一种基于直接空气捕集的盐碱地固碳改良剂及其制备和应用

本发明属于土壤改良剂，涉及一种基于直接空气捕集的盐碱地固碳改良剂及其制备和应用。

背景技术：

1、盐碱地是指由于极端气候、岩石风化、离子交换等原因造成地下水分蒸发，盐分向土壤表层积聚形成的特殊土。盐碱地是盐土和碱土混合的总称，盐化过程主要与可溶性nacl和naso4沉淀有关，碱化过程则主要与na2co3和nahco3大量存在时，可交换性na+进入土壤胶体发生水解有关。

2、目前，盐碱地治理主要有工程措施、生物措施、化学措施等。工程措施虽然建造速度快，适用范围广，但投资成本高；生物措施虽然改良效率高，可持续性强，但治理周期长；总体来看，通过添加土壤改良剂的化学方式取得了明显效果，积累了丰富经验，研发优质高效的土壤改良剂也受到了广泛关注。

3、众多土壤改良剂中，使用钙质改良剂具有深厚的理论基础。以石膏为例，其主要成分是caso4·2h2o，通过ca2+与土壤中的co32-和hco3-反应生成caco3沉淀，将naco3转化为对植株毒害性较小的na2so4，有助于植株生长。同时，ca2+将土壤胶体中可交换性na+置换出来，从而降低了土壤的碱度。另外，具有亲水性的吸附na+的土壤胶体被转化为具有疏水性的吸附ca2+的土壤胶体，促进了胶体微粒的团聚，打破了土壤板结。土壤通透性增强，有助于植株根系对水分和肥料的吸收和土壤排盐。然而，钙质改良剂主要适用于苏打碱土，反应机理也主要针对盐碱地盐分中的na2co3和nahco3，无法约束土壤中过量存在的cl-，对nacl的固化效果差。因此，土壤盐碱化的根源并未被有效去除，改良效果也难以长久维持，当有大量降雨和地下水位发生变化时，易出现返盐、盐颗粒结晶的现象。

4、近些年盐碱地土壤改良剂的研发理念呈现绿色低碳的特点。譬如利用脱硫石膏、粉煤灰、糠醛渣等工业废弃物；秸秆、沼泽沼液、污泥等生物废弃物，在减少盐碱地盐分、降低ph、改变土壤性状等方面都表现出良好性能，同时实现了对这些废弃物的资源化利用。相比石灰和水泥这些传统土壤改良剂，用废弃物作原料减少了生产端的碳排放量，符合绿色低碳的发展理念。另一方面，大气中的co2浓度由于工业化和城镇化影响持续增加，co2溶解和离解过程呈现酸性，如能合理收集利用，将在盐碱地改良方面发挥巨大潜力。然而，上述材料均无法实现对大气中co2的直接捕集和再利用，现阶段也几乎没有关于利用大气中co2改良盐碱地的报道和应用。总体来看，绿色低碳土壤改良剂的生态效益主要体现在原料采集和生产方面，对于全生命周期的固碳性能缺乏研究和应用。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了提供一种基于直接空气捕集的盐碱地固碳改良剂及其制备和应用，解决当前钙质改良剂无法有效约束盐碱地中大量存在的cl-的技术缺陷。同时，对大气中的co2进行直接捕集并用于盐碱地改良，突破利用大气中co2改良盐碱地的技术瓶颈。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的技术方案之一提供了一种基于直接空气捕集的盐碱地固碳改良剂，包括直接空气捕集吸附剂、脱硫石膏，其中，所述直接空气捕集吸附剂为杂化离子交换树脂，所述脱硫石膏为制备杂化离子交换树脂时所用离子交换树脂质量的50.0％～75.0％。

4、进一步的，所述直接空气捕集吸附剂通过以下方法制备得到：

5、(a)称取离子交换树脂浸渍在cucl2溶液中，过滤得到负载cu2+的离子交换树脂；

6、(b)将负载cu2+的离子交换树脂浸渍到naoh溶液中，过滤得到杂化离子交换树脂。

7、更进一步的，所述离子交换树脂为大孔弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，体积交换量为1.0eq/l～2.0eq/l。

8、更进一步的，步骤(a)中，cucl2溶液的浓度为10g/l～20g/l，溶液体积为离子交换树脂体积的20～30倍，浸渍时间为72h～84h。

9、更进一步的，步骤(b)中，所述naoh溶液的质量分数为1％-5％，naoh溶液体积为离子交换树脂体积的15～20倍，浸渍时长为36h～48h。

10、进一步的，所述脱硫石膏的caso4·2h2o含量应大于90％，ph为7～9。

11、本发明的技术方案之二提供了一种基于直接空气捕集的盐碱地固碳改良剂的制备方法，将直接空气捕集吸附剂与脱硫石膏混合，粉碎，得到盐碱地固碳改良剂，即为目标产物。

12、进一步的，粉碎过程中所用电动粉碎机转速为25000r/min，粉碎时间应为60s～90s。

13、进一步的，粉碎后得到的盐碱地固碳改良剂的平均粒径为100±10μm。

14、本发明的技术方案之三提供了一种基于直接空气捕集的盐碱地固碳改良剂在制备改良剂固化土壤中的应用。

15、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

16、(1)弥补了传统钙质改良剂的技术缺陷。传统钙质改良剂无法约束或去除盐碱地中的cl-，改良效果不稳定。本发明提出的一种基于直接空气捕集的盐碱地固碳改良剂，可实现对cl-的吸附和结合，且这一过程不可逆，有效去除土壤盐碱化的根源。

17、(2)利用大气环境中的co2作为盐碱地改良原料之一。本发明提出的一种基于直接空气捕集的盐碱地固碳改良剂，可对大气中的co2进行直接捕集和解吸附，充分利用了大气环境这一丰富的碳库，改良盐碱地的同时主动消除了大气中的温室气体。

18、(3)适用性广。本发明提出的一种基于直接空气捕集的盐碱地固碳改良剂，是基于直接空气捕集(dac)原理，在常温常压条件下(23～25℃，400～700ppm)即可实现对大气中co2的捕集，无需额外提供的热能或压力，因此无场地等其他条件限制，易于推广。

技术特征：

1.一种基于直接空气捕集的盐碱地固碳改良剂，其特征在于，包括直接空气捕集吸附剂、脱硫石膏，其中，所述直接空气捕集吸附剂为杂化离子交换树脂，所述脱硫石膏为制备杂化离子交换树脂时所用离子交换树脂质量的50.0％～75.0％。

2.根据权利要求1所述的一种基于直接空气捕集的盐碱地固碳改良剂，其特征在于，所述直接空气捕集吸附剂通过以下方法制备得到：

3.根据权利要求2所述的一种基于直接空气捕集的盐碱地固碳改良剂，其特征在于，所述离子交换树脂为大孔弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，体积交换量为1.0eq/l～2.0eq/l。

4.根据权利要求2所述的一种基于直接空气捕集的盐碱地固碳改良剂，其特征在于，步骤(a)中，cucl2溶液的浓度为10g/l～20g/l，溶液体积为离子交换树脂体积的20～30倍，浸渍时间为72h～84h。

5.根据权利要求2所述的一种基于直接空气捕集的盐碱地固碳改良剂，其特征在于，步骤(b)中，所述naoh溶液的质量分数为1％-5％，naoh溶液体积为离子交换树脂体积的15～20倍，浸渍时长为36h～48h。

6.根据权利要求1所述的一种基于直接空气捕集的盐碱地固碳改良剂，其特征在于，所述脱硫石膏的caso4·2h2o含量应大于90％，ph为7～9。

7.如权利要求1-6任一所述的一种基于直接空气捕集的盐碱地固碳改良剂的制备方法，其特征在于，将直接空气捕集吸附剂与脱硫石膏混合，粉碎，得到盐碱地固碳改良剂，即为目标产物。

8.根据权利要求7所述的一种基于直接空气捕集的盐碱地固碳改良剂的制备方法，其特征在于，粉碎过程中所用电动粉碎机转速为25000r/min，粉碎时间应为60s～90s。

9.根据权利要求7所述的一种基于直接空气捕集的盐碱地固碳改良剂的制备方法，其特征在于，粉碎后得到的盐碱地固碳改良剂的平均粒径为100±10μm。

10.如权利要求1-6任一所述的一种基于直接空气捕集的盐碱地固碳改良剂在制备改良剂固化土壤中的应用。

技术总结本发明涉及一种基于直接空气捕集的盐碱地固碳改良剂及其制备和应用，其原料包括：直接空气捕集吸附剂、脱硫石膏。该固碳改良剂可实现对Cl<supgt;‑</supgt;的吸附和结合，且这一过程不可逆，有效去除了土壤盐碱化的根源，弥补了传统钙质改良剂的技术缺陷；同时，利用大气环境中的CO<subgt;2</subgt;作为盐碱地改良原料之一，改良盐碱地的同时主动消除了大气中的温室气体；最后，该改良剂适用性广，在常温常压条件下(23～25℃，400～700ppm)即可实现对大气中CO<subgt;2</subgt;的捕集，无需额外提供的热能或压力，因此无场地等其他条件限制，易于推广。技术研发人员：马乾玮,蒋宁俊,郭可心,于博文受保护的技术使用者：东南大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16