一种壳聚糖生物炭炭基保水材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种壳聚糖生物炭炭基保水材料及其制备方法和应用，属于土壤水分保持领域。方法包括：将棉花秸秆生物炭加入过氧化氢溶液中进行氧化处理，随后抽滤并洗涤干燥，得到改性棉花秸秆生物炭；将壳聚糖溶于乙酸溶液中，随后在加热和搅拌状态下，加入N,N'

【技术实现步骤摘要】
一种壳聚糖生物炭炭基保水材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于土壤水分保持领域，具体涉及一种壳聚糖生物炭炭基保水材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]土地是人们赖以生存的自然资源之一，土地资源在我国也比较稀缺。而在我国西北部地区，土壤盐碱化和砂质化严重，地下水位较浅，降水少，蒸发量大，土壤水分流失严重，供植作物的养分十分缺少。特别是，可耕地的土壤常常积聚了太多的盐分，土壤保水能力差，通常需要大量的灌溉用水,浪费了宝贵的水资源,使水资源缺乏。目前对于盐渍化的治理方法有漫灌、滴灌、喷灌和施用保水材料等方法。施用保水材料操作简单、处理效果好、提高盐渍化土壤持水能力，被广泛用于在盐渍化土壤治理当中。
[0003]选取农业废弃秸秆作为炭基保水材料的原材料，一直都是盐渍化土壤治理领域的研究热点所在，这是因为农业废弃秸秆来源广泛、几乎没有成本、对环境也十分友好。生物炭是利用各种农业废弃的秸秆，在厌氧的环境下高温热解制成的富含多孔隙结构的固体产物。生物炭具有高比面积以及富有各种含氧官能团、碳含量高。因而在盐渍化土壤的治理中被广泛的施用。但是生物炭通常是增加土壤养分领域，对增加土壤持水能力的作用效果不是很明显，限制了生物炭在盐渍化土壤治理的应用。为了提高生物炭的效能更全面、更适用，通常对生物炭进行氧化改性处理，制备出改性生物炭，增加生物炭的亲水性官能团，易于提高其持水能力。
[0004]壳聚糖为天然多糖甲壳素脱除部分乙酰基的产物，具有良好的生物降解性和环境相容性，广泛用于农业和环保当中，其本身具有大量的羟基和羧基等亲水性好的含氧官能团，对改性棉花秸秆生物炭进行壳聚糖的交联复合，能够增加生物炭表面位点的亲水官能团，进而提高生物炭在盐渍化土壤的保水能力。
[0005]因此，在盐渍化土壤的治理当中，提供一种增加土壤养分、成本低廉、制作简易且保水能力好的壳聚糖生物炭炭基保水材料是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种壳聚糖生物炭炭基保水材料及其制备方法和应用，以实现对砂质化土壤的水分保持和养分增加。
[0007]本专利技术所采用的具体技术方案如下：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种壳聚糖生物炭炭基保水材料的制备方法，具体如下：
[0009]S1：将过筛后的棉花秸秆粉末，在惰性气氛的保护下，升温加热使其炭化，得到棉花秸秆生物炭；
[0010]S2：将所述棉花秸秆生物炭加入过氧化氢溶液中进行氧化处理，随后抽滤并洗涤干燥，得到改性棉花秸秆生物炭；
[0011]S3：将壳聚糖溶于乙酸溶液中，随后在加热和搅拌状态下，加入N,N'
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亚甲基双丙
烯酰胺和丙烯酸，充分反应后得到第一混合溶液；向所述第一混合溶液中依次加入过硫酸铵溶液和所述改性棉花秸秆生物炭，恒温搅拌使其充分反应，得到第二混合溶液；最后向所述第二混合溶液中加入氢氧化钠溶液进行水解反应，经纯化、洗涤和干燥后，得到壳聚糖生物炭炭基保水材料。
[0012]作为优选，所述步骤S1中，将成熟的棉花秸秆洗净后，于75℃干燥24h，粉碎后过80目筛，得到棉花秸秆粉末。
[0013]作为优选，所述步骤S1中，在氮气气氛下，以15℃/min的升温速率加热至60℃，并保温4h，使棉花秸秆粉末充分炭化。
[0014]作为优选，所述步骤S2中，过氧化氢溶液的浓度为0.5mol/L，氧化处理时间为6h。
[0015]作为优选，所述步骤S2中，抽滤后用水洗涤多次，随后于75℃下干燥12h，得到改性棉花秸秆生物炭。
[0016]作为优选，所述步骤S3中，壳聚糖与乙酸溶液的混合质量比例为1：30，乙酸溶液的质量浓度为2％，随后将体系在转速800r/min下升温至70℃，再加入N,N'
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亚甲基双丙烯酰胺和丙烯酸，保温10min，随后依次加入过硫酸铵溶液和所述改性棉花秸秆生物炭，恒温搅拌40min。
[0017]作为优选，所述步骤S3中，丙烯酸占所述第一混合溶液体积的24.34％N,N'
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亚甲基双丙烯酰胺占所述第一混合溶液体积的0.17％，过硫酸铵占所述第二混合溶液体积的0.7％改性棉花秸秆生物炭与壳聚糖的质量比为3:2。
[0018]作为优选，所述步骤S3中，将水解反应后的材料用无水乙醇纯化6h，随后用水洗涤，再于75℃下干燥24h，得到壳聚糖生物炭炭基保水材料。
[0019]第二方面，本专利技术提供了一种利用第一方面任一所述制备方法得到的壳聚糖生物炭炭基保水材料。
[0020]第三方面，本专利技术提供了一种利用第二方面述壳聚糖生物炭炭基保水材料在保持土壤水分中的应用，其中，所述壳聚糖生物炭炭基保水材料的添加量为土壤质量的0.5％或1％，施用于土壤深度的0～20cm处。
[0021]本专利技术相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
[0022]1、本专利技术的壳聚糖生物炭炭基保水材料，表面氧化活性位点多，富含羟基、羧基等含氧官能团且更容易水分子结合，增强土壤保水能力，能够处理盐渍化土壤中水分向下渗漏的问题。该材料选用生物炭作为载体，能够给盐渍化土壤提供养分，增加土壤碳含量，并为土壤的治理提供新的理论方法。
[0023]2、原材料棉花秸秆来源丰富，几乎没有成本，并且壳聚糖生物炭炭基保水材料工艺十分的简单，能够量产，并应用于盐渍化土壤的治理当中。
[0024]3、本专利技术的壳聚糖生物炭炭基保水材料对盐渍化土壤水分的保持和养分补充有着明显的效果，施用工艺也简单便于操作。
附图说明
[0025]图1为本专利技术中实施例1中壳聚糖生物炭炭基保水材料的扫面电镜图；
[0026]图2为本专利技术中实施例1中壳聚糖生物炭炭基保水材料的傅里叶红外光谱示意图；
[0027]图3为本专利技术中实施例2中壳聚糖生物炭炭基保水材料在不同溶液中吸水倍率的
效果图；
[0028]图4为本专利技术中实施例3中壳聚糖生物炭炭基保水材料添加不同比例对土壤入渗量影响的效果图；
[0029]图5为本专利技术中实施例3中壳聚糖生物炭炭基保水材料添加不同比例对土壤湿润峰影响的效果图；
[0030]图6为本专利技术中实施例3中壳聚糖生物炭炭基保水材料添加不同比例对土壤不同土层水分影响的效果图；
[0031]图7为本专利技术中实施例4中壳聚糖生物炭炭基保水材料添加不同比例对土壤有机质影响的效果图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步阐述和说明。本专利技术中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
[0033]本专利技术提供了一种壳聚糖生物炭炭基保水材料的制备方法，该方法具体如下：
[0034]S1：将过筛后的棉花秸秆粉末，在惰性气氛的保护下，升温加热使其炭化，得到棉花秸秆生物炭。
[0035]在实际应用时，可以首先将成熟的棉花秸秆洗净后，放于75℃的烘箱中干燥24h，并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种壳聚糖生物炭炭基保水材料的制备方法，其特征在于，具体如下：S1：将过筛后的棉花秸秆粉末，在惰性气氛的保护下，升温加热使其炭化，得到棉花秸秆生物炭；S2：将所述棉花秸秆生物炭加入过氧化氢溶液中进行氧化处理，随后抽滤并洗涤干燥，得到改性棉花秸秆生物炭；S3：将壳聚糖溶于乙酸溶液中，随后在加热和搅拌状态下，加入N,N'
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亚甲基双丙烯酰胺和丙烯酸，充分反应后得到第一混合溶液；向所述第一混合溶液中依次加入过硫酸铵溶液和所述改性棉花秸秆生物炭，恒温搅拌使其充分反应，得到第二混合溶液；最后向所述第二混合溶液中加入氢氧化钠溶液进行水解反应，经纯化、洗涤和干燥后，得到壳聚糖生物炭炭基保水材料。2.根据权利要求1所述的一种壳聚糖生物炭炭基保水材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，将成熟的棉花秸秆洗净后，于75℃干燥24h，粉碎后过80目筛，得到棉花秸秆粉末。3.根据权利要求1所述的一种壳聚糖生物炭炭基保水材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，在氮气气氛下，以15℃/min的升温速率加热至60℃，并保温4h，使棉花秸秆粉末充分炭化。4.根据权利要求1所述的一种壳聚糖生物炭炭基保水材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，过氧化氢溶液的浓度为0.5mol/L，氧化处理时间为6h。5.根据权利要求1所述的一种壳聚糖生物炭炭基保水材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李发永，杨友明，王杰，李慧娟，匡凯钰，尹要山，张永祥，
申请(专利权)人：塔里木大学，
类型：发明
国别省市：