[发明专利]一种锌铝氧化物修饰生物炭负载磷酸盐复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锌铝氧化物修饰生物炭负载磷酸盐复合材料及其制备方法和应用一种，包括锌铝氧化物修饰的生物炭和负载于所述锌铝氧化物上的磷酸盐纳米矿物，所述锌铝氧化物修饰的生物炭包括生物炭和沉积在所述生物炭表面的锌铝氧化物，所述锌铝氧化物包括锌铝层状双金属氢氧化物和氧化锌两种物相，所述磷酸盐纳米矿物中包括四水合磷酸锌复合纳米片。锌铝氧化物‑四水合磷酸锌复合纳米片使其在环境条件下表现出磷酸盐缓释性质，可用于磷肥缓释应用。

技术领域

本发明涉及土壤调节材料技术领域，特别是涉及一种锌铝氧化物修饰生物炭负载磷酸盐复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

粮食安全是国家安全的重要基础，也是世界和平与发展的重要保障。根据联合国2020年发布的《世界粮食安全和营养状况》年度报告，全世界四分之一人口面临中度或重度粮食不足，2019年全球有近6.9亿人面临饥饿，占世界总人口8.9％。要应对新形势新变化对全球粮食安全带来的挑战，必须大力推进农业绿色发展，可持续地提高粮食产量和品质，以满足社会对粮食不断增长的需求，保障粮食安全，同时降低农业生产活动对生态环境可能造成的负面影响。

目前，全球范围内的农业生产活动仍然主要采取依靠资源消耗的粗放型经营模式，存在诸多内在局限，其中最主要的限制因素是化肥、农药等农用化学品的利用效率低。例如，传统肥料的主要营养元素氮、磷、钾的平均利用率为30-35％，18-20％和35-40％。为提高农产品的产量和品质，化肥等农用化学品被大面积、长时间施用。这一方面造成现代农业对淡水、能源等资源的高依赖性；另一方面，农业生产活动造成了诸如农田土壤退化、水体富营养化等生态环境问题。因此，必须开发新农业技术以提高化肥等农用化学品的利用效率，从而实现减施增效，推进农业绿色发展。

目前，提高化肥等农用化学品利用效率的最有效方式之一是开发高效、低成本的缓/控释肥料。通过将氮、磷等植物营养元素负载于具有多孔结构、核壳结构或层状结构的载体材料中，可以减缓营养元素向土壤孔隙水中的释放速率，从而避免营养元素的快速、过量释放，进而提高养分的利用效率。但目前报道的缓/控释肥料多以无机纳米材料、高分子纳米材料为载体(Guha et al.,J.Agric.Food Chem.2020,68,3691-3702；Shakiba etal.,Environ.Sci.:Nano 2020,7,37-67)，成本较高，且制备工艺复杂，不宜大规模生产。本发明选用便宜易得且绿色环保的农业土壤改良剂生物炭作为载体材料，经锌铝氧化物修饰后，可高效负载无机磷酸盐，并在环境条件下实现磷营养元素的缓释。本发明的制备工艺简单，制备过程易于调控，有望满足实际生产和应用的需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中农业土壤改良剂存在的技术缺陷，而提供一种锌铝氧化物修饰生物炭负载磷酸盐复合材料。

本发明的另一个目的是提供一种锌铝氧化物纳米片负载磷酸盐复合材料。

本发明的另一个目的是提供所述复合材料的制备方法。

本发明的另一个目的是提供所述复合材料作为土壤缓释肥料的应用。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种锌铝氧化物修饰生物炭负载磷酸盐复合材料，包括锌铝氧化物修饰的生物炭和负载于所述锌铝氧化物上的磷酸盐纳米矿物，所述锌铝氧化物修饰的生物炭包括生物炭和沉积在所述生物炭表面的锌铝氧化物，所述锌铝氧化物包括锌铝层状双金属氢氧化物和氧化锌两种物相，所述磷酸盐纳米矿物中包括四水合磷酸锌复合纳米片。

在上述技术方案中，所述磷酸盐纳米矿物中磷元素的质量占所述复合材料总质量的百分比为4～10％。

在上述技术方案中，所述锌铝氧化物为多孔纳米结构，所述所述锌铝氧化物修饰的生物炭的比表面积为50～60m²/g。

在上述技术方案中，所述生物炭通过热解玉米秸秆制备，优选的，所述生物炭通过以下步骤制备：