水稻秸秆炭基缓释肥的制备及性能研究

【摘要】：生物质炭是将农作物秸秆、木屑等生物质材料在限制或隔绝氧气的环境条件下,经热解得到的固体产物。利用农作物秸秆等废弃物制备成的生物质炭由于灰分含量较高,在工业领域应用会受到一定的限制,而在农业领域上却可以广泛应用。本文以水稻秸秆为原材料,通过连续热解装置制备生物质炭,通过对炭的产率、工业分析、pH、碘吸附值、比表面积、扫描电镜(SEM)等指标的测定,初步研究了不同热解温度对产物的影响。借助生物质炭的吸附性能,通过圆盘造粒和挤压成型两种不同的方式制备生物质炭基肥料。通过对肥料成型效果、最大压缩力值与淋溶结果的测定,对肥料的成型情况、力学性能与缓释性能进行了评价,主要研究内容及结果如下： (1)利用自制的连续热解装置制备分别在400。C、450。C、500。C、550。C、600。C温度下对水稻秸秆进行热解,对产物中炭的一般指标进行测定,结果表明：热解温度变化对生物质炭的产率有着明显的影响,400。C热解所得生物质炭的产率最大,为41.66%,所含孔隙较少。随温度升高后的的生物质炭的孔隙结构较为发达,特别是高于500。C高温活化所得生物质炭孔隙结构特别丰富。随热解温度的升高,产物的灰分含量比例逐渐升高,挥发份逐渐降低,固定碳逐渐升高,pH逐渐升高。热解温度对水稻秸秆热解生物炭碘吸附值的影响明显,600℃热解所得生物质炭碘吸附值最大,为398.4mg/g;此时比表面积值也最大,为35.0117m2/g。 (2)利用圆盘造粒方法制备粒状生物质炭基尿素肥料,分析结果表明：制备所需的水分的添加量一般在15-25%之间比较适宜。粒状生物质炭基尿素肥料的力学性能随成型生物质炭含量的减少,粘结剂添加量的增加和颗粒粒径的增大而升高。粒状生物质炭基尿素肥料的缓释性能明显优于尿素颗粒肥料,其缓释性能随生物质炭含量的增多,粘结剂添加量和颗粒粒径的增大而升高。考察肥料的力学指标、淋溶效果与经济性,在生物质炭与尿素质量比1：1、粘结剂添加量为10%的条件下,制备的粒状生物质炭基尿素肥料性能较好。 (3)利用挤压成型方法制备柱状生物质炭基尿素肥料,对肥料的成型情况、力学性能和缓释性能进行了分析。结果表明,肥料中水的添加量一般在5-10%之间比较适宜。柱状生物质炭基尿素肥料的力学性能明显优于圆盘造粒制备的粒状肥料,不同粘结剂肥料的力学性能不同。当粘结剂种类固定时,肥料的力学性能随成型压力的增大,生物质炭含量的减少,粘结剂添加量的增加而升高。通过淋溶试验发现柱状生物质炭基尿素肥料的缓释性能要优于传统尿素肥料,其粘结剂的种类不同其缓释效果也不同,羧甲基纤维素钠和氧化淀粉要优于其他粘结剂。肥料的缓释性能随成型压力的增大,生物质炭含量的增多,粘结剂添加量的增大而升高。考察其力学指标、淋溶效果与经济性,当粘结剂为羧甲基纤维素钠或氧化淀粉、成型压力为6MPa、生物质炭与尿素质量比1：1、粘结剂添加量为7%的条件下,制备的柱状生物质炭基尿素肥料性能较好。 【关键词】：秸秆 生物质炭 热解 圆盘造粒 挤压成型 缓释性能
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ449.1
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 1 前言11-21
• 1.1 生物质炭的性质与特征12-13
• 1.2 生物质炭对土壤的改良作用13-15
• 1.2.1 对土壤物理性质的改良作用13-14
• 1.2.2 对土壤化学性质的改良作用14-15
• 1.2.3 对土壤微生物的改良作用15
• 1.3 生物质炭肥效机理15-16
• 1.4 缓释肥料研究现状16-19
• 1.4.1 高表面活性矿物质缓释肥的研究17
• 1.4.2 高分子化合物缓释肥的研究17-18
• 1.4.3 抑制剂缓释肥的研究18-19
• 1.4.4 生物质炭缓释肥的研究19
• 1.5 本研究的目的和意义19-20
• 1.6 本研究主要内容20-21
• 1.6.1 主要内容20
• 1.6.2 技术路线图20-21
• 2 水稻秸秆生物质炭制备21-28
• 2.1 材料与方法21-23
• 2.1.1 试验材料21-22
• 2.1.2 试验设备22-23
• 2.1.3 试验方法23
• 2.2 结果与分析23-27
• 2.2.1 热解温度对生物质炭产率的影响23-24
• 2.2.2 热解温度对生物质炭工业分析的影响24
• 2.2.3 热解温度对生物质炭pH的影响24-25
• 2.2.4 热解温度对生物质炭碘吸附值的影响25
• 2.2.5 热解温度对生物质炭比表面积的影响25
• 2.2.6 热解温度对生物质炭扫描电镜结果的影响25-27
• 2.3 本章小结27-28
• 3 粒状炭基缓释肥料制备及性能研究28-37
• 3.1 材料与方法28-30
• 3.1.1 试验材料与设备28-29
• 3.1.2 试验方法29-30
• 3.2 结果与分析30-36
• 3.2.1 粒状缓释肥料的成型30-31
• 3.2.2 粒状缓释尿素压缩力学性能31-32
• 3.2.3 粒状缓释尿素肥料缓释性能32-36
• 3.3 本章小结36-37
• 4 柱状缓释肥料制备及性能研究37-53
• 4.1 材料与方法37-38
• 4.1.1 试验材料与设备37
• 4.1.2 试验方法37-38
• 4.2 结果与分析38-52
• 4.2.1 柱状炭基缓释肥料的成型38-39
• 4.2.2 柱状炭基缓释肥料压缩力学性能39-42
• 4.2.3 柱状炭基缓释肥料缓释性能42-52
• 4.3 本章小结52-53
• 5 结论与展望53-54
• 5.1 结论53
• 5.2 不足与展望53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-60
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文60

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