[发明专利]一种秸秆基生物复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种秸秆基生物复合材料及其制备方法。本发明提供的制备方法包括秸秆预处理、微生物处理、化学处理和炭化步骤，本发明中将秸秆处理成大小合适的秸秆，利于后期制备的复合材料回收，并调整至适宜的碳氮比为16:1～30:1，通过控制含水量，能够为微生物的繁殖和秸秆腐熟提供更优越的条件。在此基础上采用微生物进行有氧发酵，腐熟的秸秆经过不同的无机溶液处理不仅能够继续降解秸秆，而且能够很好地处理发酵秸秆孔隙中的形成的降解物质，经过微生物发酵和无机溶液处理，此时秸秆的降解率可达5%‑10%，然后使用超声波进一步地清理原料中的杂质及微生物处理、化学处理过程中产生的杂质，使制备的材料孔隙更多，比表面积更大。

技术领域

本发明属于生物材料生产技术领域，具体涉及一种秸秆基生物复合材料及其制备方法。

背景技术

秸秆是成熟的农作物茎叶（穗）部分的总称，是农业生产的主要副产品，秸秆占作物生物产量的50%左右，是一类及其丰富的最能直接利用的可再生有机资源。随着集约化农业生产的发展，以秸秆为代表的农业废弃物产量激增，全球每年有近40亿吨的产量。我国的农作物秸秆数量巨大，分布范围大，每年秸秆的产量可达到9.8亿吨。

传统的秸秆利用以直接还田、焚烧或丢弃为主，不仅利用效率低下，还会造成大气污染、土壤矿化、火灾事故等大量的社会、经济和生态问题。如何在不造成环境污染的前提下，高效利用秸秆资源成为实现农业可持续发展的研究热点。

目前我国水环境污染出现了分布范围广的特点，从整体地理版图上，各个区域范围内江河湖泊都在不同程度地出现水污染现象，而且污染相对较为严重的就是重金属污染。水环境污染不仅会影响水环境的平衡性，甚至会威胁人类的生命安全。近年来，水环境污染治理已经受到越来越多的重视，如何开发一种材料既可以治理水环境污染又不会造成二次污染已经成为研究的热点。

目前，土壤污染现状已十分严峻，土壤中的有毒有害物质经过动植物、水体和大气的传递，危害人类的身体健康和生态系统的稳定。我国受污染的土壤中有80%以上是由于重金属超标引起的。我国约有1000万hm²重金属污染耕地，直接造成的经济损失达数百亿元。现有的土壤重金属污染修复技术主要有物理/化学修复技术、生物修复技术和农业生态修复技术，很多科研人员对此做了大量研究，旨在找到消除或减少土壤中重金属含量的物质的同时，不产生新的污染物，不破坏生态平衡，且能带来更好效益。

利用资源丰富的农业废弃物（秸秆）制作生物复合材料，可彻底改变资源浪费型传统农业，实现“点草成金、化害为利、变废为宝、无废生产、以废治废”，不仅使农业资源多级增值，还可以治理水体污染和土壤污染，为秸秆资源综合开发利用和污染治理开辟了一条最为有效、持久的捷径。

发明内容

本发明的目的是提供一种秸秆基生物复合材料及其制备方法。通过预处理方法控制秸秆大小及碳氮比、含水量，提供更有利的发酵环境；发酵后进行化学处理达到增加材料的孔隙率的目的。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种秸秆基生物复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

（1）秸秆预处理：将干的秸秆裁断成1～3cm的小段，除去杂质，烘干除菌；在秸秆上喷洒氮源溶液调节碳氮比后秸秆含水量为40～70%；

（2）微生物处理：将微生物菌剂洒在步骤（1）得到的秸秆上，混合均匀，在28～37℃下，发酵2～6天，获得腐熟的秸秆；

（3）化学处理：将所述腐熟的秸秆浸没在0.5～2.0mol/L无机溶液40～70℃保温1～5h，然后进行超声波处理15～60min；清洗后烘干；

（4）炭化：将所述步骤（3）烘干后的秸秆在微氧或氮保护条件下保持温度400～700℃碳化30min～12h，冷却获得所述秸秆基生物复合材料。

进一步的，所述步骤（1）秸秆调节后的碳氮比为16:1～30:1。