基于二氧化碳矿化捕集的复合多孔材料及其制备方法和在沙化土壤改良中的用途

本发明涉及一种基于二氧化碳矿化捕集的复合多孔材料及其制备方法和在沙化土壤改良中的用途，属于沙化土壤改良。

背景技术：

1、随着全球二氧化碳减排压力的增大和固体废弃物处理需求的提升，碱性固体废弃物(如钢渣、粉煤灰、电石渣等)矿化二氧化碳技术因其“以废治废”的特性受到了广泛关注。该技术利用碱性固体废弃物中的钙、镁等活性组分与二氧化碳发生矿化反应，生成稳定的碳酸盐，从而实现了二氧化碳的长期封存并降低了固体废弃物的环境危害。然而，矿化反应后得到的矿化产物的资源化利用仍是一大挑战。

2、碱性固体废弃物传统的处置方式(如填埋或低附加值建材利用)难以充分发挥其经济与环境效益，亟需探索高值化利用途径。与此同时，盐碱地和沙化土壤改良需求迫切，土壤结构差、保水保肥能力弱是制约其农业利用的关键因素。因此，如果能够将矿化产物作为沙化土壤(盐碱地)改良材料，有望实现“固碳-治废-土壤修复”的协同治理，为生态修复提供创新解决方案。

3、通常，人们将沙化土壤改良剂直接播撒于沙化土壤表层，然后通过浇灌的方式使其下渗到沙化土壤内部。这种方式往往只考虑了整体用量，忽视了小范围内改良剂的施用比例，使得改良剂分布不均，容易降低所施加改良剂的效果。因此，在沙化土壤改良过程中，需要研发复合型改良剂产品及其高效施用比例。

4、引用文献1公开一种以含盐弃渣土制备高寒及沙漠化地区种植土壤的方法，其由以下质量百分比的组成物制得：含盐弃渣土60％～85％、持水材料1％～8％、有机固废5％～20％、营养液3％～25％。但是该制备方法需要发酵处理，制备时间过长，需要15-25天，制备效率过低。

5、引用文献2公开一种基于煤矸石为原料的多孔土壤基质的制备方法和应用。制备方法包含如下步骤：将煤矸石顺次进行破碎、筛分、流态化煅烧，得到多孔土壤基质。该方法制备得到的产品的孔隙率不高，不适用于沙土改良。

6、引用文献：

7、引用文献1：cn115088585a

8、引用文献2：cn117397553a

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、鉴于现有技术中存在的技术问题，为了提升沙化土壤改良剂作用效果，减少改良剂施用量，并在应用过程中能够简化操作，本发明首先提供一种基于二氧化碳矿化捕集的复合多孔材料。本发明的复合多孔材料具有较高的孔隙率和水分截留能力，从而可以增强土壤的保水储氧能力。

3、进一步地，通过利用经二氧化碳矿化的碱性工业固体废弃物制备得到复合多孔材料，通过比例化施用后，提高了作物的发芽率和生长速率，促进了作物的开花结果。

4、进一步地，本发明的复合多孔材料可以用于沙化土壤的改良。

5、用于解决问题的方案

6、[1]、一种基于二氧化碳矿化捕集的复合多孔材料，其中，所述复合多孔材料源自于经二氧化碳矿化的碱性固体废弃物；

7、所述复合多孔材料通过利用蚀刻剂对所述矿化的碱性固体废弃物进行刻蚀后，再经粘合剂粘合并破碎后得到；其中，所述蚀刻剂包括铵盐，所述粘合剂包括纤维素或其衍生物。

8、[2]、根据上述[1]所述的复合多孔材料，其中，所述复合多孔材料的平均直径为0.1～3mm；和/或，

9、所述复合多孔材料的孔隙率为50％以上，优选为50～90％；和/或，

10、所述复合多孔材料的孔容积为0.5～5ml/g；和/或，

11、所述复合多孔材料的总孔面积为0.1～5m2/g；和/或，

12、所述复合多孔材料的堆积密度为0.05～1g/ml；和/或，

13、所述复合多孔材料的表观密度为0.1～5g/ml；和/或，

14、所述复合多孔材料的平均孔径为0.1～50μm。

15、[3]、根据上述[1]或[2]所述的复合多孔材料，其中，所述碱性固体废弃物的平均粒径为200～300目，优选地，所述碱性固体废弃物为钾长石、磷石膏、粉煤灰中的一种或两种以上的组合；和/或，

16、所述铵盐包括氯化铵、碳酸氢铵、碳酸铵中的一种或两种以上的组合。

17、[4]、一种根据上述[1]-[3]任一项所述的基于二氧化碳矿化捕集的复合多孔材料的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：

18、使碱性固体废弃物的悬浮溶液吸收二氧化碳进行矿化反应，得到矿化产物；

19、矿化产物与铵盐溶液混合，得到混合产物；

20、在所述混合产物中加入粘合剂，得到糊状物；

21、任选调节所述糊状物的含水量后，经干燥并破碎后得到复合多孔材料。

22、[5]、根据上述[4]所述的制备方法，其特征在于，所述碱性固体废弃物的悬浮溶液包括将所述碱性固体废弃物与多胺化合物的溶液混合后得到；其中，所述碱性固体废弃物的悬浮溶液中，所述碱性固体废弃物与所述多胺化合物的溶液的固液比为50～150g/l；

23、优选地，所述多胺化合物的溶液中，多胺化合物的质量浓度为10～50％；

24、更优选地，所述多胺化合物为nh2-(ch2)x-nh-(ch2)y-nh2，其中，x、y相同或不同，且x表示1～12的整数，y表示1～12的整数。

25、[6]、根据上述[4]或[5]所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化碳原自于混合气体；所述混合气体包括含有二氧化碳的工业烟气或者含有二氧化碳与惰性气体的标准气体；优选地，所述混合气体中二氧化碳的浓度值为5～40％；

26、所述矿化反应的温度为25～55℃，所述矿化反应的时间为3～5小时。

27、[7]、根据上述[4]-[6]任一项所述的制备方法，其特征在于，所述铵盐溶液中，铵盐的浓度为30-45g铵盐/100g水；和/或，

28、所述粘合剂、所述矿化产物、与所述铵盐溶液的质量比为(1-2):(5-7):(1-4)；和/或，

29、通过添加水调节所述糊状物的含水量，其中，调节后的糊状物的含水量为40～60wt％。

30、[8]、一种根据上述[1]-[3]任一项所述的基于二氧化碳矿化捕集的复合多孔材料在沙化土壤改良中的用途。

31、[9]、一种沙化土壤改良剂，其特征在于，包括根据上述[1]-[3]任一项所述的基于二氧化碳矿化捕集的复合多孔材料；优选地，以所述沙化土壤改良剂的总质量为100％计，所述复合多孔材料的掺杂比例为1～99％。

32、[10]、一种沙化土壤改良土，其特征在于，包括根据上述[1]-[3]任一项所述的基于二氧化碳矿化捕集的复合多孔材料；优选地，以所述沙化土壤改良土的总质量为100％计，所述复合多孔材料的掺杂比例为5～40％。

33、发明的效果

34、本发明的复合多孔材料具有较高的孔隙率和水分截留能力，从而可以增强土壤的保水储氧能力。

35、本发明的复合多孔材料的制备方法简单易行，原料易于获取，适合大批量生产。

36、本发明的复合多孔材料可以提升沙化土壤改良剂的作用效果，并在应用过程中能够简化操作。通过对复合多孔材料与沙化土壤进行掺杂后制成可机械化施用的沙化土壤改良土，能够为沙化土壤提供微量元素并保水供氧。本发明多孔材料用于沙化土壤改良均能提高作物发芽率、生成速率及开花结果。