[发明专利]一种低成本环保碳量子点纳米肥料的制备方法及应用

说明书

本发明公开一种低成本环保碳量子点纳米肥料的制备方法及其应用，该纳米肥料由生物质为原料，包括花生麸，菜籽渣，茶叶渣，豆渣等一系列生物质中的一种或若干种混合物质。制备方法如下：将生物质原料用粉碎机粉碎，再将其放入管式炉中加热，在150℃~350℃中反应1~12h，自然冷却至室温，经过研磨，加入自来水后再经过滤净化等操作后得到生物质碳量子点水溶液，即纳米肥料。在常规营养液加入上述方法制备的浓度为0.01mg/mL~0.1mg/mL的生物质碳点溶液。本发明采用碳化法制取生物质碳点溶液，所用溶剂为水，方法绿色环保无污染，工艺流程简单，所需设备不复杂，易于操作，生产成本低，可用于工业化生产。

技术领域

本发明涉及纳米肥料领域，特别涉及生物质碳量子点的制备方法，及其在作物种植方面的应用。

背景技术

世界农业仍然面临着各种挑战。随着人口的进一步增加，粮食缺口进一步扩大。同时，土壤有机质下降、养分匮乏、农业水资源匮乏、耕地面积减少等问题，进一步加剧了人们对粮食的高需求与农作物生产力不足之间的不匹配。过去十年中世界人口的激增迫使农业部门提高作物生产率，以满足数十亿人的需要，特别是发展中国家的需要。土壤中普遍存在的养分缺乏给农民带来了巨大的经济损失，大规模使用化肥来增加农作物产量长期来看并不是一个合适的选择，例如利用率低，土壤板结，使土壤中某些元素过分积累，土壤理化性质改变，造成土壤中的有益菌死亡等，最终使作物品质大大降低，甚至整个生态系统的食物链造成不可弥补的破坏。

随着纳米技术和人工智能的发展，设计特定的纳米肥料已经成为缓解全球粮食压力的一种选择。碳量子点毒性相对较低(或对植物自然生长的抑制程度较低)和生物相容性较好的特性对植物的生长有积极的影响。目前，大量的纳米材料被开发和应用到农业中，用于监测作物健康，促进作物生长，提高化肥和农药的效率，控制疾病，害虫，减少环境压力。与其他金属基纳米材料相比，碳基纳米材料显示出更低的环境毒性和更高的生物相容性。因此，碳基纳米材料在农业中得到了广泛的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明以生物质为原料，包括花生麸，菜籽饼，豆渣，茶叶渣等一系列生物质，采用碳化法合成了水溶性、稳定性好的生物质碳点，产率高达10~20%。整个反应在1~12h内完成，为工业化大规模合成碳点提供了基础，生物质碳点表面具有不同的官能团，可以增强其对水和几种营养微粒的吸收。本发明将意大利生菜作为模式植物，探讨了生物质碳点对植物生长的影响。

本发明的目的在于提供一种生物质碳量子点的制备方法，原料包括花生麸，菜籽饼，豆渣，茶叶渣等一系列生物质，并应用在植物种植方面。

本发明通过下述技术方案实现：

一种低成本环保碳量子点纳米肥料的制备方法，包括以下步骤：将生物质粉末放入管式炉中在氮气保护下进行加热，进行高温裂解反应，得到的黑褐色粉末先混于水，再过滤，得到的水溶液为花生麸碳量子点溶液。

优选的，所述生物质为市场中购买的未发酵的片状花生麸，未发酵的饼状油菜渣，块状豆渣等一系列废弃生物质。

优选的，所述花生麸粉末在管式炉中碳化的温度为150~350℃。反应时间为1~12h。

优选的，完成热解反应后，还包括将所得物料自然冷却至室温，过滤，所得滤液就是花生麸碳量子点溶液。

优选的，所述过滤的方式为抽滤，所述抽滤所用水系微孔滤膜的孔径为0 .22μm。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的花生麸碳量子点溶液。