[发明专利]一种适用于氧化性土壤的土壤改良材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种土壤改良材料，尤其涉及一种适用于氧化性土壤的土壤改良材料。

背景技术

以木质纤维素为主要成分的农林生物质是陆地上最为丰富的可再生性资源。生物质不仅是宝贵的天然高分子材料宝库，而且其中还蕴藏着丰富的化学能量以及齐全的植物营养元素-已知的和未知的。化石资源日趋耗竭，以生物质炼制为代表的新型化学工业体系正在形成之中，但是如果完全忽视生物质在生态系统循环中的作用则是危险的，只有对生物质进行合理开发、完全利用才可以确保人类的可持续发展目标。

在现有的生物质炼制方法中，生物质微波辅助定向催化裂解技术是最具生命力的。微波裂解反应是在无氧的条件下，将生物质加热至400-500℃，在短时间内裂解反应成低分子有机蒸气和不可冷凝的气体。有机蒸气经快速冷却得到液态的有机化学品或液体燃料。而不可冷凝的气体部分主要有CO、H₂、CH₄、CO₂构成，成为生物合成气。在反应器中不可挥发的固体残余物称为生物焦炭，是反应的固体产物部分。与传统的热裂解相比，微波裂解生物质产生的气体组成具有富氢、无焦油、高热值等优势，可以通过费托反应(Fischer-Tropsch reaction)合成甲醇、二甲醚和航空煤油，这就是所谓的间接液化。借助催化剂的作用，可以实现生物质的定向催化微波裂解的目的，在不同的工段分别收集不同组分，特别是左旋葡萄糖，有相对高的收率。左旋葡萄糖，是重要的化学药品和生物燃料中间体。可见该技术可以利用各种低值的木质纤维素原料裂解可以获取各种生物质合成气、各种液态化学品和生物焦。

目前关于生物焦利用的研究还比较有限。2007年高龙兰等采用碱处理微波活化法对微波裂解的竹炭进行活化，获得了吸附能力很强的活性炭，但是处理过程产生较大的废水污染。2009年韩东平等研制成功了磺化生物焦固体酸催化剂，但其市场需求量非常有限。因此，把生物焦经过合理的改良用于土壤改良剂可能是最好的选择。生物焦回田利用是防止生物质开发利用过度可能对土壤造成养分流失和土壤有机物平衡破坏的一个主要途径。在红壤地区，气温高，土壤干湿交替频繁，土壤粘粒脱硅富铝化严重，土壤阳离子代换量低。一旦粘土与有机物形成化学结合，就能收到显著的改良效果。红壤中，特别是旱作红壤，有机物没有充分的机会和粘粒结合，因此土壤有机质分解极快。土壤肥力非常贫乏。所以采用有效手段提高红壤有机物含量，特别是稳定态的土壤有机物，成为红壤培肥的关键。

中国是一个有悠久的农业文明历史的国家，在长期的农业生产实践中，劳动人民发明了熏土制肥的宝贵经验，后经科研证明熏土确实有显著的增产效果。而且是粘土经过生物质不完全裂解的产物熏黑的部分效果最好。而被高温烧成红色的部分效果反而下降。这一结论还被氧炔焰高温烧灼土壤没有明显增产作用所证实。可以推测在较高的温度下，有机物裂解产物中的某些成分和粘粒发生了化学作用，有可能介入粘土矿物的层间，极大地提高了土壤对有机物分子的保护作用，使其具有更强的抵御微生物分解的能力。有机物的存在又大大提高了粘粒的阳离子代换容量，提高了土壤保持养分、水分的能力。甚至还赋予这种粘粒-有机物复合体某种有益的催化能力，可以在优化作物根系生活环境方面发挥显著的作用。

在生物质的热解利用中，特别是近年来新兴的生物质微波裂解技术，为了实现裂解的定向性，或者为了使裂解产物更为单纯易于分离精炼，各种催化剂包括粘土都被用于催化裂解。其中磷酸催化剂的使用对于提高醋酸、糠醛、脱水糖的选择性非常有效。而粘土的应用有效地阻止了焦油物质，特别是稠环烃的发生。这一发展趋势成为生物质炼制联产新型土壤改良材料的契机。生物焦中继承了生物质中所含的大部分植物营养成分，在其作土壤改良剂的过程中还兼可发挥缓释肥料的功能。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种适用于氧化性土壤的土壤改良材料，根据对产物的要求使用不同的催化剂与生物质混合，采用工业化的微波裂解装置以螺杆推送装置连续性推送到反应部位，把微波功率、裂解温度等工艺参数调整到节能的状态，生物质经过反应部位，持续一定的时间，在第一个出料口收集由半纤维素裂解得到C2-C5等精细化学品、在第二个出料口收集由纤维素、木质素裂解得到C6-C10的化学品、在第三个出料口收集不可冷凝气体，经纯化送入费托而成装置。最后从尾部出料口收集到的是生物焦，生物焦经过中和改良后密封装袋，供做土壤结构改良剂。

本发明是这样来实现的，其特征是方法步骤为：