本发明专利技术涉及螯合土壤中的有机碳的方法，其特征在于，其包括下述操作阶段：a)将包含腐殖质的土壤与包含金属-卟啉和/或金属-酞菁类复合物的催化剂接触；b)将与所述催化剂接触的所述包含腐殖质的土壤暴露于UV和/或可见波长范围内的电磁辐射。尤其是，前述方法可用于缓和土壤自然产生的CO2排放并改善土壤的结构稳定性以减少表面侵蚀导致的肥土流失。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及螯合土壌中的有机碳的方法。尤其是，本专利技术涉及螯合土壌中的有机碳以缓和由土壌自然产生的CO2排放的方法。所述方法通过原位光氧化催化聚合来増加土壤中存在的天然有机分子的化学能量的量并限制其生物降解。土壌中存在的、植物和动物物质的分解和生物学降解过程以及微生物异化作用导致的有机化合物的集合一般称为术语"腐殖质"。腐殖质通过细胞生物分子比如蛋白、肽、碳水化合物、脂肪酸，通过它们的降解产品，以及通过木质素降解副产物比如酚和苯甲酸形成。所述分子単独地具有一般低于IOOODa的分子量。腐殖质以变化的量和组成存在于土壤、海洋沉积物、煤沉积和内陆和海洋水域中。在生物圏中保持行星生态平衡的重要性可与光合作用和大气固氮过程比拟。实际上，主要維持生物地球化学碳循环的是通过在大气中再次排放植物通过光合作用固定的CO2的腐殖质矿化的恒定过程，亦即腐埴质含碳有机化合物转化为CO2。 然而，在エ业化农业生产的情况下的现象比如滥伐和密集土壤开发业已引起土壤有机碳矿化过程的加快，从而增加大气中増加温室效果的气体之一的CO2的含量。全球地，作为CO2自行星土壤释放的碳(称为"土壌呼吸")据估计为约8X1014g C/年(Paustian等人，1997)。CO2在大气中的浓度以约2. 8Gt (十亿吨)的C/年的速率増加。主要由于化石燃料燃烧的人类发生的CO2以约6GtC/年的更高速率释放于大气中。释放于大气中的CO2量与观察到的浓度增加之间的差异是由于内陆生态系统中的人类发生的反向固定机理(Schimel等人，1995)。实际上，与全球光合作用固定的120GtC/年相对，植物呼吸和土壤各贡献60GtC/年，保持大气中的CO2全球平衡。鉴于该情況，显然的是土壤有机碳分解速率的小改变能显著影响大气CO2浓度。因此，通过影响土壌有机碳固定和/或螯合机理，可能显著影响碳生物地球化学循环的全球平衡。在现有技术中，减少大气中的CO2和其它温室气体的方法之一基于生物质中的碳固定。对于该意图，已开发森林治理实践以增加能够自天然生物地球化学循环扣除且恒久固定在植物特别是木本种类中的碳的量。这样ー来，这种生物质便成为天然碳储库。然而，已知的是生物质中的净碳固定随着树达到完全成熟而终止。此外，已将特定实践用于作物农业限制土壤犁耕深度为不超过IOcm(少耕法)或Ocm(免耕)以减少或抑制腐殖质的微生物矿化。尽管上述实践的碳螯合速率是受限的(<0.5t他べ年’并且有待无可争辩且科学地证实，但是一旦土壌重新以传统条件(30-40cm)犁耕，可能的土壤螯合碳得以再次快速释放。土壌潜在地代表了自然界中最大的有机碳储库。据估计其含有约1500Gt碳，几乎在大气的两倍和植物螯合的三倍。与该潜カ有夫，因此会希望恒久地螯合土壤碳或者至少增加土壤碳在生物地球化学循环内的停留时间。本专利技术的目的是克服现有技术的前述缺点。本专利技术的第一目标是螯合土壌中的有机碳的方法，其特征在于，其包括下述操作阶段a)将包含腐殖质的土壤与包含金属-卟啉和/或金属酞菁类复合物的催化剂接触；b)将所述与所述催化剂接触的包含腐殖质的土壤暴露于UV或可见波长范围的电磁辐射。本专利技术的第二目标是可通过前述方法获得的含有螯合有机碳的土壌。本专利技术的又一目标是用于前述方法中的负载型催化剂，其包含前述的金属-卟啉和/或金属酞菁类的催化剂复合物，和选自硅酸盐或硅铝酸盐基质和有机基质基质。本专利技术目标的方法使得可以恒久地螯合土壌中存在的有机碳，或者至少将其保持较天然土壌生物地球化学平衡所允许的更长的时间间隔。本专利技术的方法可以用来缓和由土壤自然产生的CO2排放。申请人:令人惊讶地发现，可以通过增加经相互形成分子间共价键构成腐殖质的分子的化学能量的量以比现有农学螯合技术可获得的更高的量和更长的时间来螯合土壤碳。原位建立土壌腐殖质分子的这些键会增强引发微生物降解需要的能量阈值，由此引起潜在可矿化为CO2的碳的量減少。土壤中螯合的有机碳通过构成土壤腐殖质的有机物质(腐殖质分子)光氧化聚合获得。这样原位进行腐殖质聚合将包含腐殖质的土壌与由金属-卟啉复合物组成的催化剂接触，并且在波长属于紫外(UV)和/或可见范围内的电磁辐射存在下，优选在波长250至800nm,更优选300至800nm的福射存在下。在本专利技术的上下文中，术语"腐殖质"是指土壤中的有机分子复合物，其衍生自植物和动物物质的分解和生物学降解过程，以及微生物异化作用。腐殖质包含细胞生物分子比如蛋白，肽，碳水化合物，脂肪酸和它们的降解产品，木质素降解产品比如酚和苯甲酸，具有各种取代芳族环和甚至稠合环的有机化合物。作为本专利技术目的的方法可以有益地施用至全部天然土壌，亦即含有腐殖质且耕作或未耕作过的农业土壌。在施用所述方法至农业土壌之前，土壤应是优选犁耕的。适宜地官能化以确保其完全水溶解度且用作催化剂的卟啉和它们的衍生物与金属的复合物，例如金属-卟啉和金属酞菁(自此也分别命名为Me-卟啉和Me-酞菁)，是本领域已知的化合物。它们存在于自然界中和/或可通过本领域技术人员已知的合成过程来合成。关于术语卟啉，期望这样的有机杂环化合物类，其包含根据式(Ia)的卟啉环(卟啉)权利要求1.螯合土壌中有机碳的方法，其特征在于，其包括下述操作阶段 a)将含有腐殖质的土壌与包含金属-卟啉和/或金属-酞菁类复合物的催化剂接触； b)将与所述催化剂接触的所述含有腐殖质的土壌暴露于UV和/或可见范围波长的电磁辐射。2.根据权利要求I的方法，其特征在于，所述金属-卟啉和/或金属-酞菁类复合物的金属是金属离子，其选自属于下述类别和元素周期表系列的那些金属族Ila、族Ilia、族IVa、族Va、族VIA、族Vila、族VIII、族Ib、族lib、族Illb、镧系元素系列和锕系元素系列。3.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述金属离子选自Co2+、Fe3+、Fe2+、Ni2+、Cu2+、Mo3+、V5+、Ca2+、Ba2+、Sr2+、Cr3+、Cr5+、Mn2+ 和 Zn2+，优选选自 Co2+、Fe3+、Fe2+、Mn2+、Cu2+ 和 Ni2+。4.根据前述权利要求中ー项或多项的方法，其特征在于，所述金属-卟啉和金属-酞菁类化合物在卟啉或酞菁环的外围取代位置包含选自下述的亲水基团羧酸，苯磺酸，氯苯磺酸，铵甲基苯，肽和碳水化合物基团。5.根据前述权利要求中ー项或多项的方法，其特征在于，所述金属-卟啉和金属-酞菁类的化合物，选自 内消旋-四-(2，6- ニ氯-3-磺酸基-苯基)-卟啉化氯化Fe (III)， 内消旋_四-(2，6- ニ氯-3-磺酸基-苯基)_ B卜啉化氯化猛(II)， 内消旋-四-N-甲基吡啶基-卟啉化五こ酸锰(II)， 四-(2，6，9，12-四磺酸基苯基)-酞菁化氯化锰(II)。6.根据前述权利要求中ー项或多项的方法，其特征在于，所述催化剂是水溶性的，并且将其以固态或以水溶液形式与所述包含腐殖质的土壌接触。7.根据先前权利要求的方法，其特征在于，所述水溶液包含浓度O.OOlmol/L至O. lmol/L，优选 O. 005mol/L 和 O. 02mol/L 的所述催化剂。8.根据前述权利要求中ー项或多项的方法，其特征在于，所述金属-卟啉和金属-酞菁类化合物以本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·皮考洛，
申请(专利权)人：拿波利菲德里柯二世大学环境和农业新材料核磁共振多学科研究中心，
类型：发明
国别省市：
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