本發(fā)明涉及生物炭的制備，特別是涉及一種輕木生物炭的改性方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、生物炭是一種通過在低氧環(huán)境中熱解生物質(zhì)(如植物殘余、木材屑等)而成的固體物質(zhì)。它具有高度的孔隙結(jié)構(gòu)和碳含量，因此在土壤改良和環(huán)境治理等方面有廣泛應(yīng)用。還可以用作過濾材料，吸附水中的重金屬、農(nóng)藥和其他污染物；生物炭還可以作為填料，改善塑料、橡膠和其他復(fù)合材料的性能；生物炭可用于生產(chǎn)環(huán)保建材，如碳負(fù)混凝土和保溫材料。

2、傳統(tǒng)的生物炭制備包括傳統(tǒng)窯法、熱解法、氣化法、水熱炭化和微波熱解等，但這些方法制備出生物炭的功效相對較低，而生物炭在土壤改良中的需求量很大，但是由于現(xiàn)有的生物炭功效較低，所以在改良土壤中的效果不明顯，需要大量的生物炭，不僅增加了成本，還造成了生物炭的浪費。輕木從砍伐到原木加工會產(chǎn)生大量的邊角料，輕木密度輕，是制備生物炭的理想材料。傳統(tǒng)的生物炭加工方法一般不易控制碳化程度，導(dǎo)致碳結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，施入土壤后改良效果并不明顯。

3、鑒于此，亟須對其特異性進(jìn)行改性才能實現(xiàn)最大化應(yīng)用。因此，需要尋找一種對生物炭進(jìn)行改性的方法，來提高生物炭功效。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決或部分解決相關(guān)技術(shù)中存在的問題，一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N輕木生物炭的改性方法，改性方法包括以下步驟：

2、1)將輕木枝干進(jìn)行一次粉碎后烘干，得到輕木碎片，再采用厭氧干餾熱解后進(jìn)行二次粉碎，得到輕木生物炭碎片；

3、2)將所述1)中輕木生物炭碎片與磷酸鹽按照1-5：1質(zhì)量比進(jìn)行混合后，入去離子水浸泡一定時長后烘干，得到干燥后的輕木生物炭碎片；

4、所述磷酸鹽為磷酸二氫銨；

5、3)對所述2)中得到的干燥后的輕木生物炭碎片進(jìn)行二次厭氧干餾，得到改性后的輕木生物炭。

6、進(jìn)一步，1)中的烘干的溫度為70℃，烘干的時間為48小時。

7、進(jìn)一步，厭氧干餾的具體操作為：將輕木碎片放入碳化爐中；所述碳化爐的爬溫速率3-5℃/min，升溫至400℃后維持2-3h。

8、進(jìn)一步，二次厭氧干餾的具體操作為：將所述2)中得到的干燥后的輕木生物炭碎片放入碳化爐中；所述碳化爐的爬溫速率3-5℃/min，升至400℃維持1-2h。

9、進(jìn)一步，2)中的一定時長為72h。

10、另一方面，本申請還提供了一種輕木生物炭在土壤上的施用方法，施用方法的步驟包括以下步驟：

11、(1)按照一定行距和株距定好位置，在相應(yīng)的位點挖坑，把土壤完全松動后，撒入棉隆滅菌劑，覆蓋一定時間后，再進(jìn)行排氣；

12、(2)在輕木定根后，采用穴施的方法施入生物炭；所述生物炭施入的量為60-120g；

13、穴施的方法具體步驟為：在距幼苗15-20cm處挖直徑8-12cm，深8-12cm的穴；

14、生物炭為上述的改性方法制備得到的改性后的輕木生物炭。

15、進(jìn)一步，行距為4米，株距為3.5米。

16、進(jìn)一步，坑的大小為：直徑45-55cm，深度為48-53cm。

17、進(jìn)一步，(1)中覆蓋的時間為10-15天；排氣的時間為8-12天。

18、另一方面，本申請還提供了一種輕木生物炭在改善土壤上的應(yīng)用，輕木生物炭由上述的輕木生物炭的改性方法制備得到。

19、有益效果

20、1)厭氧干餾制備輕木生物炭的工藝；

21、厭氧干餾在缺氧條件下進(jìn)行，減少了碳的氧化損失，使生物質(zhì)更有效地轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的碳形式，從而提高了輕木生物炭的碳保留率。由于缺氧環(huán)境，厭氧干餾減少了有害氣體(如一氧化碳和其他揮發(fā)性有機化合物)的產(chǎn)生，與傳統(tǒng)燃燒或熱解方法相比，排放更為清潔。厭氧干餾過程中產(chǎn)生的可燃?xì)怏w和液體副產(chǎn)物(如生物油)可以被收集用于能源生產(chǎn)，提高了整體工藝的資源利用效率。與高溫?zé)峤庀啾龋瑓捬醺绅s在較低溫度下進(jìn)行，因此能耗較低，更為節(jié)能。該工藝能夠處理多種生物質(zhì)原料，包括農(nóng)業(yè)廢棄物和林業(yè)殘余物，適用范圍廣。厭氧干餾生成的生物炭結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，可以在土壤中長期存在，提供持續(xù)的土壤改良和碳固存效果。

22、2)磷酸鹽改性輕木生物炭的方法；由于輕木種植過程中會顯著增加土壤中交換性鋁含量，而交換性鋁含量的增加會限制土壤中磷的可利用性。而磷酸鹽改性輕木生物炭可以顯著增加土壤中磷的可利用性，同時抑制交換性鋁含量的進(jìn)一步增加。

23、3)本申請使用了土壤原位滅菌技術(shù)，清除土壤微生物遺留效應(yīng)，促使輕木重新募集微生物類群，構(gòu)建新的互作關(guān)系，增加輕木生物量累積；

24、4)本申請在土壤耕作時采用了生物炭穴施措施，以固定的位置進(jìn)行穴施，精準(zhǔn)給養(yǎng)分，可以節(jié)省炭的施入，節(jié)省成本。

25、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本申請。

技術(shù)特征：

1.一種輕木生物炭的改性方法，其特征在于，所述改性方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述1)中的烘干的溫度為70℃，烘干的時間為48小時。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述厭氧干餾的具體操作為：將輕木碎片放入碳化爐中；所述碳化爐的爬溫速率3-5℃/min，升溫至400℃后維持2-3h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述二次厭氧干餾的具體操作為：將所述2)中得到的干燥后的輕木生物炭碎片放入碳化爐中；所述碳化爐的爬溫速率3-5℃/min，升至400℃維持1-2h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述2)中的一定時長為72h。

6.一種輕木生物炭在土壤上的施用方法，其特征在于，所述施用方法的步驟包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的施用方法，其特征在于，所述行距為4米，株距為3.5米。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的施用方法，其特征在于，所述坑的大小為：直徑45-55cm，深度為48-53cm。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的施用方法，其特征在于，所述(1)中覆蓋的時間為10-15天；所述排氣的時間為8-12天。

10.一種輕木生物炭在改善土壤上的應(yīng)用，其特征在于，所述輕木生物炭是由權(quán)利要求1所述的輕木生物炭的改性方法制備得到。

技術(shù)總結(jié)
本申請是關(guān)于一種輕木生物炭的改性方法及應(yīng)用。本申請?zhí)峁┑纳锾恐苽浞椒ㄍㄟ^厭氧干餾制備輕木生物炭，控制碳化程度獲得相對穩(wěn)定的生物炭。采用不同磷酸鹽改性輕木生物炭，對比不同磷酸鹽的改性效果及其功效，找到適合于輕木種植的改性生物炭。結(jié)合穴施生物炭的方式，可以顯著提升生物炭的利用效率，節(jié)約成本。

技術(shù)研發(fā)人員：李委濤,卯明成,鄭玉龍,劉長安,陳亞軍,樂萍萍,王益加
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28