一种改性生物炭及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种改性生物炭及其制备方法与应用，属于药用植物种植技术领域，本发明专利技术提供的一种改性生物炭的制备方法包括以下步骤：(1)用含有磷、钾化合物的溶液稀释过氧化氢溶液，得改性溶液；(2)将生物炭与改性溶液混合搅拌均匀后静置、过滤、干燥，得改性生物炭；所述应用的一方面是按照土壤与改性生物炭的质量比为100：(1

A modified biochar and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种改性生物炭及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于药用植物种植
，尤其涉及一种改性生物炭及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]近些年，一些文献将生物炭添加于土壤，来达到促进植物生长进而增加产量的目的。比如，施加1000kg/hm2的生物炭可显著提高夏玉米的叶面积、光合速率等，进而大幅提升其产量(张娜等，2014)。生物炭也可显著提升水稻的结实率和产量(王悦满等，2018)。除此，对于药用植物，现有文献也有指出，施加生物炭有利于缓解其连作障碍，进而提高药用植物产量(如人参、百合、三七等)，同时还能提高一些药用植物的次生代谢产物含量(如半夏、铁皮石斛等)(杨小彤等，2021)。为了特异性地增加土壤营养成分，一些文献也研究了生物炭和化肥的配施对植物生长和产量的影响。吴行等(2021)将生物炭与磷肥配施于种植小麦的红壤土中，显著增加了土壤有效磷含量，进而增加了小麦籽粒的干重。生物炭与氮磷钾肥组合施用于山茶，也显著提升了茶叶产量和其活性成分(氨基酸等)的含量(Yang等，2021)。
[0003]太子参，又称孩儿参，是一种常见的石竹科多年生草本药用植物。喜温暖湿润气候和肥沃疏松土壤，怕高温和强光暴晒。太子参的药用部位为其细长纺锤形或细长条形块根。块根内含有丰富的活性成分，包括皂苷类、多糖类、氨基酸类、油脂类、环肽类等。因此，太子参具有增强免疫力、抗应激、抗氧化、延缓衰老、降血脂、降血糖等功效。正是由于其药用功效，太子参被纳入预防和治疗新型冠状病毒的代表性中药材之一(Shi等，2020)。根据《中华道地药材》等文献，在太子参块根所含的多种活性成分当中，总多糖、总皂苷尤为重要，因此其含量成为了衡量太子参品质的重要指标。与其他农作物(包括中草药植物)相似，太子参的产量和品质与其耕种土壤的理化特性、养分水平等显著相关。近些年，与传统化肥相比，生物炭作为新型土壤添加剂，具有明显优势。生物炭是在厌氧条件下，将农业固废物进行高温裂解而成。在土壤中添加生物炭，不仅可以增加钾、氮等营养物质，提高土壤的比表面积、持水能力，固定土壤重金属等污染物，还有利于减少二氧化碳的排放，将其转化为稳定的形式，长期储存在土壤中，具有重要的环境保护意义，符合可持续发展目标。
[0004]磷是植物生长和代谢所需的重要营养元素。有研究表明，磷的添加对提升太子参产量和药用成分至关重要(吴玉香等，2017)。磷供应不足不仅会导致太子参药用部位减产，还会使其药用成分的含量降低。然而，对于大多数以农业固废物为原料的生物炭来说，磷含量通常相对较低(小于1％)(Li等，2020)。太子参又通常生长在的土壤如贵州红土，其有效磷匮乏，因此仅添加生物炭虽然可以提高土壤总体理化性质，但不均衡的养分供给和不充足的磷添加难以应对太子参的生长需求。根据《中华道地药材》等文献可知，太子参对土壤盐度较为敏感，较高的土壤可溶性盐含量可阻碍太子参不定根的生长。若同时添加生物炭和化肥，不仅化肥养分会直接溶解于土壤水中，生物炭中的无机盐也会通过吸附
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解吸平衡一定程度地释放。因此，土壤水中可溶性离子的浓度会大幅度增高，土壤水势降低，不利于
植物根系对水分的吸收和汲取，容易引起植物失水等现象，进而降低植物叶片的气孔导度、增加脱落酸的生成、影响药用植物产量。虽然现有技术专利技术了改性生物炭的制备方法，然而，这些专利技术大都只关注于改性生物炭对土壤性质(阳离子交换量、重金属固定效率等)的影响。因此目前对改性生物炭对药用植物尤其太子参的产量和活性成分(多糖、皂苷等)影响的研究仍然相对匮乏，也没有研究指出改性生物炭在针对药用植物尤其太子参方面的应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提供一种环境友好型的改性生物炭及其制备方法与应用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种改性生物炭的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0007](1)用含有磷、钾化合物的溶液稀释过氧化氢溶液，得改性溶液；
[0008](2)将生物炭与改性溶液混合搅拌均匀后静置、过滤、干燥，得改性生物炭。
[0009]本专利技术技术方案提供的改性生物炭一方面通过在改性的过程中引入过氧化氢，从而能够对原有生物炭进行氧化，使其拥有更发达的微孔结构和比表面积，表面含氧官能团也有所增加；另一方面通过在改性的过程中引入磷、钾化合物，使得被过氧化氢活化后的生物炭进一步吸附并持有营养物质如磷元素和钾元素，显著增加了生物炭的养分含量；因此，两个方面综合起来，通过采用本专利技术的制备方法得到的改性生物炭较未改性生物炭具有更发达的微孔结构从而可以使土壤更好的持有磷、钾等元素，同时生物炭改性过程中磷、钾化合物的添加也能够很好的弥补生物炭本身持有养分不均衡的局限性；另外，改性生物炭拥有更发达的孔隙结构、更充足的养分来源，能够为微生物的生长繁殖提供更多的场所和养分。
[0010]作为本专利技术所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(1)中，改性溶液中过氧化氢的质量百分数为6
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10％；改性溶液中磷元素与改性溶液的质量体积比为1.4
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2.2g/L；改性溶液中钾元素与改性溶液的质量体积比为4.0
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5.6g/L。
[0011]添加的过氧化氢可作为氧化剂，氧化生物炭，提升生物炭的微孔结构，并增加生物炭对磷元素和钾元素的吸附和持有。
[0012]作为本专利技术所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(2)中，生物炭与改性溶液的质量比为1：(1.8
‑
2.2)。
[0013]生物炭和改性溶液的质量比为1：(1.8
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2.2)一方面能够保证生物炭能够被充分改性和持有营养元素(如磷、钾元素)，另一方面也能够避免加入的改性溶液过多造成的资源浪费。
[0014]作为本专利技术所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(2)中，生物炭的粒径在2mm以下；所述生物炭的来源包括农林废弃物或残渣，具体的，包括花生壳、水稻、玉米秸秆中的任意一种或其组合。
[0015]作为本专利技术所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(2)中，静置的温度为24
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26℃，静置的时间为22
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26h。
[0016]另外，本专利技术还提供了一种改性生物炭，所述改性生物炭采用上述制备方法制备
而成。
[0017]本专利技术提供的改性生物炭具有发达的微孔结构和比表面积，含氧官能团也增加，并且吸附并持有营养元素磷、钾元素，因此，本专利技术提供的改性生物炭对土壤具有优异的优化效果，一方面，当将本专利技术的改性生物炭加入到土壤中后，能够提高土壤的比表面积、微孔数量、含氧官能团数量和显著的缓解土壤酸性，使得土壤的持水特性和对污染物(重金属等)的固定吸附能力也相应提升；一方面，由于更发达的孔隙结构、更充足的养分来源也能够为微生物的生长繁殖提供更多的场所和养分，加入到土壤中后，能够促进土壤中对植物有益的土壤微生物的生长和微生物多样性的提升；另一方面，改性生物炭中已经吸附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性生物炭的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)用含有磷、钾化合物的溶液稀释过氧化氢溶液，得改性溶液；(2)将生物炭与改性溶液混合搅拌均匀后静置、过滤、干燥，得改性生物炭。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，改性溶液中过氧化氢的质量百分数为6
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10％；改性溶液中磷元素与改性溶液的质量体积比为1.4
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2.2g/L；改性溶液中钾元素与改性溶液的质量体积比为4.0
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5.6g/L。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，生物炭与改性溶液的质量比为1：(1.8
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2.2)。4.一种改性生物炭，其特征在于，所述改...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宏伟，王宇辰，倪钧钧，郭浩文，
申请(专利权)人：香港科技大学，
类型：发明
国别省市：