[发明专利]一种多功能改性生物质炭及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种多功能改性生物质炭及其制备方法与应用，包括磷酸活化的多孔生物质炭的制备、负载尿素的磷酸活化的多孔生物质炭的制备以及多功能改性生物质炭的制备3个步骤，本发明将多孔生物质炭与尿素饱和溶液混合，通过多次负压，正压循环，得到负载尿素的多孔生物质炭，然后在引发剂过硫酸铵和抗坏血酸的作用下，使N,N‑亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰胺和丙烯酸发生聚合反应，交联在负载尿素的多孔生物质炭的表面，形成水凝胶包裹的负载尿素的多孔生物质炭，其外层的水凝胶具有层次丰富、空间结构复杂的三维网络结构，从而表现出优异的吸水性和保水性。

技术领域

本发明涉及土壤改良材料技术领域，具体涉及一种多功能改性生物质炭及其制备方法与应用。

背景技术

生物质炭是指将农作物稻秆、木屑等生物质材料在限制或隔绝氧气的环境条件下，经热解得到的固体产物。利用农作物稻秆等废弃物制备而成的生物质炭在农业领域上可以广泛应用，利用生物质炭与化学肥料混合或复合制备炭基肥料，施入农田后能够增大土壤的田间持水量、增强土壤团聚体的稳定性、增强土壤吸热能力、改善酸性土壤、增大土壤阳离子交换量、促进部分土壤微生物活性和代谢、促进部分农作物生长和增加其产量。

中国专利CN107353169A公开了一种秸秆生物质炭包裹缓释肥料的制备方法，该发明中在秸秆中添加少量污泥，随着温度的升高，污泥中的挥发性气体逸出，可以起到刻蚀作用，形成多孔结构的活性炭，增大秸秆炭比表面积、容积率，提高碳材料的物理吸附性能，另一方面制得的生物质炭表面的羟基、醛基官能团数量增多，作为膜材料制备缓释肥料时，在土壤中存在一定时间后表面会被部分轻度氧化形成羰基、酚基等，这有助于增加土壤的阳离子交换量，对NH₄⁺和NO₃^—具有较强的吸附特性，从而能够持留土壤中的氮元素，有效降低农田土壤氨的挥发和控制土壤氮养分的流失，但是随着农业科学的发展，单一的具有缓释肥料功能的材料已经无法满足土壤改良的需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多功能改性生物质炭及其制备方法与应用，解决了传统的缓释肥料的功能材料无法满足土壤改良需求的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种多功能改性生物质炭，包括如下重量份原料：丙烯酸170～180份、丙烯酰胺140～150份、负载尿素的磷酸活化的多孔生物质炭10～15份、尿素18～23份、N,N-亚甲基双丙烯酰胺4～6份、引发剂6～8份。

优选的，所述负载尿素的磷酸活化的多孔生物质炭的制备方法，其具体过程如下：将磷酸活化的多孔生物质炭与尿素饱和溶液进行混合，然后重复以下步骤，将混合物放在负压下搅拌，随后放在常压下静置，该过程重复完成后，将混合物进行过滤、干燥、研磨成粉末，即得到负载尿素的磷酸活化的多孔生物质炭。

优选的，磷酸活化的多孔生物质炭与尿素饱和溶液的质量比为10:20-30，每次在负压下的搅拌时间为30～45min，每次在常压下的静置时间为5～8min。

优选的，磷酸活化的多孔生物质炭的制备方法，其具体过程如下：将淀粉和磷酸加入到去离子水中，然后搅拌至糊化，随后将所得糊状产物在室温下静置，再将产物放入管式炉中煅烧，即得磷酸活化的多孔生物质炭。

优选的，淀粉、磷酸和去离子水的质量比为10:10～12:60～100。

优选的，搅拌的温度为85～90℃，静置时间为6～8h，煅烧条件为：在N₂气氛下，在600～650℃下煅烧3～4h。

优选的，所述引发剂为过硫酸铵和抗坏血酸的组合，其质量比为1:1。