[发明专利]层状双氢氧化物和碱活化生物炭复合材料及其制法和应用

说明书

本发明公开了一种Mg/Fe型层状双氢氧化物和碱活化生物炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：准备进行了碱活化预处理的生物炭材料；将Mg/Fe型层状双氢氧化物原位负载到所述生物炭材料上，并进行老化处理，得到Mg/Fe型层状双氢氧化物和碱活化生物炭复合材料。本发明还公开了通过上述制备方法制得的Mg/Fe型层状双氢氧化物和碱活化生物炭复合材料及其在土壤改良修复和/或面源污染控制中的应用。本发明提出的Mg/Fe型层状双氢氧化物和碱活化生物炭复合材料及其制法和应用，能够强化土壤中氮素的持留和重金属的固定，达到减少面源污染、保持土壤肥力及降低土壤重金属污染风险的效果。

技术领域

本发明涉及环境工程材料技术领域，尤其涉及一种Mg/Fe型层状双氢氧化物和碱活化生物炭复合材料及其制法和应用。

背景技术

我国是氮肥使用大国，氮肥年使用量305kg/ha，约为世界均值的4倍，然而其有效利用率仅为20-35％，大量氮素物质(NH₄⁺-N和NO₃^--N)流失到水体或者空气中，引发严重的环境污染问题。同时，氮肥的滥用，会直接或者间接造成土壤中H⁺含量提高，破坏土壤中铁锰矿物或者与重金属形成竞争性吸附，从而提升土壤中重金属有效态的含量；重金属有效态含量的提升又会反作用于氮循环，影响土壤中氮素物质的迁移转化，比如促进N₂O的释放。所以，农田中氮素的无效损失和重金属有效性提升是并存、相互影响的环境问题，兼顾土壤中氮素的持留和重金属的固定是必要的。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种Mg/Fe型层状双氢氧化物和碱活化生物炭复合材料及其制法和应用，能够强化土壤中氮素的持留和重金属的固定，达到减少面源污染、保持土壤肥力及降低土壤重金属污染风险的效果。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种Mg/Fe型层状双氢氧化物和碱活化生物炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：准备进行了碱活化预处理的生物炭材料；

S2：将Mg/Fe型层状双氢氧化物原位负载到所述生物炭材料上，并进行老化处理，得到Mg/Fe型层状双氢氧化物和碱活化生物炭复合材料。

优选地，步骤S1中具体包括：

S11：将生物质材料用KOH溶液浸泡24～48h，并烘干至恒重；

S12：将烘干后的生物质材料在500～700℃的惰性气体氛围下进行热解2～4h；

S13：将热解得到的生物炭进行清洗，并烘干至恒重，再进行粉碎、过筛处理后得到所述生物炭材料。

优选地，步骤S11中的KOH溶液的浓度为1mol/L。

优选地，步骤S2中Mg/Fe型层状双氢氧化物和生物炭材料的质量比为2:1。

优选地，步骤S2中将Mg/Fe型层状双氢氧化物原位负载到所述生物炭材料上具体包括：

S21：将20ag的生物炭材料加入到100a～200aml的去离子水中，搅拌均匀；

S22：向步骤S21得到的溶液中加入稀盐酸或稀硝酸溶液，并持续向溶液中鼓入氮气，直至将溶液的pH值调节至3～4；

S23：向步骤S22得到的溶液中加入KOH溶液直至将溶液的pH值调节至9.5～10.5，并将混合溶液的温度升高至60～80℃；