[发明专利]一种利用陶粒和生物炭共热解制备土壤改良剂的方法

说明书

本发明公开一种利用陶粒和生物炭共热解制备土壤改良剂的方法，将工业废弃物粉碎、混合后造粒，通过阶梯式升温对其进行焙烧，冷却至室温，得到陶粒。以木质素作为粘合剂，将陶粒与生物质结合后共热解，最终获得一种优良的土壤改良剂。制备原料均采用固体废弃物，大大降低了生产成本，同时实现了固体废弃物的资源化利用。本发明利用木质素作为纯天然粘合剂，实现了生物炭和陶粒的结合，解决了直接共热解难以实现两者结合的问题。陶粒多孔结构为其提供了良好的保水性和吸附性能，其表面负载的生物炭也能够对土壤起到固碳保肥的作用。该发明所用工业固废中的重金属离子等在共热解后被固定，同时粘合剂天然无污染，施用到土壤中不会产生二次污染，故该陶粒能作为良好的土壤改良剂施用。

技术领域

本发明涉及一种利用陶粒和生物炭共热解制备土壤改良剂的方法，属于新材料技术领域。

背景技术

陶粒在提升土壤保水性方面具有重要作用，而生物炭对于土壤修复也不可或缺，将两者结合为一个整体，则可以良好利用两者的优势，使之能够对土壤修复实现最大的功能化。因此选用合适的方法将生物炭与陶粒结合，成为了新型土壤改良剂亟待解决的问题。

现已有生物质采用原位水热碳化的方式将生物炭与陶粒结合，生产具有土壤改良性能的材料。但该方法需要增加容器的压力，这一条件在大规模生产中难以满足，且存在较大的安全隐患。水热碳化过程还将产生大量的废液，带来了新的生产废物，且不易处理。另外，利用该方法制备的土壤改良材料中的生物炭以水热碳的形式存在，水热碳存在酸化趋势，不利于其在酸性土壤中的利用。

采用热解的方法制备生物炭与陶粒相结合的土壤改良剂能够有效解决上述问题：热解炭在制备过程中不会产生大量废液或废气，无需进行生产废物的处理；另外，利用热解的方法制备土壤改良剂，其中的生物炭以热解炭的形式存在，热解炭呈碱性，有利于酸性土壤的改良。但直接将生物质与陶粒物理混合后再热解，难以实现两者的结合，因此需要利用合适的粘结剂，在热解之前将两者进行初步结合，才有利于热解过程中两者进一步的紧密结合，最终制备出具有良好性能的土壤改良剂。

现常用的粘结剂主要有树脂材料、橡胶材料、乳液胶黏剂等，这些材料在用作粘结剂方面均具有一定的优势，但树脂材料容易堵塞陶粒表面的孔道，从而降低其吸水性；橡胶材料存在难降解的问题，施用到土壤中会对为土壤带来新的污染；而乳液胶黏剂则存在耐水性不高的问题，在土壤中难以利用。以上常用的粘合剂在制备过程中普遍存在工艺复杂，需额外添加化学试剂的问题，也增加了产品制备的成本。除了无机粘结剂外，还有利用淀粉制备的有机粘结剂，但其中需添加多种化学试剂，对改良剂在土壤中的应用不利，且工序复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用陶粒和生物炭共热解制备土壤改良剂的方法，采用木质素作为天然粘结剂，使得陶粒与生物炭结合，提高陶粒材料的土壤改良性能，扩展其应用范围，同时避免粘结剂对环境造成二次污染。

本发明通过以下技术方案实现：

一种利用陶粒和生物炭共热解制备土壤改良剂的方法，包括以下步骤：

（1）将粉煤灰、赤泥、磷石膏、生物质混合均匀后加入去离子水进行造球，然后放入马弗炉中，采用阶梯式升温的方法对陶粒进行焙烧，焙烧后自然冷却至室温，获得陶粒。

（2）向木质素粉末中加入水，得到粘稠的木质素粘合剂，将粘合剂均匀附着在陶粒上，再放入生物质粉末中，使生物质粉末粘合到陶粒表面。

（3）将粘合好生物质的陶粒放入石英舟中，在氮气保护氛围下进行热解，待热解完成冷却后取出陶粒，轻轻去除表面物理粘附的生物质，得到共热解结合生物炭的陶粒。

优选的，本发明步骤（1）中混合物料中各原料的添加量为粉煤灰60~85重量份、赤泥40~15重量份、磷石膏10~30重量份、生物质重量份10~50重量份。