1.本发明涉及一种从土壤中分离生物质炭的方法，属于环境保护技术领域。
背景技术：
2.生物质炭是农业等废弃物循环利用的一种方式，由于其特殊的生产工艺，炭化后的生物质，特点是内部空隙多、炭表面官能团丰富，性能稳定极难降解，在改良土壤，吸附固持土壤污染物方面有广泛的研究和应用，并且保持长期效果，同时在固炭减排方面也有巨大贡献。
3.生物质炭在土壤中的应用日益广泛，一般分为两个方面：一方面是生物质炭对土壤的改良的应用，譬如盐碱土改良，利用生物质炭多孔和丰富光能团以及灰分的特点，既可以吸附盐碱土壤的盐分，也可以改善土壤的结构，使其土壤大颗粒团聚体的形成，提高土壤的养分含量，增加透气性降低盐分的迁移，有利于作物的生长，提高盐碱土壤的产量；另一方面就是对于污染土壤的修复，包括有机污染物的修复和重金属污染的修复。有机污染土壤的修复是吸附有机污染物的同时加快有机污染物的降解；在重金属污染土壤的修复是吸附和固持重金属，降低其生物活性，减少作物对重金属对的吸收和运移。虽然生物质炭的应用技术已经很成熟，但是对于其机理的研究目前还是一直处于探索阶段。因此，分离土壤中的生物质炭进行深入的研究就格外重要。
4.目前，从土壤中分离生物质炭的方法有很多种，总体分为物理方法和化学方法。常用的物理方法有：人工分离、密度梯度分离和离心分离，其中，人工分离的优点是对生物质炭结构没有破坏，保持原位形态有利于科学研究，但缺点是效率低，只有形状较大、肉眼可见或者简单放大后可见的分离措施，不适合批量分离；密度梯度分离，是在不同密度梯度的介质中，借助于不同的密度而产生的不同的浮力，进行单一样品组份的分离，优点是速度快，缺点是区别度较小，往往不能有效的分离；离心分离，采用的是不同质量产生不同离心力而分离的原理，较轻的生物质炭在表层，重的土壤颗粒在底部；离心法在分离的沉降系数在同一个数量级内各种组分不易分开，分辨有限，有一定的壁效应导致分离效果差；化学分离法一般是采用化学药品与有机质或者生物质炭产生化学反应，从而达到将生物质炭从土壤中分离的目的，方法复杂，破坏生物质炭或者土壤结构，对于原位的生物质炭有一定的改变。
5.因此，如何快速、方便、成本低的分离生物质炭或者土壤与生物质炭的复合物，是目前研究生物质炭作用原理过程中亟待解决的问题。
技术实现要素：
6.本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种从土壤中分离生物质炭的方法。
7.本发明采用物理的方法，将不同密度的生物质炭和土壤及其复合物分离，并分离得到的产物分为游离生物质炭、生物质炭土壤大团聚体复合物(粒径为2.00～0.20mm)、生
物质炭土壤小团聚体复合物(粒径小于0.20mm)、生物质炭土壤水溶性有机质复合物，有利于研究生物质炭和土壤复合物的性能。其中，游离生物质炭是潜在固炭和土壤改良的碳组分，是重金属吸附的重要对象之一；生物质炭土壤大团聚体复合物是生物质炭与土壤大团聚体结合而形成的新的团聚体，对于土壤物理形状的改良有很好的作用，在土壤改良和污染土壤的修复方面有很大贡献，同时有利于土壤水分的储存和植物根系的生长；生物质炭土壤小团聚体复合物是生物质炭与土壤小颗粒土壤形成的复合物，往往生物质炭的颗粒也很小，两者通过吸附等物理化学作用形成结构紧密的土壤物质，更有利于吸附重金属或者加快降解有机污染物；生物质炭土壤水溶性有机质复合物是可溶性的生物质炭大分子物质和土壤可溶性有机质的混合物，这种复合物对于螯合重金属并形成沉淀而固定重金属有重要作用，同时为土壤微生物提供可靠的食物来源。具体方案如下：
8.一种从土壤中分离生物质炭的方法，包括如下步骤：
9.(1)将含有生物质炭的土壤加入到水中浸泡1～24h后，再超声分散5～30min，得到表层含有漂浮固体的混合液，用100目的不锈钢漏勺将混合液表层的漂浮固体分离出来，得到初步分离后的混合液和固体产物，将固体产物水洗后晾干，得到游离生物质炭；
10.(2)将孔径2mm的筛和孔径0.2mm的筛按从上到下的顺序放置在容器中，将初步分离后的混合液超声分散后，经孔径2mm的筛和孔径0.2mm的筛倒入容器中，然后用水冲洗孔径2mm的筛直至无颗粒残留，容器内得到土水混合物，孔径0.2mm的筛上得到固体产物，固体产物晾干，得到粒径为0.20～2.00mm的生物质炭土壤大团聚体复合物；
11.(3)将步骤(2)得到的土水混合物离心，分离得到上层悬浊液和下层固体产物，固体产物晾干后得到粒径小于0.2mm的生物质炭土壤小团聚体复合物；
12.(4)将步骤(3)得到的上层悬浊液进行干燥，得到生物质炭土壤水溶性有机质复合物。
13.进一步，步骤(1)中，含有生物质炭的土壤与水的固液比为1:5。
14.进一步，步骤(3)中，所述离心的转速为4000～6000r/min，时间为20～40min。
15.本发明的有益效果：
16.本发明提供了一种从土壤中分离生物质炭及炭土复合物的方法，采用物理离心的途径，实现了不同密度及粒径的生物质炭和土壤及其复合物的分离，具有操作简便，速度快，成本低的特点；还可以根据实验目的调整转速，分理出更详细的分组。通过本发明方法可以从施用生物质炭的土壤中分离得到游离生物质炭、生物质炭土壤大团聚体复合物(粒径为2.00～0.20mm)、生物质炭土壤小团聚体复合物(粒径小于0.20mm)、生物质炭土壤水溶性有机质复合物四类，这种分类有利于研究经过在土壤中老化后的生物质炭性能及炭/土复合物的特点，也有利于分析污染土壤经过生物质炭修复后，土壤结构与组分的变化以及生物质炭可持续的时间。
具体实施方式
17.下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
18.下述实施例中，采用的生物质炭购自河南商丘三利新能源有限公司，由小麦秸秆制备，炭化温度450℃，过5mm筛。
19.实施例1
20.含有生物质炭的土壤的来源：
21.重金属(cd，22mg/kg)污染稻田土壤：修复试验于2009年开始，生物质炭处理为0(c0),10(c1)，20(c2)和40(c3)t ha-1
，4个水平，每个处理设置3次重复，每小区20平方米，随机排列。小麦收获之后，旋耕，生物质炭撒施于土壤表面，混匀。进行稻麦轮作，作物的水肥及植保措施与当地管理一致。
22.有机氯(可吸附有机氯，110mg/kg)污染土壤：修复试验于2016年开始，生物质炭处理为0(c0),10(c1)，20(c2)和40(c3)t ha-1
，4个水平，每个处理设置3次重复，每小区20平方米，随机排列。小麦收获之后，旋耕，生物质炭撒施于土壤表面，混匀。进行稻麦轮作，作物的水肥及植保措施与当地管理一致。
23.以上两块田，作物收获之后，每个小区使用原位采样器以“s”型随机采集多个表土(0-15cm)，带回实验室冰箱冷藏，进行生物质炭与土壤复合物的分离。
24.一种从土壤中分离生物质炭的方法，包括如下步骤：
25.(1)将35.0g含有生物质炭的土壤加入到175ml水中浸泡24h后，再用探针式超声波发生器(jyd-650)低能量(170j
·
l-1
)超声分散30min，得到表层含有漂浮固体的混合液，用100目的不锈钢漏勺将混合液表层的漂浮固体分离出来，得到初步分离后的混合液和固体产物，将固体产物水洗后晾干，得到游离生物质炭；
26.(2)将孔径2mm的筛和孔径0.2mm的筛按从上到下的顺序放置在容器中，将初步分离后的混合液超声分散后，经孔径2mm的筛和孔径0.2mm的筛倒入容器中，然后用水冲洗孔径2mm的筛直至无颗粒残留，容器内得到土水混合物，孔径0.2mm的筛上得到固体产物，固体产物晾干，得到粒径为0.20～2.00mm的生物质炭土壤大团聚体复合物；
27.(3)将步骤(2)得到的土水混合物以4800r/min的转速离心30min，分离得到上层悬浊液和下层固体产物，固体产物晾干后得到粒径小于0.2mm的生物质炭土壤小团聚体复合物；
28.(4)将步骤(3)得到的上层悬浊液自然干燥，得到生物质炭土壤水溶性有机质复合物。
29.重金属污染土壤的生物质炭分离结果见表1：
30.表1重金属污染土壤的生物质炭分离结果(g/kg)
[0031][0032]
有机氯污染土壤的生物质炭分离结果见表2：
[0033]
表2有机氯污染土壤的生物质炭分离结果(g/kg)
[0034][0035]
由表1可以看出，水稻田中生物质炭土壤大颗粒的生物质炭土壤复合物的比例较高，并且随着生物质炭用量的增加其含量也随之增加，其次是生物质炭土壤小颗粒的比例较大颗粒的偏低，游离的生物质炭和水溶性的生物质炭和土壤有机质复合物比例最低，重金属污染的水稻土施用生物质炭之后，生物质炭和土壤紧密结合，形成了土壤与生物质炭的复合物。
[0036]
由表2可以看出，生物质炭用于有机氯污染的盐碱土壤中时，生物质炭有利于土壤团聚体的形成，大团聚体和小团聚体都提高了3-4倍，同时也提高了水溶性有机物的含量，改善了盐碱土的理化性质，有利于作物的生长。
[0037]
通过实施案例的结果表明，生物质炭施用到土壤之后，通过与土壤的融合，改善土壤的性质和结构，如果通过物理或者化学的办法强行将生物质炭和土壤分离，最终对生物质炭和土壤的原位结构有一定的破坏，对于研究原位生物质炭和土壤的性质来讲是不利于探索其真正的机理。
[0038]
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。技术特征：
1.一种从土壤中分离生物质炭的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将含有生物质炭的土壤加入到水中浸泡1～24h后，再超声分散5～30min，得到表层含有漂浮固体的混合液，用100目的不锈钢漏勺将混合液表层的漂浮固体分离出来，得到初步分离后的混合液和固体产物，将固体产物水洗后晾干，得到游离生物质炭；(2)将孔径2mm的筛和孔径0.2mm的筛按从上到下的顺序放置在容器中，将初步分离后的混合液超声分散后，经孔径2mm的筛和孔径0.2mm的筛倒入容器中，然后用水冲洗孔径2mm的筛直至无颗粒残留，容器内得到土水混合物，孔径0.2mm的筛上得到固体产物，固体产物晾干，得到粒径为0.20～2.00mm的生物质炭土壤大团聚体复合物；(3)将步骤(2)得到的土水混合物离心，分离得到上层悬浊液和下层固体产物，固体产物晾干后得到粒径小于0.2mm的生物质炭土壤小团聚体复合物；(4)将步骤(3)得到的上层悬浊液进行干燥，得到生物质炭土壤水溶性有机质复合物。2.如权利要求1所述从土壤中分离生物质炭的方法，其特征在于，步骤(1)中，含有生物质炭的土壤与水的固液比为1:5。3.如权利要求1或2所述从土壤中分离生物质炭的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述离心的转速为4000～6000r/min，时间为20～40min。
技术总结
本发明涉及一种从土壤中分离生物质炭的方法，将含有生物质炭的土壤加入到水中浸泡后再超声分散，将表层的漂浮固体分离出来，水洗后晾干，得到游离生物质炭；将孔径2mm的筛和孔径0.2mm的筛按从上到下的顺序放置在容器中，将初步分离后的混合液超声分散后倒入容器中，然后用水冲洗孔径2mm的筛直至无颗粒残留，孔径0.2mm的筛上得到固体产物晾干后即为生物质炭土壤大团聚体复合物；将土水混合物离心，固体产物晾干后得到生物质炭土壤小团聚体复合物，将悬浊液进行干燥，得到生物质炭土壤水溶性有机质复合物。与现有技术相比，本发明方法实现了不同密度的生物质炭和土壤及其复合物的分离，操作简单、方便快速，并且成本低。并且成本低。
技术研发人员：崔立强 严金龙 全桂香 王慧 隋凤凤
受保护的技术使用者：盐城工学院
技术研发日：2022.04.25
技术公布日：2022/7/29
声明：
“从土壤中分离生物质炭的方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：盐城工学院
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2024年06月28日 ~ 30日 
