一种酸碱度响应型生物质炭基土壤改良剂的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种酸碱度响应型生物质炭基土壤改良剂的制备方法。以生物质炭/海藻酸钠的复合材料为载体，采用微流控技术制备了装载土壤养分的酸碱度响应型土壤改良剂。制备的土壤改良剂的粒径为1～2mm，在pH值为4.0～10.0的缓冲溶液中，土壤养分的释放时长可达250h。分别对盐碱土、红土和中性土壤改良50天后，0～15cm土壤pH值变化0.4～1.3个单位，土壤盐分含量下降23.4％～30.9％，土壤铵态氮含量上升10.7～25.2mg/kg，有效磷含量上升21.1～68.9mg/kg，速效钾含量上升30.2～77.8mg/kg，有机质含量上升3.12～11.86g/kg。本发明专利技术所采用廉价易得的原料，通过简单和低成本的制备方法，获得了具有良好的缓释性和酸碱度响应性的生物质炭基土壤改良剂，针对不同土壤均具有较好的酸碱度响应性和缓释性，具有广泛的潜在应用前景。用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种酸碱度响应型生物质炭基土壤改良剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及土壤改良剂
，具体涉及一种酸碱度响应型生物质炭基土壤改良剂的制备方法。

技术介绍

[0002]土壤是人类赖以生存和发展的重要物质基础。退化土壤作为重要的后备土地资源，将其合理的开发利用是当前的热点问题。据相关统计分析，我国土壤退化的总面积可达4.6
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108km2，约占土地总面积的48％。其中，由于水土流失不断加剧和不合理的耕作、轮作，我国北方已有近3.3
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107hm2的土地沙漠化，约8.7
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107hm2草原退化，且每年的增幅仍达到1.2
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106hm2左右。同时，过度施用化肥、农药和杀虫剂导致土壤污染退化的面积高达670hm2。土壤退化使土壤酶活性以及生物丰富度的减少，导致使土壤生产力降低，土壤作物品质下降。此外，大量研究表明土壤退化降低了植物和土壤食物网对养分的富集反应，削弱了植物
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土壤的相互作用，进而引发土壤退化的恶性循环。因此，开发利用退化土地，确保我国耕地、粮食及生态安全，不仅是21世纪解决我国粮食问题的重要途径，也是实现可持续发展的必由之路。
[0003]施用土壤改良剂是改善土壤结构、调节土壤酸碱度和提高土壤肥力的有效办法。缓释土壤改良剂因成本低、作用时间长、无污染等优点和备受消费者们的青睐。但存在以下缺点：(1)不能对外界环境如温度、酸碱度及盐分含量等做出响应；(2)制备过程复杂和成本高；(3)降解难度大且会对土壤造成二次污染。因此，开发低成本、高效持续、按需释放、较好的响应外界环境酸碱度和可生物降解的缓释土壤改良剂成为当前研究的热点。
[0004]现有技术木质素/海藻酸钠水凝胶(Hydrogel synthesis based on lignin/sodium alginate and application in agriculture,Int.J.Biol.Macromol.2020,144,219
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230.DOI:10.1016/j.ijbiomac.2019.12.082)、淀粉/稻壳灰复合水凝胶(Superabsorbent Hydrogel Composite Based on Starch/Rice Husk Ash as a Soil Conditioner in Melon(Cucumis melo L.)Seedling Culture,J.Polym.Environ.2020,28,131
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140.DOI:10.1007/s10924
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019
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01593
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x)、壳聚糖水凝胶(Designing chitosan based eco
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friendly multifunctional soil conditioner systems with urea controlled release and water retention,Carbohyd.Polym.2019,223,115040.DOI:10.1016/j.carbpol.2019.115040)制备的土壤改良材料功能均过于单一(只有pH响应、保水、保肥或缓释等单一功能)，从而导致其利用效率较低。如果土壤改良材料同时具有多种功能，意味着单一材料可同时实现对外界环境酸碱度响应性、土壤保水保肥及缓释能力，从而提高土壤改良剂的利用效率，降低土壤修复的成本。所以，制备集多功能于一体的土壤改良材料的同时达到降本增效的目的是当前的重点和难点。
[0005]基于以上问题，选用具有丰富的多孔结构、较大的比表面积、丰富的官能团和较高的阳离子交换能力生物质炭作为一种新型的土壤改良剂的载体，施用于土壤中可有效降低土壤pH值、盐分含量和容重，提高土壤有机碳含量及改善土壤孔隙状况和土壤养分环境等。
生物质多羟基材料(如海藻酸钙、壳聚糖、纤维素等)因具有丰富的官能团，故常被用做制备增强对外界环境酸碱度有很好的响应与释放的缓释材料。将生物质炭与生物质多羟基材料结合制备新型土壤改良剂，既可以实现对生物质炭和营养物质的包覆达到对土壤改良的长效性，又可以对外界环境酸碱度变化具有响应。因此，具有较好的应用前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的
[0007](1)以生物质炭和生物质多羟基复合材料为载体，负载土壤及植物所需的营养物质，制备出一种可再生、廉价易得及良好的生物降解性的酸碱度响应型缓释土壤改良剂；
[0008](2)实现对包覆物质的智能释放，有效提高改良剂的使用效率。同时，可以根据不同土壤需要更换不同营养物质，实现对不同类型土壤的改良；
[0009](3)通过生物质多羟基材料中海藻酸钠的持续置换盐碱土中的钠离子与生物质炭和土壤养分协同作用，提高改良剂的长效的缓释性；
[0010](4)利用均质机与微流体控制(微流控)相结合的技术，使生物质炭和生物质多羟基材料充分混合，制备具有大小均一、交联致密且释放时间长的酸碱度响应型缓释凝胶球。一种酸碱度响应型生物质炭基土壤改良剂的制备方法，所述方法如下步骤进行：(1)将生物质炭充分研磨、过筛得到过筛后的生物质炭；
[0011](2)将(1)中过筛后的生物质炭和碱按一定比例混合，研磨均匀后转移至瓷舟中；
[0012](3)将(2)中的瓷舟放入管式炉中,在N2条件下，以5℃/min升温速率加热到600～1200℃，活化反应1～5h；
[0013](4)反应结束后，将其冷却至室温，并用1M的HCl洗至中性，过滤后将其烘干得到活化后的生物质炭；
[0014](5)将活化后的生物质炭、海藻酸钠和其它生物质多羟基材料按一定的比例进行混合，添加到土壤养分溶液中，室温下利用匀质机在一定转速下分散至其混合完全，得到均匀的混合溶液；
[0015](6)采用微流控技术在一定的速度下将(5)得到的混合溶液逐滴滴入一定浓度的CaCl2溶液中，反应形成凝胶球并陈化0.5～2h；
[0016](7)将(6)得到的生物质炭基凝胶球利用蒸馏水反复清洗。冷冻干燥得到具有酸碱度响应型生物质炭基缓释土壤改良剂。
[0017]优选地，步骤(1)中，所述的生物质炭为木炭、秸秆炭、稻壳炭、椰壳炭、玉米芯炭、菌糠炭、棉杆炭、芦苇炭、竹柳炭、和木薯炭等中的一种或多种。
[0018]优选地，步骤(2)中，所述的碱为Ca(OH)2、NaOH、KOH、和NH3·
H2O中的一种或多种，生物质炭与碱的质量比为1:5～5:1。
[0019]优选地，步骤(5)中，所述的生物质多羟基材料为纤维素、壳聚糖、淀粉、蔗糖、和果糖中的一种或多种；土壤养分为黑腐酸、黄腐酸、棕腐酸、硝基腐植酸、尿素、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵、过磷酸钙、钙镁磷肥磷矿粉、氯化钾、磷酸钾、磷酸铵、硝酸磷、和硝酸钾中的一种或多种；匀质机的转速为6000～15000rpm。
[0020]优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种酸碱度响应型生物质炭基土壤改良剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将生物质炭充分研磨、过筛得到过筛后的生物质炭；(2)将(1)中过筛后的生物质炭和碱按一定比例混合，研磨均匀后转移至瓷舟中；(3)将(2)中的瓷舟放入管式炉中，在N2条件下，以5℃/min升温速率加热到600～1200℃，活化反应1～5h；(4)反应结束后，将其冷却至室温，并用1M的HCl洗至中性，过滤后，将其烘干得到活化后的生物质炭；(5)将活化后的生物质炭、海藻酸钠和生物质多羟基材料按一定的比例进行混合，添加到一定浓度的土壤养分溶液中，室温下利用匀质机在一定转速下分散至其混合完全，得到均匀的混合溶液；(6)采用微流控技术在一定的速度下将(5)得到的混合溶液逐滴滴入一定浓度的CaCl2溶液中，反应形成凝胶球并陈化0.5～2h。(7)将步骤6得到的生物质炭基凝胶球利用蒸馏水反复清洗。冷冻干燥得到具有pH响应型生物质炭基缓释土壤改良剂。2.根据权利要求1所述的一种酸碱度响应型生物质炭基土壤改良剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的生物质炭为木炭、秸秆炭、稻壳炭、椰壳炭、玉米芯炭、菌糠炭、棉杆炭、芦苇炭、竹柳...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄占华，王维聪，孙哲，张馨睿，曲兰妮，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：