[发明专利]蚕沙基多孔炭材料的制备及吸附呋虫胺的缓释剂在土壤缓控释的应用

说明书

本发明公开了蚕沙基多孔炭材料的制备及吸附呋虫胺的缓释剂在土壤缓控释的应用。先将处理过的原蚕沙添加到改性溶液中进行活化，然后低温冻干；再将冻干后的蚕沙在N₂保护下进行高温炭化扩孔反应，然后清洗、离心以及烘干后即可得到蚕沙基多孔炭材料。本发明的蚕沙基多孔炭材料对农药呋虫胺进行吸附制备蚕沙基多孔炭农药缓释剂，然后应用到土壤缓控释中。本发明的蚕沙基多孔炭材料具有较高的比表面积和丰富的中微孔，对呋虫胺有较好的吸附容量，在土壤中也具有较好的缓控释作用。

技术领域

本发明属于炭材料技术领域，具体涉及蚕沙基多孔炭材料及其制备方法与应用。

背景技术

缓控释肥，广义上讲是指肥料养分释放速率缓慢，释放期较长，在作物的整个生长期都可以满足作物生长需求的肥料。但狭义上对缓释肥和控释肥来说又有其各自不同的定义。缓释肥(SRFs)又称长效肥料，主要指施入土壤后转变为植物有效养分的速度比普通肥料缓慢的肥料。其释放速率、方式和持续时间不能很好地控制，受施肥方式和环境条件的影响较大。缓释肥的高级形式为控释肥(CRFS)，是指通过各种机制措施预先设定肥料在作物生长季节的释放模式，使其养分释放规律与作物养分吸收基本同步，从而达到提高肥效目的的一类肥料。

缓控释技术不仅应用于肥料，同时还应用于农药上。缓控释技术的应用也是现代农业研究的热点。缓控释技术既包括物理型缓控释剂，也包括化学型缓控释剂。目前研究得较多的是物理型缓控释剂，特别是吸附型农药缓释剂，因为其可以综合利用农业废弃物等材料制成，来源广泛，而且能变废为宝。

蚕沙是为蚕蛾科昆虫家蚕幼虫的干燥粪便，桑蚕产业中常见的废弃物，没有合理规划使用的情况下，通常被丢弃，或者只是作为普通堆肥使用，利用价值低。但研究表明蚕沙具有天然的三维褶皱结构且含碳量高，经高温碳化及活化可以获得高比表面多孔生物炭，可以通过改性来提升其缓控释能力。因此如何综合利用废弃蚕沙，将其应用到农药缓控释过程中，并实现农药的缓释，同时最终能被土壤降解分化掉，实现资源利用是亟需研究的方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种蚕沙基多孔炭材料的制备及吸附呋虫胺的缓释剂在土壤缓控释的应用。先对原蚕沙进行改性活化、再冻干、高温炭化，得到蚕沙基多孔炭材料。本发明得到的蚕沙基多孔炭具有较高的比表面积和孔容占比，对农药呋虫胺有较好的吸附容量和缓控释作用。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

本发明的蚕沙基多孔炭材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)原蚕沙处理：将原蚕沙干燥脱除水分，得到干燥蚕沙；

(2)蚕沙活化：将干燥蚕沙添加到250g/L的ZnCl₂改性溶液中进行浸渍活化，于低温环境下冷藏活化16-24h，得到活化蚕沙；

(3)冷干：将步骤(2)活化好的蚕沙从溶液中取出，放入液氮中冷冻固形，然后再转移至真空冷冻干燥机中冻干36-48h；

(4)炭化：将冻干后的蚕沙，在N₂保护下加热至450-600℃下进行炭化扩孔反应，时间2h；炭化完成后用0.1mol/L的盐酸溶液浸泡蒸煮0.5h，然后水洗至中性，再将材料放入120℃烘箱干燥12小时即可得到蚕沙基多孔炭材料。

作为方案的进一步优选，所述步骤(2)中原蚕沙与改性溶液混合质体比为1:250。

作为方案的进一步优选，所述步骤(3)中液氮中冷冻固形是放入液氮中5-10min即可将蚕沙冻成冰固形，有利于后续的真空干燥过程；真空冷冻干燥机的真空度在20Pa，温度为-60℃。

本发明制备得到的蚕沙基多孔炭材料为三维孔隙结构，BET比表面积在810～1050m²/g，总孔容约在0.44-0.54cm³/g，其中微孔比表面积和孔容占到总比表面积和孔容的76～95％左右。说明在本发明的蚕沙基多孔炭材料具有较高比表面积。