[发明专利]腐殖酸包埋生物炭-纳米羟基磷灰石复合材料及制备方法和用途

说明书

本发明属于功能土壤改良技术领域，具体涉及一种腐殖酸包埋生物炭‑纳米羟基磷灰石复合材料及制备方法和用途；首先将秸秆干燥加热制得生物炭，再用化学沉淀法制取的纳米羟基磷灰石对生物炭进行表面改性，最后用腐植酸钠溶液对改性材料进行包埋，最终制备得到腐殖酸包埋生物炭‑纳米羟基磷灰石的复合功能材料。本发明以水稻秸秆生物炭为核心材料，通过纳米羟基磷灰石改性增加有效磷的输入，同时提高生物炭对腐植酸钠的吸附量，解决了在低有机质含量风沙土中单独施用生物炭导致的有效磷增效低的问题。

技术领域

本发明属于功能土壤改良技术领域，具体涉及一种腐殖酸包埋生物炭-纳米羟基磷灰石复合材料及制备方法和用途。

背景技术

目前，我国土地沙化面积261.16万平方公里，约占国土面积的四分之一，如何防止沙漠化，并积极开发利用风沙土资源已成为举世瞩目的问题。风沙土土壤有机质含量低、有效磷含量低、植物种植存活难度大。为了保护和改善农业生态环境，维持西北干旱与半干旱风沙土地区农业可持续发展，有必要制备一种功能化材料，用以提高土壤中磷素的有效性与土壤肥力，营造适宜的土壤条件，协调土壤供水供肥能力，改善提高风沙土土壤质量。

生物炭是由生物质在缺氧条件下，经高温裂解产生的一类高度芳香化难熔性固态富碳物质。生物炭孔隙结构丰富、比表面积大，具有高度生物化学稳定性与较强吸附性能，在增加土壤碳库储量、改善土壤质量、持留土壤养分以及提高作物产量等方面发挥重要作用。作为一种外源输入的新型功能材料，生物炭直接或间接参与土壤生态系统中的磷素循环，并对土壤磷素物质转化过程产生一定的影响。

生物炭施用过程中，土壤pH值是有效磷提升能力的主要限制性因素之一。酸性土壤中，施入生物炭可以提高土壤磷的有效性；但是在碱性土壤中，生物炭自身的理化性质会引起土壤pH值继续升高，导致的土壤中有效磷增效低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种腐殖酸包埋生物炭-纳米羟基磷灰石复合材料及制备方法和用途。

本发明的第一个目的是提供一种腐殖酸包埋生物炭-纳米羟基磷灰石复合材料的制备方法，包括以下步骤：

生物炭的制备：取农田生物质秸秆洗净干燥，粉碎后经炭化炉碳化，最后研磨过筛，获得生物炭材料；

纳米羟基磷灰石的制备：配制2.36～2.37g/100mL、pH 10的四水合硝酸钙溶液和0.79～0.80g/100mL、pH 10的磷酸氢二铵溶液；磷酸氢二铵溶液缓慢逐滴加至四水合硝酸钙溶液中，保持反应体系温度为40～50℃，搅拌30～60min后继续陈化12～14h，洗涤沉淀，干燥，得到纳米羟基磷灰石；

生物炭-纳米羟基磷灰石的制备：将纳米羟基磷灰石与去离子水按照0.5g：100mL的比例混合，然后向溶液中加入生物炭；搅拌混合，洗涤沉淀，干燥，得到生物炭-纳米羟基磷灰石材料；

腐殖酸包埋生物炭-纳米羟基磷灰石复合材料的制备：配制200mg/L、pH 6的腐殖酸钠溶液；将生物炭-纳米羟基磷灰石材料与腐殖酸钠溶液混合，振荡混合2～3d，离心，过滤，洗涤沉淀，干燥沉淀，得到腐殖酸包埋生物炭-纳米羟基磷灰石复合材料。

优选的，所述腐殖酸包埋生物炭-纳米羟基磷灰石复合材料的制备方法，所述农田生物质秸秆为水稻秸秆、高粱秸秆、玉米秸秆或者小麦秸秆。

优选的，所述腐殖酸包埋生物炭-纳米羟基磷灰石复合材料的制备方法，碳化条件为：温度为450℃，炭化时间1h；碳化结束后自然冷却至60℃，然后取出生物炭材料。

优选的，所述腐殖酸包埋生物炭-纳米羟基磷灰石复合材料的制备方法，制备纳米羟基磷灰石时，Ca与P的摩尔比例为1.67:1。

优选的，所述腐殖酸包埋生物炭-纳米羟基磷灰石复合材料的制备方法，生物炭-纳米羟基磷灰石的制备时，按照生物炭：纳米羟基磷灰石＝1:1的质量比例。