壳聚糖改性生物炭对海南酸性红壤的改良试验研究

针对海南酸性红壤结构退化、地力贫瘠以及利用大量农业废弃物制备生物炭用于改良土壤的问题,通过盆栽试验筛选了适宜海南酸性红壤的改良剂。为了提高生物炭的性能,采用壳聚糖(Chitosan, C)对稻壳(Rice husk biochar, BR)、玉米芯(Corncob biochar, BC)、甘蔗渣(Sugarcane biochar, BS)、香蕉假茎(Banana pseudostem biochar, BB)4种生物炭进行改性,并分析不同生物炭和壳聚糖改性生物炭对土壤理化性质的改良效果。扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)等表征结果显示:壳聚糖改性后引入了新官能团,但壳聚糖颗粒造成了生物炭孔隙结构堵塞,致使材料比表面积减少;添加改性生物炭可使土壤pH值提升0.61~2.28,铵态氮质量浓度提升10%~43%,有效磷质量浓度提升8%~34%,速效钾质量浓度提升17%~77%,阳离子交换量(Cation Exchange Capacity, CEC)提升26%~89%,有机质质量比提升26%~107%,蔗糖酶(Sucrase, SUC)酶活性提升5%~34%,脲酶(Urease, URE)酶活性提升7%~58%。其中BB-C对土壤pH值、铵态氮质量浓度和脲酶酶活性提升效果显著,BB对土壤有效磷质量浓度、CEC和有机质质量比改良效果显著,BR对土壤速效钾质量浓度改良效果显著,BS-C对土壤蔗糖酶酶活性改良效果显著。对于土壤有效磷质量浓度、速效钾质量浓度、CEC和有机质质量比,生物炭改良效果更好;对于土壤pH值、铵态氮质量浓度、蔗糖酶酶活性、脲酶酶活性,壳聚糖改性生物炭改良效果更好。

壳聚糖改性生物炭的特性及其研究进展

生物炭的低吸附容量和易饱和是影响其进一步应用的主要缺陷,因此,本研究通过提出一种以多孔生物炭为生物质载体,壳聚糖负载在其表面的新型高性能复合材料。该材料有效结合了生物炭疏松多孔结构和壳聚糖丰富表面官能团的优点,极大地提高了其吸附性能,其在土壤改良、水质净化等农业环境领域具有潜在的应用价值,体现“以废治废”的理念。通过介绍壳聚糖改性生物炭的制备、特性和吸附机理,并对其在土壤和水环境污染的修复、农作物生长的影响等方面的应用进行综述和总结,为壳聚糖改性生物炭进一步在环境修复中的应用提供理论支持。