一种增加解钾菌解钾能力的改性生物炭材料的制备方法及其应用

本发明涉及一种增加解钾菌解钾能力的改性生物炭材料的制备方法及其应用。

背景技术：

1、钾(k)是植物生物发育过程必需的营养元素之一，是植物许多生理过程的重要参与者。钾元素能提高植物光合作用强度，促进植物体内淀粉和糖的形成；促进作物表皮组织和维管组织的发育；增强作物抗旱、抗寒和抗病能力。然而，在中国和世界上许多农业生产地区都存在钾缺乏症。施用钾肥是克服土壤钾缺乏的重要途径，但钾盐是一种不可再生资源，中国也是钾盐资源不足的国家之一。目前存在的现状是土壤中的总钾含量相对较高，但仅有一小部分可供植物使用，大部分钾存在于土壤矿物中，难以被植物直接利用。因此，迫切需求探索可以替代部分钾肥的新材料。

2、解钾菌是从土壤中分离出来的一种能分化铝硅酸盐和磷灰石类矿物的细菌，能够分解钾长石，促进难溶性的钾转化成为可溶性养分，增加土壤中速效钾含量；促进作物生长发育，提高产量。具有解钾功能的微生物可以作为生物肥料施用于缺钾的土壤中，提高土壤速效钾含量。但游离微生物易受环境条件影响，其存活能力降低将导致修复效果难以保证。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决解钾菌解钾能力弱的问题，提供一种增加解钾菌解钾能力的改性生物炭材料的制备方法及其应用。

2、本发明一种增加解钾菌解钾能力的改性生物炭材料的制备方法按照以下步骤进行：

3、一、清洗玉米秸秆，然后干燥，将干燥后的玉米秸秆粉碎，过筛，得到玉米秸秆粉末；将玉米秸秆粉末进行高温热解，然后洗涤干燥，得到玉米秸秆生物炭；

4、二、向玉米秸秆生物炭(bc)中加入水搅拌至悬浮，然后依次加入fecl3·6h2o和feso4·7h2o，继续搅拌至溶解，然后加入羧甲基纤维素钠(cmc)溶液，搅拌，水浴加热，再加入氨水，反应结束后利用磁铁收集黑色沉淀，用去离子水清洗并烘干，得到改性生物炭材料bc@fe3o4-cmc；改性生物炭材料bc@fe3o4-cmc中fe3o4:bc质量比为1:0.5-2。

5、生物炭是生物质热解的多功能固体产物。其组成和性能主要取决于生物质的类型、热解温度和停留时间。碳是占总重量50-90％的主要元素，其次是氧、氢和其他元素。生物炭可提高土壤持水能力和阳离子交换能力，并通过其多孔结构增强微生物活性，提高微生物对外部不良环境的抵抗能力。

6、本发明改性生物炭材料bc@fe3o4-cmc的施用，有利于解钾菌生长，可显著提高解钾菌的解钾能力，且对改善土壤钾水平具有一定作用。以此来探求廉价高效的生物炭材料，为提高土壤中速效钾含量，增强土壤肥力提供依据。

7、本发明具有如下有益效果：

8、1、本发明的生物炭复合材料主要通过负载fe3o4，很大程度上增加秸秆生物炭的孔性结构，大大提升了生物炭的吸附性能，说明其具备成为优越吸附剂的潜质。

9、2、fe3o4改性成功后，生物炭被赋予磁性，具备可回收且不对环境造成二次污染的特质，循环利用效率高，是一种绿色可持续的材料。

10、3、对解钾菌起到良好的固定和保护作用，促进解钾菌生长。吸附土壤中的钾并通过解钾菌解钾释放营养成分，增加土壤中速效钾含量。同时对土壤质量的改良具有长期有效性，提升土壤养分利用效率。且改性材料来源广泛，成本低廉，可满足土壤修复安全有效、环境友好、处理成本低的要求，具有广泛的实际应用前景。

技术特征：

1.一种增加解钾菌解钾能力的改性生物炭材料的制备方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种增加解钾菌解钾能力的改性生物炭材料的制备方法，其特征在于，步骤一中将干燥后的玉米秸秆剪成3厘米的小段后粉碎。

3.根据权利要求1所述的一种增加解钾菌解钾能力的改性生物炭材料的制备方法，其特征在于，步骤一中粉碎后过100目筛。

4.根据权利要求1所述的一种增加解钾菌解钾能力的改性生物炭材料的制备方法，其特征在于，步骤一中干燥均是在80℃的烘箱中进行干燥。

5.根据权利要求1所述的一种增加解钾菌解钾能力的改性生物炭材料的制备方法，其特征在于，步骤一中在管式炉中进行高温热解，先通氮气吹扫管式炉30分钟，然后以10℃·min-1的升温速率加热至500℃，高温热解2h，停止加热后持续通入氮气直至降到室温。

6.根据权利要求1所述的一种增加解钾菌解钾能力的改性生物炭材料的制备方法，其特征在于，步骤二中fecl3·6h2o和feso4·7h2o按fe3+与fe2+的摩尔比2:0.8-1.2的比例加入。

7.根据权利要求1所述的一种增加解钾菌解钾能力的改性生物炭材料的制备方法，其特征在于，步骤二中羧甲基纤维素钠溶液质量分数为1％。

8.根据权利要求1所述的一种增加解钾菌解钾能力的改性生物炭材料的制备方法，其特征在于，步骤二中玉米秸秆生物炭与羧甲基纤维素钠溶液的质量体积比为1g：15-20ml。

9.根据权利要求1所述的一种增加解钾菌解钾能力的改性生物炭材料的制备方法，其特征在于，步骤二中玉米秸秆生物炭与氨水的质量体积比为1g：15-20ml。

10.如权利要求1制备的改性生物炭材料应用于提高解钾菌的解钾能力。

技术总结
一种增加解钾菌解钾能力的改性生物炭材料的制备方法及其应用，本发明涉及一种增加解钾菌解钾能力的改性生物炭材料的制备方法及其应用。本发明制备方法包括如下步骤：(1)使用玉米秸秆经500℃高温热解制成生物炭(2)在制备的秸秆生物炭(BC)中依次加入一定量的FeCl<subgt;3</subgt;·6H<subgt;2</subgt;O和FeSO<subgt;4</subgt;·7H<subgt;2</subgt;O进行改性，并CMC的交联作用下得到BC@Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;‑CMC复合材料。本发明的生物炭复合材料可以增加解钾菌的解钾量，提升土壤中钾的有效性，减少钾营养元素的流失，有效改善土壤质量，缓解土壤所需的高钾供应所带来的压力。本发明应用于土壤修复及生物炭技术领域。

技术研发人员：张颖,陶月,朱广雪,韩思月,王一帆,曲建华
受保护的技术使用者：东北农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16