用于盐碱地改良的改性生物炭复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及土壤改良，具体涉及一种用于盐碱地改良的改性生物炭复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、生物炭也称生物质炭，是生物质原料，如作物秸秆、畜禽粪便、废木屑和污泥等，在缺氧或限氧条件下经过热裂解转化形成的固态物质。不同生物质材料制备的生物炭名称不同，如秸秆碳、木炭和竹炭等，其组成包括c、h、n、o、灰分、碳水化合物、矿物质以及无机碳酸盐等，碳含量占总量的70-80％。按照对生物质成分的划分，大致分为纤维素为主的生物炭，以半纤维素为主的生物炭和以木质素为主的生物炭。生物炭呈碱性，具有较高的比表面积，高度芳香化的结构，其表面的蜂巢结构和极强的化学电解活性能够富集大量的羧基、醌基和酚羟基等官能团，是一种良好的吸附剂，对有机物的和重金属都具有较强的吸附性。生物炭可用作固碳剂、土壤改良剂、吸湿剂即重金属吸附稳定剂等，受到原料和热解温度的影响较大。生物炭作为一种新兴的材料，具有来源广泛、成本廉价以及性质优良的特点，并且生物炭的结构稳定，能够在土壤中存在千百年，是一种理想的土壤修复材料。

2、如中国专利cn114891512a中公开了一种盐碱地改良负载氯化钙改性生物炭复合材料及其制备方法，包括以下步骤：1)收集植物性原材料，用去离子水润洗后完全烘干，然后在450℃下限氧裂解1h，冷却后用粉碎机将生物炭粉碎过筛，得到原始生物炭；将原始生物炭与浓度为0.5mol/l的氯化钙溶液按固液比1：15(g:ml)混合；之后在恒温振荡器下充分搅拌，滤出用超纯水洗至洗液ph，电导率稳定；3)在一定温度下完全干燥后，在200℃下限氧裂解1h，所得产物标记为生物炭负载氯化钙改性生物炭复合材料。该发明能有效降低盐碱土中ph，改良土壤理化性质，增加植物发芽率，成本低，且不会造成二次污染，有利于开发利用盐碱地，保持现有耕地稳定，保护生态环境。

3、再如中国专利cn113145076a中公开了一种改性生物炭的制备方法及改性生物炭，包括以下步骤：对农作物秸秆进行预处理；将预处理之后的农作物秸秆粉浸渍于氧化铁悬液中，加热、搅拌进行振荡处理，烘干；将上述物质热解得到所述改性生物炭。该发明得到的改性生物炭具有较大的比表面积，对阴离子具有较好的吸附能力。

4、但是现有的生物炭依然存在依然存在选择吸附性能差、比表面积小的缺陷，从而影响了生物炭对特定技术元素的吸附效率和能力，因此需要开发一种选择吸附性能强、比表面积大，吸附容量大的用于盐碱地改良的改性生物炭复合材料及其制备方法。

技术实现思路

1、基于现有技术中存在的不足，本发明旨在提供一种选择吸附性能强、比表面积大，吸附容量大的用于盐碱地改良的改性生物炭复合材料及其制备方法。

2、本发明通过对活性剂，以及热解温度以及热解速度的控制使得到的生物炭具有较强的吸附能力，吸附容量和比表面积均较大，并且可以应用于盐碱地的改良。

3、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

4、一方面，本发明提供了一种用于盐碱地改良的改性生物炭复合材料的制备方法，包括如下步骤：

5、(1)对农作物秸秆进行预处理；

6、(2)将预处理之后的农作物秸秆置于热解炉中进行炭化处理，得到生物炭；

7、(3)将步骤(2)中得到的生物炭置于cacl2和六亚甲基四胺的混合液中进行浸渍，得到浸渍后的生物炭；

8、(4)将步骤(3)中的得到浸渍后的生物炭干燥后放入热解炉中进行热解活化后降温，获得改性生物炭；

9、(5)将步骤(4)得到的改性生物炭进行酸洗后，再用去离子水清洗至中性，得到所述的改性生物炭复合材料。

10、步骤(1)中所述的农作物秸秆选自玉米秸秆、小麦秸秆、稻谷秸秆和高粱秸秆中的一种或几种；优选为稻谷秸秆。

11、步骤(1)中所述的预处理，即将农作物秸秆清洗干净后烘干。

12、步骤(2)和步骤(3)需在惰性气体保护下进行，所述的惰性气体为氮气。

13、步骤(2)中所述的炭化处理的升温速率为3-6℃/min；优选为4-5℃/min；进一步优选为4℃/min；升温至320-380℃，优选为370℃；保温时间为1-2h，优选为1.5h。

14、本发明在初步炭化过程中通过控制升温速率，炭化温度以及保温时间，使农作物秸秆受热更均匀，能够更好地、更均匀地发生热解炭化反应，从而形成稳定的碳骨架，使得到的生物炭品质更佳。

15、步骤(3)中所述的生物炭与混合液的质量比为1-2.5:1；优选为1.5:1；所述的cacl2和六亚甲基四胺质量比为1-3:1；优选为1.5-2.5:1；再优选为2.5:1。

16、采用cacl2和六亚甲基四胺的混合液对生物炭进行浸渍，cacl2的添加可使生物炭复合材料上负载ca2+，同时可以增加生物炭表面的碳酸盐类矿物，可以提供更多的阳离子吸附位点；而六亚甲基四胺可以使生物炭掺杂氮原子，能够增强碳结构与活性中心的相互作用。

17、步骤(3)中所述的浸渍时间为12-24小时，优选为18小时。浸渍温度为25-35℃；优选为30℃。

18、浸渍过程中通过控制浸渍温度和时间使生物炭与活性剂接触，有助于活性剂更好、更均匀的扩散到生物炭的内部，从而很好的提高生物炭的性能。

19、步骤(4)中所述的干燥，温度为100-120℃，优选为110℃；时间为15-20小时，优选为18h。

20、步骤(4)中所述的热解的升温速率为5-12℃/min；优选为8-10℃/min；进一步优选为10℃/min；升温至800-950℃，优选为900℃；保温时间为3-5h，优选为4h。

21、步骤(4)中采用高温热解活化使得到的活性炭复合材料具有发达的孔隙结构，较大的比表面积大，孔径结构比例合适，从而使生物炭具有更好的吸附能力和吸附容量。

22、步骤(4)中所述的降温的速率为3-8℃/min，优选为6℃/min。

23、步骤(4)中采用匀速降温的方式，避免局部降温速度过快，导致生物炭孔隙坍塌或破坏，从而保证生物炭孔隙的均匀性和完整性。

24、步骤(5)中对改性生物炭活性炭进行酸洗，所述酸为盐酸，浓度为1-2mol/l，优选为1.5mol/l。

25、本步骤中对改性生物炭进行酸洗和水洗，目的是清洗掉生物炭上的杂质以及未反应的活性剂，使孔隙结构更完整。

26、另一方面，本发明还提供了上述方法制备得到的一种改性生物炭复合材料。

27、再一方面，本发明还提供了上述方法制备得到的改性生物炭复合材料在制备土壤改良剂中的应用。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

29、(1)本发明在初步炭化过程中通过控制升温速率，炭化温度以及保温时间，使农作物秸秆受热更均匀，能够更好地、更均匀地发生热解炭化反应，从而形成稳定的碳骨架，使得到的生物炭品质更佳。

30、(2)本发明采用cacl2和六亚甲基四胺的混合液对生物炭进行浸渍，cacl2的添加可使生物炭复合材料上负载ca2+，同时可以增加生物炭表面的碳酸盐类矿物，可以提供更多的阳离子吸附位点；而六亚甲基四胺可以使生物炭掺杂氮原子，能够增强碳结构与活性中心的相互作用。

31、(3)本发明在制备过程中采用高温热解活化使得到的活性炭复合材料具有发达的孔隙结构，较大的比表面积大，孔径结构比例合适，从而使生物炭具有更好的吸附能力和吸附容量。

32、(4)本发明制备的生物炭复合材料能够更好的降低盐碱的ph，改良土壤理化性质，对土壤中的金属离子有更强对吸附能力，降低土壤电导，提高作物发芽率，促进植物生长，同时达到植物秸秆植物性废弃物回收利用的效果。