一種水溶性有機碳的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于水溶肥料和廢棄物資源化技術領域，具體涉及一種利用植物殘體制備水溶性有機碳的方法。
【背景技術】
[0002]包括作物秸桿、農副產品加工下腳料及畜禽排泄物等在內的廢棄物是農業生產及其產品加工過程中的必然產物，來源廣、數量大。這些廢棄物為生物質有機物，主要由草木纖維素、半纖維素、木質素、果膠質等成分構成，還含有少量的氮、磷、鉀和微量元素。若直接丟棄或焚燒，不僅對環境造成嚴重污染，更是一種資源的浪費。因此，將這些廢棄物變廢為寶，是一種非常有效的防治環境污染的辦法，更是符合可持續發展的目標。
[0003]現有技術中公開的利用農、林廢棄物進行肥料化利用技術，多數是基于微生物發酵原理進行腐殖化轉化，所需要的發酵時間至少要15天以上，轉化速度慢，利用效果不理想。檢索到的涉及生物質廢棄物腐熟轉化的方法有:中國專利文獻，申請號:02104939.4，報道了利用酸堿物質(如氫氧化鉀、磷酸等)在常溫下處理植物性材料，調節酸度至PH4?9后，直接混入氮肥、磷肥、中微量元素肥或進一步經發酵處理后再混入這些無機肥料成分，制造有機肥或有機-無機復合肥的方法。上述方法利用商品酸堿物質的溶液在常溫下與植物性材料反應，仍存在腐熟速度慢和腐熟不徹底的問題。中國專利文獻，申請號:201210308554.9，報道了烤煙秸桿經過碳化煅燒粉碎制成生物碳，然后加入發酵好的有機物和微量元素制備生物碳有機肥。上述方法直接將秸桿碳化，將大部分的有機物碳化變成了無機物，廢棄物還是未能得到充分利用。中國專利文獻，申請號:200410040058.5，報道了用超聲催化氧化技術處理難降解有機廢水，將有機廢水直接轉化為二氧化碳和水。綜上所述，現有技術中還沒有利用超聲酸解法降解植物殘體中大分子有機物變成小分子水溶有機碳的綜合方法報道。

【發明內容】

[0004]為解決現有技術的缺點和不足，本發明的首要目的在于提供一種水溶性有機碳的制備方法。即以植物殘體為原料，利用超聲催化-酸氧化技術將大分子難溶有機物降解為小分子水溶有機碳，能夠直接被農作物吸收利用。
[0005]發明公開了以下技術方案來實現上述目的，具體制備步驟如下:
[0006]—種水溶性有機碳的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0007](1)將植物殘體粉碎放入耐酸反應器中，加入水制成懸浮溶液，然后進行超聲處理；
[0008](2)加入雙氧水和酸的混合溶液，使反應器中固液質量比為1: (3-18)，超聲催化氧化 30_360min ；
[0009](3)反應結束后將反應液過濾，用堿調節pH = 4-9，即得水溶性有機碳。
[0010]本發明還公開了另一技術方案來實現上述目的，具體制備步驟如下:
[0011](1)將植物殘體粉碎放入耐酸反應器中，加入水制成懸浮溶液，然后進行超聲處理；
[0012](2)加入雙氧水和酸的混合溶液，使反應器中固液質量比為1: (3-18)，超聲催化氧化；
[0013](3)反應結束后將反應液過濾，用堿調節pH = 4-9，即得水溶性有機碳。
[0014]優選的，所述植物殘體為秸桿、水草、農產品加工廢渣中的一種或多種。所述農產品加工廢渣優選為糖蜜、生產酒精廢水、生產酵母廢水、生產氨基酸廢水等有機廢水。
[0015]優選的，所述步驟(1)水的加入量為植物殘體質量的20%以上。進一步優選的，水的加入量為植物殘體質量的40-80%。
[0016]所述酸為硝酸、硫酸、鹽酸、甲酸、乙酸中的一種或多種。
[0017]所述雙氧水的加入量為植物殘體質量的2-9%，進一步優選的，所述酸的加入量為植物殘體質量的3-12%。其中所述雙氧水和酸的加入量是指按照酸溶液的質量乘以酸的百分比濃度計算得到的酸的量，例如酸的加入量為植物殘體質量的3 %，植物殘體為100kg，所加的酸為30%鹽酸，則3%的酸為100X3% +30%= 10kg。如下實施例中所加酸和雙氧水的量均以此方法計算。
[0018]所述超聲催化氧化時，反應時間為30-360min，超聲波頻率為20?ΙΟΟΚΗζ，溫度為25?80°C。進一步優選的，所述超聲催化氧化時，超聲波頻率為60?95KHz，溫度為50?75 Γ。
[0019]本發明是采用植物殘體在超聲波的作用下利用雙氧水和酸來降解植物殘體中的有機大分子，使其充分降解后，上清液經過濾，得到小分子的水溶性有機碳。
[0020]所述堿為金屬氫氧化物以及金屬弱酸性鹽或金屬氧化物的一種或幾種。所述金屬氫氧化物為氫氧化鉀等堿性金屬氫氧化物，金屬弱酸性鹽為碳酸氫鈣等具有弱酸性的金屬鹽，所述金屬氧化物為氧化鎂、氧化鋅等具有堿性的金屬氧化物。
[0021]所述進行PH調節后的濾液中的水溶性有機碳的含量為89?180g/L。有機碳含量太高如200g/L會大大增加濃縮成本，含量太低會增加包裝成本和運輸成本。
[0022]本發明的具有的優點與積極效果:
[0023]1)本發明利用超聲波催化酸降解難溶性大分子有機物，消除了氣泡的產生，條件溫和，對裝置要求簡單，且不需要冷卻裝置。
[0024]2)步驟(3)中反應液過濾后，得到的液體有機質水不溶物含量低，主要為水溶性的小分子有機碳，可以直接被作物吸收利用。
[0025]3)本發明通過控制雙氧水和酸的用量，以及體系反應的時間能有效對植物殘體進行降解得到剛好能被植物有效吸收的小分子有機碳，而不是植物殘體未充分降解或過度降解成二氧化碳和水，從而有效對植物殘體進行有效利用且能顯著提高植物吸收的利用率。
[0026]4)本發明制備的水溶性有機碳由于能直接被植物吸收，同時還能促進無機養分的吸收，因此能提高作物產量，改善產品品質，增強抗逆性，促進根系發育，提高化肥利用率和改善土壤肥效的特點。
[0027]5)本發明制備的水溶性有機碳具有促進微生物生長繁殖，改善土壤通透性，促進植物的根系的生長發育，能促使植物加快土壤中氮、磷、鉀元素的吸收及生物酶活化，同時可以增產、改善產品品質和提高抗逆性。
【具體實施方式】
[0028]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。
[0029]實施例1
[0030]—種水溶性有機碳的制備方法，具體制備步驟如下:
[0031](1)將糖蜜放入耐酸反應器中，然后將反應器置于超聲發生器上超聲5min ;
[0032](2)在反應容器中加入雙氧水和硝酸的混合溶液，使反應器中固液質量比為1:3，超聲催化氧化120min ;其中雙氧水的加入量為糖蜜質量的2%，酸的加入量為糖蜜質量的3% ;超聲波頻率為60KHz，反應溫度為50°C。
[0033](3)反應結束后將反應液過濾，用氫氧化鈉調節pH = 4，即得水溶性小分子有機碳。
[0034]該方法制得的反應液中的水溶性有機碳的含量為136_174g/L。
[0035]對比例1
[0036]—種水溶性有機碳的制備方法，具體制備步驟如下:
[0037](1)將糖蜜放