳减少二氧化碳的产生，以及防止土壤酸化或去除重金属。
6.例如，韩国公开专利第2014
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0000540号(专利文献1)提出了一种通过向土壤中添加通过热解玉米残渣获得的生物炭来减少排放到大气中的二氧化碳的方法。此外，韩国公开专利第2015
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0028654号(专利文献2)公开了通过混合海藻酸钠和热解木质生物质获得的生物炭来去除土壤中重金属的生物炭珠。然而，专利文献旨在使用从农业或林业副产品中获得的生物炭来固存碳或改良土壤质量，但其缺点在于其生产需要大量的时间和成本，其使用受到限制，而且获得的效果也不充分。
7.因此，作为多方面研究的结果，为了显示生物炭的效果诸如改良土壤环境和增加作物产量，本发明人已经证实，当使用其中生物质的中心部分被半碳化并且其表面部分被碳化的混合生物炭时，可以改良土壤并且可以促进作物生长，从而完成本发明。


技术实现要素：

8.技术问题
9.本发明的一个目的在于提供一种混合生物炭，其通过具有改良的ph值和改良的营
养成分而表现出促进作物生长和改良土壤质量的效果；及其生产方法。
10.技术方案
11.为了实现上述目的，本发明提供了混合生物炭，其包含具有半碳化中心部分和碳化表面部分的生物质。
12.此外，本发明提供了一种生产混合生物炭的方法，该方法包括制备生物质的步骤，以及将生物质进行半碳化和碳化的步骤，其中半碳化在低于碳化的温度进行，半碳化在150℃至350℃进行，碳化在350℃至500℃进行。
13.此外，本发明提供了一种促进作物生长和改良土壤的制剂，该制剂包含上述混合生物炭。
14.此外，本发明提供了一种用于畜舍的除臭剂组合物，该组合物包含上述混合生物炭。
15.此外，本发明提供了包含上述混合生物炭的育苗床土。
16.此外，本发明提供了一种包含上述混合生物炭的控释肥料。
17.有益效果
18.根据本发明的混合生物炭包括中心部分，其具有弱酸性ph值和低碳含量并且包含除碳以外的有机物质，因此与常规生物炭相比可以促进作物生长，并且改良土壤性质，从而更适合作物生长。此外，混合生物炭无需任何特殊添加剂即可呈丸状或压块状，因此具有不仅可以用作改良土壤的制剂，还可以用作控释肥料和畜舍的除臭剂组合物的优点。
19.根据本发明的促进作物生长和改良土壤的制剂包含如上所述的混合生物炭和微生物，因此具有优异的作物生长促进性质和土壤改良性质。此外，该制剂不会造成在施用过程中被风吹起细粉的问题，而这是传统改良土壤制剂的缺点。
20.根据本发明的用于畜舍的除臭剂组合物具有与木炭或活性炭相似的除臭性质，粪便吸附能力优异，质地柔软，并且因此可以用作畜舍垫的常规锯末的替代品。
21.此外，根据本发明的控释肥料具有优异的促进作物生长性质，因为肥料组分在作物的生长期间缓慢释放。
22.在这里，本发明的效果不限于上述效果，并且本领域普通技术人员通过以下描述将清楚地理解未提及的其他效果。
附图说明
23.图1为根据本发明的一个实施方式的反应器的横截面图；
24.图2为示出根据本发明的另一实施方式的反应器内的温度分布的示意图；
25.图3的a为根据本发明的混合生物炭的中心部分的照片，以及图3的b为根据本发明的混合生物炭的表面部分的照片；
26.图4的a为根据本发明的混合生物炭的中心部分的用sem观察的照片，以及图4的b为根据本发明的混合生物炭的表面部分的用sem观察的照片；
27.图5为通过使用剪切力粉碎机或冲击式粉碎机粉碎根据本发明的混合生物炭获得的颗粒的放大照片；以及
28.图6为用根据本发明的育苗床土栽培的大白菜和用比较例4的育苗床土栽培的大白菜的照片。
具体实施方式
29.在下文中，将详细描述本发明。
30.在本说明书中的“中心部分”和“表面部分”分别是指物体的内部部分和外部部分。
31.混合生物炭
32.本发明提供包含具有中心部分和表面部分的生物质的混合生物炭，该中心部分和表面部分具有不同的物理和化学性质。
33.生物质具有半碳化中心部分和碳化表面部分。在这里，半碳化中心部分中的碳含量可以为50％或以上且低于80％、55％或以上且低于75％、或者60％或以上且低于70％。此外，碳化表面部分中的碳含量可以为80％或更高或者90％或更高。
34.此外，半碳化中心部分的ph值可以为4.0或以上且低于7.5、4.5或以上且低于6.5、或5.0或以上且低于6.0。此外，碳化表面部分的ph值可以为7.5或更高或者8.0或更高。
35.混合生物炭的生物质的中心部分和表面部分具有不同的碳含量和ph值。具体地，生物质的中心部分是半碳化的，因此具有比表面部分更低的碳含量，但包含其他有机物质，因此微生物容易繁殖。此外，中心部分具有弱酸性ph值，因此当向土壤提供混合生物炭时，中心部分可以改良土壤以具有适合作物生长的ph值。
36.中心部分可以是包括生物质的横截面的中心并且占据相对于生物质的横截面的总面积的30％面积或更低或者5％至30％面积的部分，以及表面部分可以是除中心部分之外的部分。具体地，中心部分可以是包括生物质的横截面的中心并且占据相对于生物质的横截面的总面积的10％至30％面积或者10％至20％面积的部分，以及表面部分可以是除中心部分之外的部分。当中心部分的面积在上述范围内时，生产的生物炭的碳化程度增加，因此其ph值和碳含量高。因此，可能会出现作物生长和微生物繁殖不顺利的限制。
37.此外，生物质具有半碳化中心部分和碳化表面部分，因此可以包括孔隙。具体地，生物质可以在中心部分和表面部分的每一个中包括多个孔隙。
38.生物质可以通过将取出的生物质原材料原样进行碳化和半碳化而获得，或者通过对生物质原材料进行任何形式的加工而获得。特别是，生物质原材料可以被粉碎或压碎成合适的尺寸，或者可以被加工成丸状。
39.例如，生物质原材料只要包括纤维素、半纤维素、木质素等，就可以没有特别限制地使用。具体地，生物质原材料可以是木质生物质或草本生物质。
40.此外，木质生物质可以是，例如锯末、木屑、废木材、森林副产品等。具体地，木质生物质可以是松木废木或橡木废木。
41.此外，草本生物质可以是，例如玉米杆、棕榈仁、椰子壳、坚果壳、稻壳、高粱杆、芒草、芦苇、稻草、空果串(efb)、落叶等。具体地，草本生物质可以是稻草、芒草、芦苇或efb。
42.如上所述的混合生物炭包括具有弱酸性ph值和低碳含量的中心部分，并且包含除碳以外的有机物质，因此与常规生物炭相比，可以促进作物生长，并且改良土壤性质，从而优选用于作物生长。因此，混合生物炭适合施用于改良土壤的制剂。此外，混合生物炭无需任何特殊添加剂即可呈丸状或压块状，因此具有不仅可以用作改良土壤的制剂，还可以用作控释肥料的优点。此外，混合生物炭具有与木炭或活性炭相似的除臭性质，粪便吸附能力优异，质地柔软，并且因此可以用作畜舍垫的常规锯末的替代品。
43.生产混合生物炭的方法
44.此外，本发明提供了一种生产混合生物炭的方法，该方法包括：制备生物质的步骤；以及将生物质进行半碳化和碳化的步骤，其中半碳化在低于碳化的温度进行，半碳化在150℃至350℃进行，以及碳化在350℃至500℃进行。
45.首先，制备生物质。
46.在制备生物质的步骤中，可以对生物质进行加工，以实现生物质的均匀碳化，并提高传热效率。例如，该步骤包括：粉碎生物质的步骤；以及将部分或完全封闭的生物质干燥至水分含量为5％或更低的步骤。
47.具体地，粉碎可以是将生物质放入粉碎机中进行粉碎。在这里，可以进行粉碎以使生物质的直径为1mm至10mm或3mm至5mm。当进行粉碎使得生物质的直径小于上述范围时，由于将在后面描述的半碳化和碳化步骤中的过度碳化反应，不能形成本发明特征的半碳化中心部分。此外，当进行粉碎使得生物质的直径超过上述范围时，反应时间延长，这是浪费并且会降低生产率。
48.此外，干燥可以是在室温下或在干燥设备中干燥部分粉碎或完全粉碎的生物质。具体地，干燥可以是将粉碎的生物质干燥使得水分含量为5％或更低或者4％或更低。当进行上述干燥步骤时，可以在随后的热处理期间提高反应效率。当生物质的水分含量超过上述范围时，存在随后进行的半碳化和碳化的时间变长的问题。
49.接下来，生物质被半碳化和碳化。
50.半碳化在比碳化更低的温度进行，半碳化在150℃至350℃进行，碳化在350℃至500℃进行。
51.具体地，该步骤可以包括：将生物质在150℃至350℃半碳化10至60分钟的步骤；以及将半碳化生物质在350℃至500℃碳化1至5分钟的步骤。更具体地，该步骤可以包括：将生物质在180℃至330℃或200℃至300℃半碳化15至40分钟或20至35分钟的步骤；以及将半碳化生物质在380℃至500℃或400℃至500℃碳化1至5分钟的步骤。
52.半碳化可以将构成生物质的半纤维素、木质素、纤维素等依次分解成碳。当半碳化在低于上述温度范围的温度进行时，半碳化不进行且生物质中包含的诸如苯、焦油和乙酸等有毒物质保持原样，因此存在生物质不适合施用于土壤的问题。相反，当半碳化期间的温度超过上述温度范围时，存在碳化进行增加ph值和碳含量的问题。
53.此外，当半碳化时间在上述范围外时，存在热处理反应过度进行或不充分进行，因此无法实现具有优选的碳含量和优选的ph值的半碳化状态的问题。
54.此外，半碳化可以在常用的热处理设备中进行。例如，半碳化可以在诸如回转窑反应器、移动床反应器、塔式反应器、螺杆反应器、多床反应器或微波反应器等的热处理设备中进行，但本发明不限于此。
55.此外，在对半碳化生物质进行碳化的步骤中，可以将半碳化生物质的表面部分进一步碳化。在这里，通过热处理半碳化生物质以仅碳化半碳化生物质的表面部分，生物质的中心部分和表面部分可以具有不同的物理和化学性质。
56.当在低于上述温度范围的温度进行碳化时，存在生物质的表面部分未充分碳化的问题，而当在高于上述温度范围的温度进行碳化时，存在的问题在于，不仅生物质的表面部分而且中心部分都被碳化，因此中心部分和表面部分的物理和化学性质没有区别。
57.此外，当碳化时间超过上述范围时，存在的问题在于，由于热处理反应过度或不
足，表面部分未充分碳化，或者不仅表面部分而且中心部分都被碳化，因此中心部分和表面部分的物理和化学性质没有区别。
58.碳化可以在常用的热处理设备中进行，并且可以使用的热处理设备的类型与在半碳化步骤中描述的那些相同。
59.在这里，半碳化和碳化可以通过在缺氧条件下对生物质进行热处理来进行。缺氧条件可以通过将还原气体注入反应器来形成，且还原气体可以是二氧化碳(co2)、氩气(ar)、氮气(n2)、氦气(he)或它们的混合物，但不限于这些示例。
60.此外，在半碳化和碳化步骤之前，还可以包括向生物质喷洒植物油的步骤。当如上所述将植物油喷洒到生物质后进行热处理时，植物油的吸油和生物质的半碳化可以同时进行。当如上所述在喷洒植物油后进行半碳化，具有提高表面部分碳化率，提高半碳化和碳化的均匀性，以及进行恒定碳化的效果。具体地，由于施用植物油的生物质的表面部分的温度迅速升高(因为乳液的导热系数比木材的导热系数高约20倍)，表面被碳化，而内部是半碳化的，因此可以很容易地生产混合生物炭。
61.植物油可以包括选自椰子油、玉米油、棉籽油、钼油、棕榈油、花生油、菜子油、菜籽油、红花油、芝麻油、大豆油、葵花籽油、杏仁油、山毛榉油、巴西坚果油、腰果油、西部榛子油、柠檬油和橙油中的一种或多种，但不限于这些示例。
62.在这里，相对于生物质的总重量，植物油可以以1wt％至20wt％的含量使用。
63.对生物质进行半碳化和碳化的步骤可以通过改变一个热处理设备中各个部分的条件同时进行，或者可以通过两个热处理设备在各自的预定条件下分别进行。即，在半碳化和碳化步骤中，生物质可以在一个热处理设备中进行半碳化，然后在另一个热处理设备中进行碳化。在这里，在喷洒植物油的情况下，即使只使用一个热处理设备也可以生产相对非常均匀和稳定的混合生物炭，因此这在减少设备投资和提高生产率方面非常有效。
64.具体地，半碳化和碳化步骤可以包括将生物质在150℃至250℃下进行乳液浴的步骤。
65.在这里，乳液浴可以是通过将生物质放入通过沐浴加热至高温的乳液(油)中进行的热处理。具体地，通过将在制备生物质的步骤中制备的生物质通过沐浴加热的乳液(油)加热，可以进行中心部分的半碳化和表面部分的碳化。在如上所述的乳液浴期间，生物质中所包含的水分通过高温气氛以蒸汽的形式从生物质中排出，并且乳液被吸入并填充排出水分的孔隙，这是由于来自外界的压力差。由于高温乳液，以这种方式填充乳液的生物质可以经历生物质组成的结构改变。例如，作为生物质的构成组分的半纤维素是在相对低的温度下分解的组分，并且由于高温气氛，分子结构中的羟基(oh)通过氧化反应被去除，而只剩下碳组分。由于这样的反应，生物质的半碳化是可能的，反应可以通过乳液的温度控制，并且除了半纤维素之外，木质素和纤维素组分也可以引发相同的反应。
66.因此，乳液的吸油和生物质的半碳化和碳化可以通过乳液浴同时进行。在这里，由于孔隙中的水分被高温乳液去除，干燥步骤可以省略，并且由于乳液填充孔隙，所以可以防止中心部分的碳化。
67.乳液可以是选自植物油、动物油等中的一种或多种，不包括矿物油诸如燃料油，例如石油、煤油和轻油。在这里，植物油的示例包括大豆油、葡萄籽油、玉米油、棕榈油、葵花油、蓖麻油和蓖麻子油，动物油的示例包括从选自牛、猪、鸡和鱼的动物中提取的一种或多
种油。
68.在这里，乳液浴可以在160℃至220℃或180℃至220℃进行。当温度低于上述范围时，存在的缺点是生物质半碳化所需的时间显著增加，并且由于半碳化生物质的表面上的乳液在乳液浴后没有蒸发，且部分乳液残留在半碳化生物质的表面上，因此需要单独的脱油过程以去除乳液。相反，当温度超过上述范围时，存在的问题是加热乳液的燃料消耗显着增加，而生物质的半碳化效率却没有显着增加，因此效率降低。此外，由于大多数乳液的沸点为250℃或更低，乳液在等于或高于上述温度的温度下挥发，这可能会导致降低经济效益的问题。
69.乳液浴可以进行5至30分钟、10至25分钟或10至20分钟。当乳液浴处理时间不在上述范围内时，存在半碳化反应不充分或过度进行的问题。
70.此外，在半碳化和碳化步骤中，表面部分可以在350℃至500℃下碳化，同时生物质的中心部分在200℃至320℃下半碳化20到60分钟。例如，在该步骤中，生物质的半碳化和碳化可以通过在表面温度为350℃至500℃、缺氧条件的反应器中对生物质进行热处理20至60分钟同时进行。
71.如在图1中所示，当将还原气体注入到表面加热到400℃至500℃的反应器时，反应器的内部温度形成并保持在200℃至300℃。在这里，如在图2中所示，反应器的内部温度可以显示温度梯度，其中温度随着接近反应器的中心轴而降低。由于生物质本身在具有这种温度梯度的反应器中的热传导不同，碳化反应可以于350℃至500℃在生物质的表面部分中进行，而半碳化反应可以于200℃至320℃在生物质的中心部分中进行。
72.在这里，半碳化和碳化可以进行20至60分钟、20至50分钟或20至40分钟。当处理时间短于上述范围时，表面部分的碳化反应无法充分进行，反之，当处理时间超过上述范围时，可能导致中心部分的半碳化反应过度进行的问题。
73.此外，在半碳化和碳化步骤之前可以包括向生物质喷洒植物油的步骤。当如上所述将植物油喷洒到生物质后进行热处理时，植物油的吸油和生物质的半碳化和碳化可以同时进行。具体地，由于施用植物油的生物质的表面部分的温度迅速升高(因为乳液的导热系数比木材的导热系数高约20倍)，表面被碳化，而内部是半碳化的，因此可以很容易地生产混合生物炭。
74.在这里，相对于生物质的总重量，植物油可以以1至20wt％的含量使用。
75.此外，该生产方法还可以包括在半碳化和碳化步骤之后对半碳化生物质和碳化生物质进行纤维化的步骤。
76.具体地，纤维化可以是通过对半碳化生物质和碳化生物质施加剪切力进行粉碎。施加剪切力的粉碎机为，例如盘磨机、盘式磨机、辊磨机、球磨机、管磨机、细磨机等。
77.现有的生物炭通常使用锤式破碎机粉碎，锤式破碎机是一种粉碎设备，但是当使用如上所述施加剪切力的粉碎机粉碎生物炭时，组织被纤维化(海绵状)以暴露半碳化生物炭的中心部分(内部)的包含有机物层，从而可以增加表面积。因此，用如上所述施加剪切力的粉碎机粉碎的混合生物炭可以进一步提高作物生长促进和土壤改良能力。此外，在使用如上所述施加剪切力的粉碎机粉碎的混合生物炭的情况下，与常规生物炭不同，在施加过程中不会吹出细粉，因此工作便利性优异。
78.促进作物生长和改良土壤的制剂
79.此外，本发明提供了一种包含上述混合生物炭的促进作物生长和改良土壤的制剂。
80.如上述混合生物炭中所述，根据本发明的混合生物炭中心部分呈弱酸性，表面部分呈中性，因此非常适合种植作物，以及改良土壤的理化性质。此外，由于根据本发明的混合生物炭在结构上在中心部分包括孔隙，并且具有低的碳含量但在组分上包含除碳之外的有机物质，因此混合生物炭为土壤中微生物的繁殖提供了适宜的空间和养分，从而实现改良土壤环境和促进作物生长的效果。
81.此外，促进作物生长和改良土壤的制剂还可以包含微生物。微生物在土壤中使用时，可以通过微生物的活性来帮助植物栽培，诸如增加在土壤中的有效组分或分解物质。因此，通过增加有机物质的供给、微生物对有害物质的分解，以及养分的供给，可以进一步实现改良土壤环境、促进作物生长的效果。
82.此外，微生物可以包含在混合生物炭的中心部分。在混合生物炭的中心部分，通过半碳化反应形成了孔隙，并且孔隙可以用作微生物繁殖的载体。
83.微生物可以是选自放线菌、丝状真菌、乳酸菌、光合细菌、酵母菌和有益菌中的一种或多种。
84.放线菌分解难分解的有机物质或生产抗生素，例如吸水链霉菌(streptomyces hygroscopicus)、灰链霉菌(streptomyces griceus)等。
85.丝状真菌分解有机物质，例如哈茨木霉(trichoderma harzianum)、钩状木霉(trichoderma hamatum)、黑曲霉(aspergillus niger)、枝顶孢(acremonium strictum)等。
86.乳酸菌促进有机物质分解或溶解磷酸以促进作物生长，例如嗜酸乳杆菌(lactobacillus acidophilus)、保加利亚乳杆菌(lactobacillus bulgaricus)、植物乳杆菌(lactobacillus plantanum)、干酪乳杆菌(lactobacillus casei)、粪链球菌(streptococcus faecalis)等。
87.光合细菌通过光合作用为植物根系供氧，固定游离氮，分泌促进作物生长的物质，分解去除有害物质，例如荚膜红细菌(rhodobacter capsulatus)、球形红细菌(rhodobacter sphaeroides)、红色红细菌(rhodobacter rubrum)等。
88.酵母菌分解有机物质以生产有机酸、抗菌物质等，并分泌各种促进生长的活性物质，例如酿酒酵母(saccharomyces cerevisiae)、土霉半乳糖酵母菌(galactomyces geotrichum)、伯氏丝酵母菌(hyphopichia burtonii)等。
89.有益菌分解有机物质，并防治作物病害，例如枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis)、嗜热脂肪芽孢杆菌(bacillus stearothermophilus)、蜡样芽孢杆菌(bacillus cereus)、巨大芽孢杆菌(bacillus megaterium)、地衣芽孢杆菌(bacillus licheniformis)、恶臭假单胞菌(pseudomonas putida)、荧光假单胞菌(pseudomonas fluorescens)、洋葱假单胞菌(pseudomonas cepacia)等。
90.如上所述，根据本发明的促进作物生长和改良土壤的制剂包含如上所述的混合生物炭和微生物，因此具有优异的作物生长促进和土壤改良性质。
91.控释肥料
92.此外，本发明可以提供一种包含上述混合生物炭的控释肥料。
93.混合生物炭的平均直径可以为0.1至5mm、0.5至4mm或1至3mm。在这里，混合生物炭可以通过纤维化方法进行纤维化，其中粉碎是通过施加如上所述生产混合生物炭的所述方法中的剪切力进行的，以控制其平均直径。当控释肥料包含如上所述的纤维化混合生物炭时，可以有效地去除源自畜粪的堆肥等的气味，并提高所生产的控释肥料的腐烂度的成熟度和性能。
94.在这里，控释肥料可以包含一种或多种选自畜粪堆肥、尿素、高吸湿性树脂、液体肥料和npk复合肥料中的添加剂。
95.高吸湿性树脂只要是控释肥料中包含的常用的高吸湿性树脂就可以使用，没有任何特别限制，例如可以是选自聚丙烯酸、异戊二烯与马来酸酯的共聚物、淀粉与聚丙烯酸酯的共聚物、聚乙烯醇基化合物、聚丙烯酰胺基化合物、聚氧乙烯基化合物、羧甲基纤维素化合物以及丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物中的一种或多种。
96.此外，液体肥料是液体，只要是常用的液体肥料就可以使用，没有任何特别限制。
97.npk复合肥料是包含氮(n)、磷(p)、和k(钾)的肥料，只要是常用的npk肥料就可以使用，没有任何特别限制。
98.此外，混合生物炭包括孔隙，并且控释肥料可以在混合生物炭的孔隙中包含添加剂。例如，控释肥料可以通过灌输工艺制备，其中通过将添加剂溶解在溶剂中然后添加混合生物炭，添加剂被灌输到混合生物炭的孔隙中。如上所述，当控释肥料在混合生物炭的孔隙中包含添加剂时，由于混合生物炭的碳化表面部分的表面张力，对水分的润湿性降低，从而可以提高在作物生长期间添加剂(有效组分)逐渐洗脱的控释性质。
99.控释肥料可以呈丸状、压块状或球状。
100.此外，控释肥料可以通过控制混合生物炭的碳化程度来容易地控制添加剂等的洗脱时间。具体地，基于随着混合生物炭的碳化程度增加，添加剂的洗脱速率变为更快，而随着碳化程度的降低，添加剂的洗脱速率变慢的事实，通过控制混合生物炭的碳化程度，可以容易地控制添加剂等的洗脱时间和速率。
101.如上所述，根据本发明的包含混合生物炭的控释肥料具有的优点在于可以在不使用丸状或压块状的添加剂的情况下成型。此外，根据本发明的控释肥料具有作为有效组分的添加剂逐渐洗脱的控释性质，因此具有优异的土壤改良效果，并且适合作为控释肥料。
102.育苗床土
103.此外，本发明提供了含有上述混合生物炭的育苗床土。
104.育苗床土可以包含：一种或多种选自蛭石、珍珠岩、沸石、硅藻土和正土中的无机原材料；以及一种或多种选自泥炭藓、椰糠、树皮和堆肥中的有机原材料。
105.育苗床土可以包含相对于床土总重量的5至50wt％的混合生物炭。具体地，育苗床土可以包含相对于床土总重量的10至40wt％、15至35wt％或20至30wt％的混合生物炭。
106.如上所述的育苗床土包含混合生物炭，因此具有非常优异的促进作物生长性质。
107.用于畜舍的除臭剂组合物
108.本发明提供一种用于畜舍的除臭剂组合物，其包含上述混合生物炭。根据本发明的用于畜舍的除臭剂组合物包含混合生物炭，具有与木炭或活性炭相似的除臭性质，粪便吸附能力优异，质地柔软，并且因此可以有效地用作畜舍垫的常规锯末的替代品。
109.用于畜舍的除臭剂组合物的混合生物炭可以通过纤维化方法进行纤维化，其中粉
碎是通过施加如前述生产混合生物炭的方法中所述的剪切力进行的，以控制其平均直径。在这里，混合生物炭的平均直径可以是0.1至5mm、0.5至4mm或1至3mm。传统的生物炭具有针状晶体，因此存在难以用作畜舍垫的限制，但如上所述，包含纤维化混合生物炭的畜舍用除臭剂组合物具有球形或椭圆形晶体，因此该除臭剂组合物具有可以用作畜舍垫的优点。
110.此外，传统生物炭由于整个生物炭都被碳化而包括硬组织，当传统生物炭通过传统方法粉碎时，存在生物炭的颗粒较硬，并且在粉碎过程中粉碎成锋利的针状从而伤害牲畜的问题。因此，传统的生物炭不能用作畜舍垫的锯末的替代品。同时，根据本发明的混合生物炭具有纤维化(海绵状)组织，因此具有更柔软和更有弹性的颗粒形状，并且具有优异的除臭性质和优异的吸收畜舍粪便中包含的水分的能力。因此，混合生物炭可以用作畜舍垫的锯末的替代品。
111.具体地，用于畜舍的除臭剂组合物可以吸收相对于组合物的总重量的300至400wt％、350至400wt％或360至380wt％的水分。
112.在下文中，将参考实施例详细描述本发明。然而，以下实施例仅用于更具体地说明本发明，而本发明的内容不受以下实施例的限制。
113.实施例1.半碳化和碳化同时进行的混合生物炭的生产以及生物炭的性质分析
114.实施例1
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1至1
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3和比较例1
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1至1
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4：生物炭的生产
115.将粉碎至直径为4mm的废木材放入回转窑反应器中，向反应器中注入氩气以形成缺氧条件，然后将反应器的表面加热至在下表1中所列出的温度并进行30分钟的热处理，以允许废木材(生物质)的半碳化和碳化同时进行，从而生产实施例1
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1至1
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3和比较例1
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1至1
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4的每一个中的生物炭。
116.【表1】
[0117][0118]
实验例1.生物炭的性质分析
[0119]
为了分析在实施例1
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1至1
‑
3和比较例1
‑
1至1
‑
4的每一个中生产的生物炭的基本性质，进行了工业分析、元素分析以及ph、cec和ec测量。
[0120]
具体地，在工业分析中，将3g生物炭放入坩埚中，在105℃下加热24小时，在450℃盖上盖子加热30分钟，在750℃不加盖加热30分钟，这些过程依次进行以计算水分、挥发分、固定碳和灰分的含量。此外，在元素分析中，使用元素分析仪测量在生物炭中碳、氢、氧和氮的含量。此外，通过将样品和蒸馏水以1:5的重量比混合，使用ph计测量ph值，并且ec是指电导率并且使用ec计测量。cec是指阳离子交换容量，与1m醋酸铵溶液一起搅拌后滤液用
whatman 2号滤纸过滤，进行icp分析。在这种情况下获得的结果显示在表2和表3中。
[0121]
【表2】
[0122][0123]
【表3】
[0124][0125]
如在表2和表3中所示，在反应器的表面温度在350℃至500℃范围内的实施例1
‑
1至1
‑
3中的每一个的生物炭的情况下，表面部分的ph值为6.5至8.4，表示弱酸性至中性。此外，证实了反应器的表面温度低于350℃时，有毒物质存在，而当表面温度超过500℃时，有毒物质被去除，但表面部分的ph值和碳含量很高，因此微生物繁殖是不可能的。
[0126]
实验例2.表面结构分析
[0127]
用肉眼和sem检查实施例1
‑
1的生物炭的中心部分和表面部分的表面结构。在这种情况下获得的结果显示在图3和图4。
[0128]
图3和图4显示了根据本发明的实施例1
‑
1的生物炭，图3的a是实施例1
‑
1的生物炭的中心部分的用肉眼检查的照片，而图3的b是实施例1
‑
1的生物炭的表面部分的用肉眼检查的照片。图4的a是实施例1
‑
1的生物炭的中心部分的用sem检查的照片，而图4的b是实施例1
‑
1的生物炭的表面部分的用sem检查的照片。
[0129]
参考图3和图4，可以证实根据本发明的混合生物炭的中心部分和表面部分的形状和结构是不同的。
[0130]
实施例2.使用乳液浴法生产生物炭，以及生物炭的性质分析
[0131]
实施例2
‑
1至2
‑
8和比较例2
‑
1至2
‑
3：生物炭的生产
[0132]
将粉碎至直径为4mm的废木材放入乳化浴设备中，在如下表4中所示的温度条件下进行乳化浴20分钟，以在半碳化中心部分的同时碳化表面部分，从而生产实施例2
‑
1至2
‑
8的每一个中的生物炭和比较例2
‑
1至2
‑
3的每一个中的生物炭。此外，大豆油用作乳液。
[0133]
【表4】
[0134] 乳液温度(℃)比较例2
‑
10比较例2
‑
250比较例2
‑
3100实施例2
‑
1150实施例2
‑
2160实施例2
‑
3170实施例2
‑
4180实施例2
‑
4190实施例2
‑
6200实施例2
‑
7210实施例2
‑
8220
[0135]
实验例3.生物炭的性质分析
[0136]
为了分析实施例2
‑
1至2
‑
8和比较例2
‑
1至2
‑
3中的每一个生产的半碳化生物炭和碳化生物炭的组分，使用了美国nrel标准分析方法。具体地，将干燥后的生物炭样品放入72％硫酸中，在30℃反应1小时后，然后向其添加蒸馏水，所得物在121℃反应1小时。然后，用坩埚过滤器过滤所得物，然后使用高效液相色谱法(hplc)和分光光度法分析液体滤液。在这种情况下获得的结果显示在表5和表6。
[0137]
【表5】
[0138][0139]
【表6】
[0140][0141]
实验例4.对种植作物和减少温室气体的效果的实验
[0142]
将实施例1
‑
1的生物炭施用于马铃薯和辣椒的栽培，并分析了该情况下施用了生物炭的土壤的温室气体。在这里，所得结果显示在下表7(马铃薯)和表8(辣椒)中。
[0143]
具体地，温室气体排放量由公式1计算，其中x为使用量(kg)，y为温室气体排放量(kg/ha)。
[0144]
【公式1】
[0145]
y＝0.5523x
‑
742.57
[0146]
此外，适销块茎重量是指重量在80g或更大的块茎的重量，适销块茎率是指适销块茎重量占整个块茎重量(总产量)的重量比，通过收获马铃薯和直接检查马铃薯的方法来测量适销块茎产量和适销块茎率。
[0147]
此外，在这种情况下使用的化肥采用南海化学公司生产的定制16号复合肥，控释肥料采用南海化学公司生产的orega。
[0148]
【表7】
[0149][0150]
【表8】
[0151][0152]
如在表7和表8中所示，证实了当根据本发明的实施例1
‑
1的生物炭施用于马铃薯和辣椒的栽培时，与未经处理组相比，产量增加了约80％或更多，并且与常规做法使用的化肥相比，生产率也提高了约10％或更多。此外，与常规做法相比，证实了温室气体也减少了约68.5％至73.5％。
[0153]
实验例5.对土壤改良效果的试验
[0154]
将实施例1
‑
1的生物炭添加到正常土壤中，然后分析土壤的组分。在这种情况下获得的结果显示在下表9中，并且o.m(％)表示基于土壤的总重量的有机物质的含量。
[0155]
【表9】
[0156][0157]
如在表9中所示，作为将根据本发明的实施例1
‑
1的生物炭添加到正常土壤中的结果，证实了包括ph值在内的整体土壤性质得到改良。
[0158]
实施例3.喷洒植物油后通过半碳化和碳化同时进行生产生物炭，以及生物炭的性质分析
[0159]
实施例3
‑
1至3
‑
3和比较例3
‑
1至3
‑
4：生物炭的生产
[0160]
将占据废木材总重量5wt％的大豆油喷洒在粉碎至直径为4mm的废木材上，然后将所得物放入回转窑反应器中。随后，向反应器中注入氩气以形成缺氧条件，然后将反应器的表面加热至在下表10中所列出的温度并进行约30分钟的热处理，以允许废木材的半碳化和碳化同时进行，从而生产实施例3
‑
1至3
‑
3的每一个中的生物炭和比较例3
‑
1至3
‑
4的每一个中的生物炭。
[0161]
【表10】
[0162][0163]
实验例6.生物炭的性质分析
[0164]
为了分析在实施例3
‑
1至3
‑
3和比较例3
‑
1至3
‑
4的每一个中生产的生物炭的基本性质，进行了工业分析、元素分析以及ph、cec和ec测量。工业分析、元素分析以及ph、cec和ec测量以与实验例1中相同的方式进行，所得结果显示在表11和表12。
[0165]
【表11】
[0166][0167]
【表12】
[0168][0169][0170]
如在表11和表12中所示，在实施例3
‑
1至3
‑
3的情况下喷洒植物油后通过半碳化和碳化处理生产的生物炭，表面部分的ph值为中性或弱酸性，没有有毒物质，并且微生物繁殖是可行的，因此可以看出实施例3
‑
1至3
‑
3适用于土壤。
[0171]
实施例4.混合生物炭的粉碎
[0172]
将500kg实施例3
‑
2的混合生物炭放入锤磨机中，该锤磨机是冲击式粉碎机，或盘
磨机，其通过施加剪切应力进行粉碎，并粉碎约5分钟。
[0173]
实验例7.通过粉碎类型观察混合生物炭的颗粒形状
[0174]
将在实施例4中粉碎的混合生物炭的形状用放大镜放大观察，其结果显示在图5中。
[0175]
如在图5中所示，使用剪切力粉碎机的盘磨机粉碎的颗粒通常被观察到是纤维状(海绵状)，而使用冲击式粉碎机的锤磨机粉碎的颗粒具有非常锋利的针形结构。
[0176]
实施例8.对粉碎类型的畜粪吸附率和切片粒度的实验
[0177]
收集100g在实施例4中粉碎的混合生物炭和100g松木锯末(用于畜舍垫的锯末)作为样品，通过搅拌测量100g样品的最大粪便吸附率，同时按重量比在畜舍粪便中添加猪舍液态粪便。测量结果值显示在表13中。
[0178]
具体地，最大粪便吸附率确定为最大粪便吸附量，基于搅拌后在室温下放置5分钟，样品和粪便完全发生分层的时间点，然后通过敲击收集样品的表面上的粪便。此外，使用100g的每种样品和粒度分离器测量粒度。
[0179]
【表13】
[0180][0181]
如在表13中所示，使用剪切力粉碎机的盘磨机粉碎的颗粒通常表现出与用于垫的锯末相似的比重，并且相对于样品重量具有最高的最大水分含量。因此，可以看出，当该颗粒施用于畜舍垫时，粪便吸附能力提高，除臭效果优异，因此垫的更换周期会更长。
[0182]
同时可以看出，使用冲击式粉碎机的锤磨机粉碎的颗粒产生大量细粉，未填充比例高，水分吸收能力最低，因此不适合作为畜舍垫的替代品。
[0183]
实施例5.育苗床土的生产及使用其育苗
[0184]
实施例5
‑
1：育苗床土的生产
[0185]
将农京公司出售的育苗床土90g与实施例3
‑
2的混合生物炭10g混合后，种植大白菜，调查其生长状况，其结果显示在图6中。
[0186]
实施例5
‑
2至5
‑3[0187]
以与实施例5
‑
1中相同的方式种植大白菜并调查其生长状况，不同之处在于，农京公司出售的育苗床土和实施例3
‑
2的混合生物炭以8:2或7:3的重量比混合并使用该混合物。
[0188]
比较例4
[0189]
除了使用农京公司出售的育苗床土之外，以与实施例4
‑
1中相同的方式调查大白菜的生长状况。
[0190]
如在图6中所示，与在比较例4的育苗床土中栽培的大白菜相比，在实施例5
‑
1至5
‑
3的每一个的育苗床土中栽培的大白菜具有更好的根和叶生长状态。
[0191]
实施例6.控释肥料的生产
[0192]
实施例6
‑
1：真空灌输
[0193]
将20g npk肥料(生产商：namhae chemical corporation，商品名：orega)溶解在180g水中以制备肥料水溶液。此后，将用剪切力粉碎机粉碎的实施例4的100g混合生物炭添加到肥料水溶液中，并进行真空处理以在混合生物炭的孔隙中灌输npk肥料。接下来，将所得物在105℃下干燥60分钟以生产控释肥料。
[0194]
实施例6
‑2[0195]
除了不进行真空处理之外，以与在实施例6
‑
1中相同的方式生产控释肥料。
[0196]
实验例9.不同灌输条件下的肥料含量分析
[0197]
测量在实施例6
‑
1和6
‑
2中生产的控释肥料的灌输前混合生物炭的重量、灌输后混合生物炭的重量和灌输干燥后混合生物炭的重量，并显示在表14中。
[0198]
【表14】
[0199][0200]
如在表14中所示，可以看出，与不进行真空处理的通过正常灌输生产的实施例6
‑
2相比，通过真空灌输生产的实施例6
‑
1吸收更多的肥料水溶液约74g，并且即使在干燥后也包含更多的肥料13g。
[0201]
实验例10.控释肥料的控释性质的评估
‑
作物生长
[0202]
将实施例6
‑
1的控释肥料施用于萝卜、卷心菜、莴苣的栽培，并与未施用控释肥料的未处理组进行比较。测量栽培的萝卜、卷心菜和莴苣的茎的长度和厚度以及根的长度和厚度，其结果显示在下表15中。
[0203]
【表15】
[0204][0205]
如在表15中所示，可以看出，与在未使用控释肥料处理的土壤中栽培的萝卜、卷心菜和莴苣相比，在使用控释肥料处理的土壤中栽培的萝卜、卷心菜和莴苣显示出更好的茎和根生长。
[0206]
实验例11.控释肥料的控释性质的评估
‑
肥料的洗脱性质
[0207]
将5g实施例6
‑
1的控释肥料添加到50g蒸馏水中，6小时、12小时、24小时、48小时、
72小时后，测量蒸馏水中氮、钾、磷酸的含量，其测量结果显示在表16中。具体地，以添加控释肥料的蒸馏水的总重量来计算在蒸馏水中的氮含量。
[0208]
【表16】
[0209][0210]
如在表16中所示，可以看出，实施例6
‑
1的控释肥料连续洗脱出恒定含量的肥料组分。
[0211]
在上文中，已经示例性地描述了本发明的优选实施方式，但是本发明的范围不限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员可以在本发明权利要求所述的范围内适当变更。