[发明专利]一种磷改性生物碳的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种磷改性生物炭的制备方法，所述制备方法通过对农业废弃物进行高温碳化后制备得到生物炭，进一步将生物炭与红磷按照一定的比例进行球磨，从而使得红磷在球磨过程中负载到生物炭上形成磷改性生物炭。本发明的磷改性生物炭可处理水体重金属污染，也可在土壤环境中可以通过缓慢氧化，转化为磷酸，并释放出氢离子和磷酸根，氢离子可以提高土壤pH，磷酸根可以通过沉淀、络合重金属以及钙镁离子，同时在较长时间里保持土壤有效磷的水平，达到协同治理土壤重金属污染和盐碱化的目的。

技术领域

本申请涉及农业资源环境技术领域，具体涉及的是一种磷改性生物炭的制备方法及其应用。

背景技术

重金属对人体有很大的危害，长期低剂量暴露，重金属危害的潜伏期可高达30年，而且其危害是不可逆转的。2015年公布的《全国土壤污染状况调查公报》中指出，重金属是我国土壤的主要污染物，占超标点位的70％以上。由于重金属不能降解，逐年积累，已有部分农田土壤重金属容量已经饱和，并生产超标农产品。而治理重金属污染土壤工作是十分昂贵的，一些尖端的技术通常只适用于小面积高度污染的土壤，而对于这种大面积微污染农田重金属问题，行之有效的措施还不多。如何使农田重金属污染得到治理，土壤得到修复，避免土地资源的浪费，并提高产量，提高农民收入，生产出绿色农产品，是当前的重金属修复面临的一大难点。

磷是植物生长发育所必需的大量营养元素之一。土壤是植物磷营养的主要来源，无机磷是植物吸收土壤中的磷素的主要形态，土壤中磷素的含量、形态及有效性对植物吸收磷极为关键。中国北方土壤(尤其是盐碱土)由于其较高的pH值等不良土壤理化性质，土壤有效磷含量往往更低。为提高或保证作物产量，过量或不恰当的磷肥施用造成了大量磷素的流失，将导致了农业的面源污染和水体富营养化。因此，如何提高土壤中无机磷存在的形态、数量及其有效性，对于提高肥料利用率，指导土壤科学、合理、有效的施肥都具有重要的意义。

生物炭是由木材、草、玉米秆或其它农作物废物以及畜禽粪便等生物质在无氧或限氧条件下经高温热解产生的一类稳定的、高度芳香化的碳质材料。近年来，由于生物炭在农业和环境中的巨大应用前景和对土壤碳的增汇减排作用，使其被作为一种多功能土壤添加改良剂和污染修复材料迅速成为研究焦点。国内外研究表明，生物炭的生产不仅为农林废弃物资源化提供了一条新途径；可以增加土壤的空隙度和保水能力，促进农作物增产，提高农业生产的可持续性；还对重金属和氮磷营养元素均有很强的吸附能力，在治理土壤重金属污染、氮磷流失方面具有很大的市场前景。通过高温热解制备的生物炭由于设备低廉、经济和操作简单而被广泛地应用，但该类生物炭含有丰富的碱金属和碱性基团，土壤添加后能够显著提高土壤的pH，这大大限制了生物炭在碱性土壤尤其是盐碱土中应用。

对于磷改性提高生物炭对重金属吸附固定能力的方法已多有报道，大多采用在热解前后通过磷酸盐的吸附、络合和沉淀在生物炭表面引入磷素，来提高生物炭的对重金属的固定能力，或制备为缓释磷肥。尚无关于碱性土壤中功能化生物炭在协同治理重金属污染和调控土壤酸碱和磷素水平的报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种磷改性生物炭的制备方法，并将其应用于碱性及重金属污染土壤。

本发明的磷改性生物炭的制备方法，通过对农业废弃物进行高温碳化后制备得到生物炭，进一步将生物炭与红磷按照一定的比例进行球磨，从而使得红磷在球磨过程中负载到生物炭上形成磷改性生物炭。

进一步的，本发明的搭载到生物炭上的红磷可处理水体重金属污染，也可在土壤环境中可以通过缓慢氧化，转化为磷酸，并释放出氢离子和磷酸根，氢离子可以提高土壤pH，磷酸根可以通过沉淀、络合重金属以及钙镁离子，同时在较长时间里保持土壤有效磷的水平，达到协同治理土壤重金属污染和盐碱化的目的。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

步骤1：将农林牧废弃物粉碎成段、块，并通过自然晒晾使其含水量在35％以下，从而得到生物炭制备的原材料；