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一种基于土壤修复的生物炭复合材料制备方法

文献发布时间:2023-06-19 18:37:28


一种基于土壤修复的生物炭复合材料制备方法

技术领域

本发明涉及生物炭制备技术领域,尤其涉及一种基于土壤修复的生物炭复合材料制备方法。

背景技术

生物炭作为一种历史悠久的材料,其对土壤的肥力增长有着明显改善,但随着工业化的进城,常规的生物炭已经无法满足因各类污染导致的土壤肥力下降与土壤孔隙率异常的问题。

中国专利申请公开号:CN107459992A公开了一种硫基-巯基改性生物炭的制备方法及改性生物炭,利用将硫基化改性溶液与生物炭混合的方式,充分发挥了生物炭比表面积大、镉具有亲硫作用,对土壤中可交换态镉具有较强的吸附、络合及共沉淀作用,使土壤中有效态镉达到显著的固化效果;中国专利申请公开号:CN111250050A公开了一种改性生物炭的制备方法及改性生物炭,利用将生物炭与腐殖酸溶液共同震荡的方式制备改性生物炭,以减少化工产品改性而带来的环境污染隐患;中国专利申请公开号:CN108315354A公开了一种利用秸秆糖化残渣制备生物炭的方法及其制备的生物炭的应用,将糖化残渣放置于加热设备中,在厌氧环境下,300-600℃处理2小时以上,最终获得生物炭;

由此可见,上述技术方案,存在以下问题:难以根据土壤孔隙率制备符合土壤性质的生物炭,从而改善土壤的物理性质。

发明内容

为此,本发明提供一种基于土壤修复的生物炭复合材料制备方法,用以克服现有技术中难以根据土壤孔隙率制备符合土壤性质的生物炭,以改善土壤的物理性质,从而导致生物炭复合材料土壤修复针对性不强的问题。

为实现上述目的,本发明提供一种基于土壤修复的生物炭复合材料制备方法,包括:

步骤S1,利用执行机构使用若干种类的原料烧制生物炭,并将烧制后的生物炭送至检测机构进行检测;

步骤S2,当所述检测机构收取各所述原料对应所述生物炭时,检测机构检测各生物炭的透光度,以确定各原料烧制生物炭的孔隙率;

步骤S3,当所述检测机构确定各所述原料烧制的对应所述生物炭的孔隙率时,将各原料对应生物炭的孔隙率传输至服务器;

步骤S4,当所述服务器获取各原料对应生物炭孔隙率时,服务器根据对应土壤修复地块的土壤孔隙率确定对应的合理生物炭孔隙率;

步骤S5,当所述服务器确定所述土壤修复地块的对应所述合理生物炭孔隙率时,服务器控制所述执行机构将原料混合,以制备对应合理孔隙率的生物炭;

步骤S6,当所述执行机构完成所述合理孔隙率的生物炭制备时,所述服务器根据所述土壤修复地块的重金属元素含量将对应改性材料混合入合理空隙率的生物炭中,以完成针对对应地块的土壤修复生物炭。

进一步地,其特征在于,当所述执行机构以单个类别预设体积的原料完成烧制生物炭烧制时,所述检测机构对对应的生物炭体积进行检测并传输至所述服务器,对于第i个类别的原料,其对应的生物炭体积为Vi,其中,i=1,2,3,…,n,n为最大原料类别的数量,所述检测机构中设有第一预设体积Vα以及第二预设体积Vβ,其中,0<Vα<Vβ,第一预设体积Vα为最小可吸附体积,第二预设体积Vβ为最大蓬松体积,所述服务器将Vi与Vα以及Vβ进行比较,以确定第i个类别的原料烧制的对应生物炭的膨胀程度,以对各原料进行分类

若Vi≤Vα,所述服务器判定第i个类别的原料膨胀程度低,并判断第i个类别的原料为填充料;

若Vα<Vi≤Vβ,所述服务器判定第i个类别的原料膨胀程度高,并判断第i个类别的原料为基底料;

若Vβ<Vi,所述服务器判定第i个类别的原料燃烧完全,并判断所述执行机构故障,同时进行执行机构损坏告警。

进一步地,当所述服务器判定第i个类别原料制备的生物炭为基底料时,服务器控制所述检测机构使用一束激光照射各原料对应的生物炭,激光以各生物炭的几何中心为中点,所述检测机构检测各生物炭与激光照射方向异侧的亮度Li,以确定各生物炭的孔隙率,所述服务器中设有第一预设亮度Lα以及第二预设亮度Lβ,其中,0<Lα<Lβ,第一预设亮度Lα为最小可用填充度对应亮度,第二预设亮度Lβ为最大可用填充度对应亮度,所述服务器将Li与Lα以及Lβ进行比较,以确定第i个类别的原料对应生物炭的孔隙率,

若Li<Lα,所述服务器判定第i个类别的所述基底料孔隙率小,并判断第i个类别的基底料能够携带土壤修复药品;

若Lα≤Li≤Lβ,所述服务器判定第i个类别的所述基底料孔隙率大,并判断第i个类别的基底料能够携带土壤修复药品以及所述填充料;

若Lβ<Li,所述服务器判定第i个类别的所述基底料的空隙大,并判断第i个类别的基底料与填充料共同使用。

进一步地,当所述服务器判定第i个类别的生物炭的携带土壤修复药品的能力时,服务器根据各待土壤修复地块的湿度计算对应孔隙率的生物炭,并根据所述孔隙率调配所述生物炭的制备原料配比,对于第j个待土壤修复地块,其湿度为Dj,其中j=1,2,3,…,m,m为待土壤修复地块的最大个数,服务器中设有第一预设土壤湿度Dα以及第二预设土壤湿度Dβ,其中,0<Dα<Dβ,第一预设土壤湿度Dα为最大干旱土壤对应湿度,第二预设土壤湿度Dβ为最小淹没对应湿度,所述服务器将Dj与Dα以及Dβ进行比较,以确定第i个类别的原料对应生物炭的孔隙率,

若Dj<Dα,所述服务器判定第j个地块的土壤干旱,并判断第j个待土壤修复地块修复用生物炭使用孔隙率小的生物炭;

若Dα≤Dj≤Dβ,所述服务器判定第j个地块的土壤湿润,并判断第j个待土壤修复地块修复用生物炭使用孔隙率大的生物炭;

若Dβ<Dj,所述服务器判定第j个地块的土壤,并判断第j个待土壤修复地块无法直接使用生物炭进行修复。

进一步地,当所述服务器判断各待土壤修复地块使用生物炭的孔隙率时,服务器根据第j个地块的酸碱度将修复用生物炭中混合对应药品,以改善土壤酸碱度。

进一步地,当所述服务器根据第j个待土壤修复地块确定使用的生物炭及对应药品的复合材料时,所述服务器将试验用生物炭均匀放入对应试验用待土壤修复地块,并在达到预设时间时,控制所述检测机构对所述试验用待土壤修复地块的孔隙率Cj进行测量,以对选用的生物炭孔隙率进行调整,所述服务器中设有标准土壤孔隙率C0以及预设生物炭调整单位,

若Cj-C0<0,所述服务器判定修复后土壤孔隙率小,并在土壤修复用生物炭中添加预设生物炭调整单位的所述基底料,并将新的土壤修复用生物炭在所述试验用待土壤修复地块进行测试,在达到预设时间时,服务器控制检测模块进行检测,并对生物炭的配方进行调整;

若Cj-C0=0,所述服务器判定修复后土壤孔隙率正常,并判定以所述试验用待土壤修复地块对应的生物炭复合材料配方在所述待土壤修复地块的范围中的进行土壤修复作业;

若Cj-C0>0,所述服务器判定修复后土壤孔隙率大,并在土壤修复用生物炭中添加预设生物炭调整单位的所述填充料,并将新的土壤修复用生物炭在所述试验用待土壤修复地块进行测试,在达到预设时间时,服务器控制检测模块进行检测,并对生物炭的配方进行调整。

进一步地,当所述服务器确定所述待土壤修复地块对应的所述土壤修复用生物炭配方时,所述服务器控制所述执行机构将配方对应原料混合并制备生物炭,再将所述配方对应的土壤修复用药品与制备完毕的生物炭进行混合。

进一步地,当所述检测机构检测所述待修复土壤时,若检出待修复土壤内含有若干类别的重金属元素时,所述服务器根据对应的重金属元素控制所述执行机构将对应的改性材料与所述空隙大的基底料进行混合,并进行封装,以制备重金属修复生物炭复合材料。

进一步地,当所述执行机构完成所述重金属修复生物炭复合材料的制备时,服务器进行对重金属修复开始计时;所述服务器中设有预设重金属修复时长,当达到重金属修复时长时,服务器进行重金属吸附完成告警。

进一步地,当所述服务器控制所述执行机构对所述生物炭与所述药品或所述重金属改性材料进行混合时,混合环境为常温,混合方式为翻倒混合。

与现有技术相比,本发明的有益效果在于,利用生物炭的透光度判定对应的孔隙率,并将生物炭分类,同时根据土壤的孔隙率对生物炭的配方进行调整,在有效提升了生物炭修复土壤效率的同时,有效提升了生物炭复合材料的土壤修复针对性。

进一步地,利用测量生物炭体积的方式判定生物炭原料的膨胀程度,将生物炭分为填充料和基底料,在有效提升了生物炭材料的利用率的同时,进一步提升了生物炭复合材料的土壤修复针对性。

进一步地,利用激光测量生物炭的孔隙率,在有效保持生物炭的完整性的同时,测试了生物炭的完整度,从而进一步提升了生物炭复合材料的土壤修复针对性。

进一步地,利用测试土壤湿度的方式,在有效避免了土壤环境对生物炭的修复效果干扰的同时,进一步提升了生物炭复合材料的土壤修复针对性。

进一步地,通过混合药品的方式改善待修复土壤的酸碱度,在有效提升了生物炭材料的利用率的同时,进一步提升了生物炭复合材料的土壤修复针对性。

进一步地,通过试验的方式对生物炭配方进行若干次调整,在有效提升了生物炭针对土壤孔隙率的改善效率的同时,进一步提升了生物炭复合材料的土壤修复针对性。

进一步地,通过将生物炭制备后再与酸碱调节药品混合的方式,在有效提升了混合物稳定性的同时,避免了因生物炭温度过高导致的药品挥发,从而进一步提升了生物炭复合材料的土壤修复针对性。

进一步地,通过将生物炭与重金属改性材料混合并封装的方式,在有效提升了重金属改性材料的吸附效率的同时,进一步提升了生物炭复合材料的土壤修复针对性。

进一步地,通过设置重金属吸附时长的方式,当完成重金属吸附并固化的同时,将封装好的土壤修复材料从土壤中分离,在有效避免了重金属二次污染的同时,进一步提升了生物炭复合材料的土壤修复针对性。

进一步地,利用翻倒混合的方式常温混合重金属改性材料与生物炭,在有效提升了复合材料完整性的同时,使改性材料附着在生物炭外层,从而进一步提升了生物炭复合材料的土壤修复针对性。

附图说明

图1为本发明基于土壤修复的生物炭复合材料制备方法的流程图;

图2为本发明实施例的结构示意图;

图3为本发明实施例的土壤修复示意图;

其中:1:待土壤修复地块;2:试验用待土壤修复地块;3:生物炭复合材料埋设点。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白,下面结合实施例对本发明作进一步描述;应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是,这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理,并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是,在本发明的描述中,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系,这仅仅是为了便于描述,而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

此外,还需要说明的是,在本发明的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言,可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示,本发明基于土壤修复的生物炭复合材料制备方法的流程图,包括:

步骤S1,利用执行机构使用若干种类的原料烧制生物炭,并将烧制后的生物炭送至检测机构进行检测;

步骤S2,当检测机构收取各原料对应生物炭时,检测机构检测各生物炭的透光度,以确定各原料烧制生物炭的孔隙率;

步骤S3,当检测机构确定各原料烧制的对应生物炭的孔隙率时,将各原料对应生物炭的孔隙率传输至服务器;

步骤S4,当服务器获取各原料对应生物炭孔隙率时,服务器根据对应土壤修复地块的土壤孔隙率确定对应的合理生物炭孔隙率;

步骤S5,当服务器确定土壤修复地块的对应合理生物炭孔隙率时,服务器控制执行机构将原料混合,以制备对应合理孔隙率的生物炭;

步骤S6,当执行机构完成合理孔隙率的生物炭制备时,服务器根据土壤修复地块的重金属元素含量将对应改性材料混合入合理空隙率的生物炭中,以完成针对对应地块的土壤修复生物炭。

与现有技术相比,本发明的有益效果在于,利用生物炭的透光度判定对应的孔隙率,并将生物炭分类,同时根据土壤的孔隙率对生物炭的配方进行调整,在有效提升了生物炭修复土壤效率的同时,有效提升了生物炭复合材料的土壤修复针对性。

请参阅图2所示,其为本发明实施例的机构示意图,

其中,执行机构中包括生物炭制备模块以及复合材料混合模块,用以制备生物炭以及各类别的制备生物炭复合材料;执行机构中的各部分与检测机构分别相连,用以对产出的生物炭以及生物炭复合材料成品进行检测,并将检测结果传输至服务器,以判定对应类别的生物炭以及生物炭复合材料在待土壤修复地块中的应用位置;

待土壤修复地块中设有一个试验用区域,检测机构在对试验用待土壤修复地块进行试验并将结果传输至服务器调整后,再进行生物炭复合材料的量产并在整个待土壤修复地块进行使用。

当执行机构以单个类别预设体积的原料完成烧制生物炭烧制时,检测机构对对应的生物炭体积进行检测并传输至服务器,对于第i个类别的原料,其对应的生物炭体积为Vi,其中,i=1,2,3,…,n,n为最大原料类别的数量,检测机构中设有第一预设体积Vα以及第二预设体积Vβ,其中,0<Vα<Vβ,第一预设体积Vα为最小可吸附体积,第二预设体积Vβ为最大蓬松体积,服务器将Vi与Vα以及Vβ进行比较,以确定第i个类别的原料烧制的对应生物炭的膨胀程度,以对各原料进行分类

若Vi≤Vα,服务器判定第i个类别的原料膨胀程度低,并判断第i个类别的原料为填充料;

若Vα<Vi≤Vβ,服务器判定第i个类别的原料膨胀程度高,并判断第i个类别的原料为基底料;

若Vβ<Vi,服务器判定第i个类别的原料燃烧完全,并判断执行机构故障,同时进行执行机构损坏告警。

利用测量生物炭体积的方式判定生物炭原料的膨胀程度,将生物炭分为填充料和基底料,在有效提升了生物炭材料的利用率的同时,进一步提升了生物炭复合材料的土壤修复针对性。

具体而言,当服务器判定第i个类别原料制备的生物炭为基底料时,服务器控制检测机构使用一束激光照射各原料对应的生物炭,激光以各生物炭的几何中心为中点,检测机构检测各生物炭与激光照射方向异侧的亮度L i,以确定各生物炭的孔隙率,服务器中设有第一预设亮度Lα以及第二预设亮度Lβ,其中,0<Lα<Lβ,第一预设亮度Lα为最小可用填充度对应亮度,第二预设亮度Lβ为最大可用填充度对应亮度,服务器将Li与Lα以及Lβ进行比较,以确定第i个类别的原料对应生物炭的孔隙率,

若Li<Lα,服务器判定第i个类别的基底料孔隙率小,并判断第i个类别的基底料能够携带土壤修复药品;

若Lα≤Li≤Lβ,服务器判定第i个类别的基底料孔隙率大,并判断第i个类别的基底料能够携带土壤修复药品以及填充料;

若Lβ<Li,服务器判定第i个类别的基底料的空隙大,并判断第i个类别的基底料与填充料共同使用。

利用激光测量生物炭的孔隙率,在有效保持生物炭的完整性的同时,测试了生物炭的完整度,从而进一步提升了生物炭复合材料的土壤修复针对性。

具体而言,当服务器判定第i个类别的生物炭的携带土壤修复药品的能力时,服务器根据各待土壤修复地块的湿度计算对应孔隙率的生物炭,并根据孔隙率调配生物炭的制备原料配比,对于第j个待土壤修复地块,其湿度为Dj,其中j=1,2,3,…,m,m为待土壤修复地块的最大个数,服务器中设有第一预设土壤湿度Dα以及第二预设土壤湿度Dβ,其中,0<Dα<Dβ,第一预设土壤湿度Dα为最大干旱土壤对应湿度,第二预设土壤湿度Dβ为最小淹没对应湿度,服务器将Dj与Dα以及Dβ进行比较,以确定第i个类别的原料对应生物炭的孔隙率,

若Dj<Dα,服务器判定第j个地块的土壤干旱,并判断第j个待土壤修复地块修复用生物炭使用孔隙率小的生物炭;

若Dα≤Dj≤Dβ,服务器判定第j个地块的土壤湿润,并判断第j个待土壤修复地块修复用生物炭使用孔隙率大的生物炭;

若Dβ<Dj,服务器判定第j个地块的土壤,并判断第j个待土壤修复地块无法直接使用生物炭进行修复。

利用测试土壤湿度的方式,在有效避免了土壤环境对生物炭的修复效果干扰的同时,进一步提升了生物炭复合材料的土壤修复针对性。

具体而言,当服务器判断各待土壤修复地块使用生物炭的孔隙率时,服务器根据第j个地块的酸碱度将修复用生物炭中混合对应药品,以改善土壤酸碱度。

通过混合药品的方式改善待修复土壤的酸碱度,在有效提升了生物炭材料的利用率的同时,进一步提升了生物炭复合材料的土壤修复针对性。

具体而言,当服务器根据第j个待土壤修复地块确定使用的生物炭及对应药品的复合材料时,服务器将试验用生物炭均匀放入对应试验用待土壤修复地块,并在达到预设时间时,控制检测机构对试验用待土壤修复地块的孔隙率Cj进行测量,以对选用的生物炭孔隙率进行调整,服务器中设有标准土壤孔隙率C0以及预设生物炭调整单位,

若Cj-C0<0,服务器判定修复后土壤孔隙率小,并在土壤修复用生物炭中添加预设生物炭调整单位的基底料,并将新的土壤修复用生物炭在试验用待土壤修复地块进行测试,在达到预设时间时,服务器控制检测模块进行检测,并对生物炭的配方进行调整;

若Cj-C0=0,服务器判定修复后土壤孔隙率正常,并判定以试验用待土壤修复地块对应的生物炭复合材料配方在待土壤修复地块的范围中的进行土壤修复作业;

若Cj-C0>0,服务器判定修复后土壤孔隙率大,并在土壤修复用生物炭中添加预设生物炭调整单位的填充料,并将新的土壤修复用生物炭在试验用待土壤修复地块进行测试,在达到预设时间时,服务器控制检测模块进行检测,并对生物炭的配方进行调整。

通过试验的方式对生物炭配方进行若干次调整,在有效提升了生物炭针对土壤孔隙率的改善效率的同时,进一步提升了生物炭复合材料的土壤修复针对性。

具体而言,当服务器确定待土壤修复地块对应的土壤修复用生物炭配方时,服务器控制执行机构将配方对应原料混合并制备生物炭,再将配方对应的土壤修复用药品与制备完毕的生物炭进行混合。

通过将生物炭制备后再与酸碱调节药品混合的方式,在有效提升了混合物稳定性的同时,避免了因生物炭温度过高导致的药品挥发,从而进一步提升了生物炭复合材料的土壤修复针对性。

具体而言,当检测机构检测待修复土壤时,若检出待修复土壤内含有若干类别的重金属元素时,服务器根据对应的重金属元素控制执行机构将对应的改性材料与空隙大的基底料进行混合,并进行封装,以制备重金属修复生物炭复合材料。

通过将生物炭与重金属改性材料混合并封装的方式,在有效提升了重金属改性材料的吸附效率的同时,进一步提升了生物炭复合材料的土壤修复针对性。

具体而言,当执行机构完成重金属修复生物炭复合材料的制备时,服务器进行对重金属修复开始计时;服务器中设有预设重金属修复时长,当达到重金属修复时长时,服务器进行重金属吸附完成告警。

通过设置重金属吸附时长的方式,当完成重金属吸附并固化的同时,将封装好的土壤修复材料从土壤中分离,在有效避免了重金属二次污染的同时,进一步提升了生物炭复合材料的土壤修复针对性。

具体而言,当服务器控制执行机构对生物炭与药品或重金属改性材料进行混合时,混合环境为常温,混合方式为翻倒混合。

利用翻倒混合的方式常温混合重金属改性材料与生物炭,在有效提升了复合材料完整性的同时,使改性材料附着在生物炭外层,从而进一步提升了生物炭复合材料的土壤修复针对性。

利用本申请技术方案制备的土壤修复用生物炭能达到以下效果:

以秸秆、玉米芯、干芦苇为例:

以预设重量制备的生物炭进行检测的体积如下:

秸秆:10dm

此时服务器判定以秸秆为原料制备的生物炭为填充料,以玉米芯为原料制备的生物炭为基底料,干芦苇完全燃烧;

再次对干芦苇进行制备后,其体积为:20dm3

以预设重量制备的生物炭进行检测的亮度如下:

秸秆:50lm玉米芯:120lm干芦苇:300lm

请参阅图3所示,其为本发明实施例的土壤修复示意图;

当对待土壤修复地块1进行取样时,随机对待土壤修复地块1中任意五点取样,并分别对其进行测试,待获取土壤参数时,利用待土壤修复地块1中的部分区域设置若干试验用待土壤修复地块2,并以预设方式将生物炭复合材料埋设在生物炭复合材料埋设点3内,经过预设时长后,在试验用待土壤修复地块2中任意五点进行取样,以取得试验结果。

至此,已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案,但是,本领域技术人员容易理解的是,本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下,本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换,这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明;对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

技术分类

06120115637590