CN105706871A - 一种含生物质活性炭种植海绵状基质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种含生物质活性炭种植海绵状基质及其制备方法。该含生物质活性炭种植海绵状基质可以任意成型，且作为一种含生物质活性炭的海绵体种植基材，植株或种子直接放入即可生长发育并通过根系实现在海绵状基质内的固定，不再需要土壤或其它基质，植株植入后可适用于各种建筑结构。本发明提出以生物质活性炭作为无土栽培基材的主要成份，使得海绵状基质具备了吸附颗粒物、净化空气的效果；产品重量轻、强度高、透气性和吸水保水性好，还具备防虫抑菌、紫外线吸收的附加功效，因而尤为适宜在室内构造各种曲面形态的小型绿色景观。

Description

一种含生物质活性炭种植海绵状基质及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种无土裁培应用材料领域，尤其涉及一种含生物质活性炭种植海绵状基质及其制备方法。

背景技术

生活在都市中的人们对拥有绿色、亲近田园的愿望日益强烈，因而各种适用于城市建筑内的植物栽培技术和产品不断被推出，例如植物墙、屋顶绿化、立面绿化、室内盆栽等。

传统的土壤基栽培应用限制条件多，整体重量大，不能良好适应屋顶、立面、墙体等建筑结构，特别是在立面建筑结构中有时需要植株水平横向或直坚立倒向安放，这种情况下土壤基栽培就不能适用；而且易生虫、易霉变出味、遇水易发生渗漏、遇风易尘土飞扬，对环境卫生有较大不利影响。

水基无土栽培可用于在室内或室外平台建立小型植物景观。例如，公开号为CN102119651的中国专利文献记载了一种小型无土栽培方法及装置，其将营养液盛放于养植盘或营养液贮液池内，作物即种植于营养液内，所述营养液中加入仿土材料袋，仿土材料袋内置包括如下重量份的原料：有机物质20-90，非金属矿物质2-80，其中有机物质为泥炭、发酵秸秆、发酵蔗渣、发酵畜禽粪中的一种或其混合物，所述非金属矿物质为煤灰、钢渣、沸石、膨润土、蛋白页岩、凹凸棒矿土、珍珠岩、蛭石、累托石黏土、海泡石黏土、硅藻土中的一种或其混合物；营养液与仿土材料的比例5～2∶1，仿土材料袋可以补充营养液中缺少的微量成份，并且起到有害离子吸附作用；底部需设置排水管和循环管路。但是，现有的水基无土栽培存在产品结构复杂、体积和重量较大、不适用于立面建筑结构等问题，而且植物维护技术复杂，植株成活率低，同样不能满足实际需求。

现有技术还具有利用天然土壤的混合成份替代物进行植被栽培的技术方案。例如，公开号为CN102090309A的中国专利文献公开了一种天竺葵扦插栽培基质，包括以泥炭和珍珠岩和椰糠为基质，且泥炭∶珍珠岩∶椰糠体积比组成：3～4∶2～3∶1。公开号为CN102090310A的中国专利文献公开了一种紫罗兰无土栽培基质，其中泥炭和珍珠岩和椰糠的体积比为2～3.5∶1∶1。上述基质疏松透气、质量轻、有利于植株生长。但是，上述替代基质以不定型态存在，因此应用受到容器安放方面的限制，当需到立面建筑结构中需要使植株水平横向或直坚立倒向安放的情况仍然会产生问题，例如容易松散脱落，而且上述基质吸水保水效果一般，功能也相对单一。

发明内容

针对上述所涉及的问题，本发明的目的是提供一种含生物质活性炭种植海绵状基质及其制备方法。该含生物质活性炭种植海绵状基质可以任意成型，且作为一种含生物质活性炭的海绵体种植基材，植株或种子直接放入即可生长发育并通过根系实现在海绵状基质内的固定，不再需要土壤或其它基质，植株植入后可适用于各种建筑结构，能够使培育植株在水平和竖直方向上正向、横向或倒向安放；植株易于移除更换，可重复使用；本发明提出以生物质活性炭作为无土栽培基材的主要成份，使得海绵具备了吸附颗粒物、净化空气的效果；产品重量轻、强度高、透气性和吸水保水性好，达到水气平衡，能够为植物提供养份以促进其快速、健康发芽生长；海绵本身还具备防虫抑菌、紫外线吸收的附加功效，因而尤为适宜在室内构造各种曲面形态的小型绿色景观。

本发明首先提供了一种含生物质活性炭种植海绵状基质的制备方法，其特征在于，包括：

取竹材、玉米秸秆、小麦秸秆、高梁秸秆、椰壳中的任意一种或多种为炭原料，粉碎至粒径小于2mm的颗粒状；取8-10.5重量份的上述炭原料颗粒、5-7重量份的聚醚多醇330、0.15-0.25重量份的硬泡硅油、0.06-0.1重量份的水、0.005-0.008重量份的五甲基二乙烯三胺、4-5重量份的二氯一氟乙烷以及0.15-0.2重量份的环乙胺，在500-1000转/分的速度下搅拌混合均匀后，加入8.5-15重量份的二苯基甲烷二异氰酸酯，并继续按以上速度搅拌0.5-2分钟，然后室温下放置24小时以上；然后在氮气环境下逐渐升温至200-500摄氏度，形成海绵体，并且对其中的炭原料进行炭化；其中升温速率10-50摄氏度/分钟，并且升温炭化时间1-2小时；对炭化后的所述海绵体施加活化剂，并在氮气环境下逐渐升温至550-800摄氏度进行活化，升温速率10-50摄氏度/分钟，活化加热时间0.5-2小时，制得生物质活性炭基质；本步骤所制得的生物质活性炭基质比表面积大、具有良好的空气颗粒吸附效果，并且具有海绵体性质，其密度低、柔软疏松、吸水性高且耐水浸泡、多孔透气；应用切碎机将所述生物质活性炭基质破碎为粒径3mm-10mm的颗粒；

取竹材、玉米秸秆、小麦秸秆、高梁秸秆、椰壳中的任意一种或多种为炭原料，粉碎为粉末，过50目筛；将炭原料粉末在氮气环境下逐渐升温至200-500摄氏度，对炭原料粉末进行炭化；其中升温速率10-50摄氏度/分钟，并且升温炭化时间1-2小时；对炭化后的所述炭原料粉末施加活化剂，并在氮气环境下逐渐升温至550-800摄氏度进行活化，升温速率10-50摄氏度/分钟，活化加热时间0.5-2小时，制得生物质活性炭粉末；

将破碎后的生物质活性炭基质、生物质活性炭粉末、支撑料、紫外线吸收剂、抑菌剂、粘合剂搅拌混合均匀后注入成型模具，其重量比例为：活性炭基质65-70重量份、生物质活性炭粉末28-30重量份、支撑料5-8重量份、粘合剂3-6重量份、紫外线吸收剂0.5-1重量份、抑菌剂0.2-0.5重量份.挤压成型后，放置24-48小时，然后在50-70摄氏度下加热至干燥硬化定型，可制得各种形状的含生物质活性炭种植海绵状基质。

优选的是，所述支撑料为破碎后的竹材、玉米秸秆、小麦秸秆、高梁秸秆中的一种或多种。

优选的是，所述紫外线吸收剂为二茂铁、水杨酯苯酯、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、单苯甲酸间苯二酚酯中的任意一种。

优选的是，所述粘合剂为聚乳胶。

优选的是，抑菌剂为壳聚糖。

优选的是，所述活化剂为二氧化碳气体，且二氧化碳的施加速率为0.5-1L/分钟

优选的是，所述活化剂为氢氧化钾，且氢氧化钾与炭化后原料的质量比为3∶1，将所述炭化后原料在氢氧化钾溶液中浸泡2小时，干燥后进行氮气环境下的活化。

优选的是，将腐殖酸、含氮肥料、含磷肥料、含钾肥料中的任意一种或多种与所述破碎后的生物质活性炭基质、生物质活性炭粉末、支撑料、紫外线吸收剂、抑菌剂、粘合剂共同搅拌混合均匀，然后注入成型模具。

本发明提供了按照上述任意一种方法制备的含生物质活性炭种植海绵状基质。

本发明提供了由定型的所述含生物质活性炭种植海绵状基质制成的种植器具，包括海绵基座和海绵盖体，所述海绵基座包含下凹口，用于放置或生长植株；所述海绵盖体用于在遮盖所述下凹口。

本发明提供的含生物质活性炭种植海绵状基质具有如下优点：

1.可任意成型、定型后具有足够的结构强度，从而方便加工为各类种植器具，可适于屋顶、立面、墙体等各种建筑结构下应用。

2.种植海绵状基质具有生物质活性炭，可以为植物生长提供足够营养，因而植株或种子直接放入即可生长发育，海绵浸水后允许根系穿透，因而植株能够以自身根系实现在海绵内的固定，不再需要土壤或其它基质，植株植入后可在水平和竖直方向上正向、横向或倒向安放，可构造各种曲面形态的小型绿色景观。

3.植株易于从海绵中移除更换，海绵可重复使用。

4.活性炭比表面积大，具备吸附颗粒物、净化空气的效果。

5.产品重量轻、强度高、透气性和吸水保水性好，达到水气平衡，能够为植物提供养份以促进其快速、健康发芽生长。

6.海绵本身还具备防虫抑菌、紫外线吸收的附加功效，因而尤为适宜在室内应用。

附图说明

图1为本发明由含生物质活性炭种植海绵状基质制成的种植器具示意图。

具体实施方式

实施例1

取竹材作为炭原料，将其粉碎至粒径小于2mm的颗粒状；取8.5重量份的上述炭原料颗粒、5重量份的聚醚多醇330、0.15重量份的硬泡硅油、0.06重量份的水、0.005重量份的五甲基二乙烯三胺、4重量份的二氯一氟乙烷以及0.15重量份的环乙胺，在500转/分的速度下搅拌混合均匀后，加入8.5重量份的二苯基甲烷二异氰酸酯，并继续按以上速度搅拌2分钟，然后室温下放置24小时以上后，置入马弗炉；对马弗炉输入氮气或含水蒸气的氮气，在炉内氮气环境下逐渐升温至400摄氏度，其中升温速率10摄氏度/分钟，达到400摄氏度后，炭化时间2小时；加热状态使上述原料反应形成疏松柔软而多孔的海绵体结构，并且对其中的炭原料进行炭化；炭化后的海绵体冷却之后浸入作为活化剂的氢氧化钾溶液，溶液中含氢氧化钾与炭化后海绵体的质量比为3∶1，在氢氧化钾溶液中浸泡2小时，然后重新置入马弗炉，在氮气环境下逐渐升温至800摄氏度进行活化，升温速率50摄氏度/分钟，活化加热时间2小时，制得生物质活性炭基质；本步骤所制得的生物质活性炭基质比表面积大、具有良好的空气颗粒吸附效果，并且具有海绵体性质，其密度低、柔软疏松、吸水性高且耐水浸泡、多孔透气；应用切碎机将所述生物质活性炭基质破碎为粒径3mm-10mm范围内的颗粒。

取竹材、玉米秸秆、小麦秸秆、高梁秸秆、椰壳中的任意一种或多种为炭原料，粉碎为粉末，过50目筛；将炭原料粉末在氮气环境下逐渐升温至250摄氏度，对炭原料粉末进行炭化；其中升温速率10摄氏度/分钟，并且升温到预定温度之后，保持恒温下进行炭化2小时；对炭化后的所述炭原料粉末浸入作为活化剂的氢氧化钾溶液，溶液中含氢氧化钾与炭化后海绵体的质量比为3∶1，在氢氧化钾溶液中浸泡2小时，并在氮气环境下逐渐升温至800摄氏度进行活化，升温速率50摄氏度/分钟，活化加热时间0.5小时，制得生物质活性炭粉末。

将破碎后的生物质活性炭基质、生物质活性炭粉末、支撑料、紫外线吸收剂、抑菌剂、粘合剂搅拌混合均匀后注入成型模具，其重量比例为：生物质活性炭基质65重量份、生物质活性炭粉末28重量份、破碎后的竹材5重量份、聚乳胶粘合剂3重量份、紫外线吸收剂二茂铁0.5重量份、抑菌剂壳聚糖0.2重量份.挤压成型后，放置24-48小时，然后在70摄氏度下加热至干燥硬化定型，可制得各种形状的含生物质活性炭种植海绵状基质。

按照上述方法制得的含生物质活性炭种植海绵状基质，通过制备过程中的定型过程，可以制成图1所示的种植器具，包括海绵基座101和海绵盖体102，所述海绵基座101包含下凹口103，用于放置或生长植株；下凹口103的底端是封闭的；所述海绵盖体102用于在遮盖所述下凹口，海绵盖体102覆盖后会与海绵基座101的下凹口之间留有缝隙，以便植株从中露出并向外生长。在实际应用中，种植海绵也可以被成型为各种形式的器具，本发明对此不作限定。

在应用过程中，可将含生物质活性炭种植海绵状基质的种植器具放入水中浸泡至其被浸透，然后将所需培植的植株根部去泥、清理干净；然后将植株的根部放置到海绵基座101的下凹口103，并且覆盖上海绵盖体102以便固定植株，不需要填充土壤或其它基质填料。先将植株向上平放一段时间，并且适当浇少量水，植株可以吸收由生物质活性炭提供的养分而实现自身生长，使得根系生长穿透海绵体的表面而进入至海绵基座内部，利用植株的自身根系实现在海绵内的固定；待植物生长稳固后，该种植器具可以适合于安装在屋顶、立面、墙体等各种建筑结构之上，使植株可在水平和竖直方向上正向、横向或倒向安放，可用来构造各种曲面形态的小型绿色景观。或者，也可以将含生物质活性炭种植海绵状基质的种植器具放入水中浸泡至其被浸透，然后洒入植物种子，保持下凹口103开放，适当浇水使种子在种植器具内生长为植株。由于海绵主体上由具有大比表面积的生物质活性炭基质以及粉末共同构成，因此在室内应用的情况下能够吸附空气中飘移的PM2.5等颗粒物，达到净化空气的效果。另外，海绵中添加的支撑料有助于提升其结构强度；紫外线吸收剂可起到吸收紫外线的效果，因而可以适宜在办公室环境中设置；抑菌剂可防止发生霉变出味。

实施例2

取玉米秸秆、小麦秸秆、高梁秸秆中的一种或者多种作物秸秆共同作为炭原料，将其粉碎至粒径小于2mm的颗粒状；取10重量份的上述炭原料颗粒、7重量份的聚醚多醇330、0.2重量份的硬泡硅油、0.1重量份的水、0.008重量份的五甲基二乙烯三胺、5重量份的二氯一氟乙烷以及0.2重量份的环乙胺，在900转/分的速度下搅拌混合均匀后，加入13重量份的二苯基甲烷二异氰酸酯，并继续按以上速度搅拌2分钟，然后室温下放置30小时以上后，置入马弗炉；对马弗炉输入氮气或含水蒸气的氮气，在炉内氮气环境下逐渐升温至250摄氏度，其中升温速率50摄氏度/分钟，达到250摄氏度后，炭化时间1小时；加热状态使上述原料反应形成疏松柔软而多孔的海绵体结构，并且对其中的炭原料进行炭化；然后继续保持氮气环境，向炉内通入二氧化碳气体，二氧化碳的施加速率为0.5L/分钟，与此同时，逐渐升温至600摄氏度进行活化，升温速率10摄氏度/分钟，活化加热时间1小时，制得生物质活性炭基质。所制得的生物质活性炭基质比表面积大、具有良好的空气颗粒吸附效果，并且具有海绵体性质，其密度低、柔软疏松、吸水性高且耐水浸泡、多孔透气；应用切碎机将所述生物质活性炭基质破碎为粒径3mm-10mm范围内的颗粒。

取上述玉米秸秆、小麦秸秆、高梁秸秆的任意一种或多种为炭原料，粉碎为粉末，过50目筛；将炭原料粉末在氮气环境下逐渐升温至500摄氏度，对炭原料粉末进行炭化；其中升温速率50摄氏度/分钟，并且升温到预定温度之后，保持恒温下进行炭化1小时；保持氮气环境，向炉内通入二氧化碳气体，二氧化碳的施加速率为1L/分钟，并在氮气环境下逐渐升温至700摄氏度进行活化，升温速率30摄氏度/分钟，活化加热时间1.5小时，制得生物质活性炭粉末。

将破碎后的生物质活性炭基质、生物质活性炭粉末、支撑料、紫外线吸收剂、抑菌剂、粘合剂搅拌混合均匀后注入成型模具，其重量比例为：生物质活性炭基质70重量份、生物质活性炭粉末30重量份、破碎后的玉米秸秆、小麦秸秆、高梁秸秆任一种或多种8重量份、聚乳胶粘合剂6重量份、紫外线吸收剂二茂铁1重量份、抑菌剂壳聚糖0.5重量份.并且还混入适量的腐殖酸、含氮肥料、含磷肥料、含钾肥料中的任意一种或多种，以进一步提供植物营养；挤压成型后，放置24-48小时，然后在50摄氏度下加热至干燥硬化定型，可制得各种形状的含生物质活性炭种植海绵状基质，包括图1所示的种植器具形状。

我们对以上两个实施例制得的含生物质活性炭种植海绵状基质各取100个，进行比表面积检测，测得实施例1的含生物质活性炭种植海绵状基质平均比表面积383平方米/克，而实施例2的含生物质活性炭种植海绵状基质平均比表面积321平方米/克；并且，对以上实验品每个放入2-4棵植株后，适当浇水，观测植株的生长成活情况以及对海绵的附着情况，经一周实验后，实施例1的植株成活率为99％以上，且其中98个实验品的植株经一周培养后可以在倒向安放时无任何植株脱落或出现明显将要脱落态势；实施例2的植株成活率为99％以上，且其中93个实验品的植株经一周培养后可以在倒向安放时无任何植株脱落或出现明显将要脱落态势。

可见，本发明提供的含生物质活性炭种植海绵状基质具有如下优点：

1.可任意成型、定型后具有足够的结构强度，从而方便加工为各类种植器具，可适于屋顶、立面、墙体等各种建筑结构下应用。

2.种植海绵状基质具有生物质活性炭，可以为植物生长提供足够营养，因而植株或种子直接放入即可生长发育，海绵浸水后允许根系穿透，因而植株能够以自身根系实现在海绵内的固定，不再需要土壤或其它基质，植株植入后可在水平和竖直方向上正向、横向或倒向安放，可构造各种曲面形态的小型绿色景观。

3.植株易于从海绵中移除更换，海绵可重复使用。

4.活性炭比表面积大，具备吸附颗粒物、净化空气的效果。

5.产品重量轻、强度高、透气性和吸水保水性好，达到水气平衡，能够为植物提供养份以促进其快速、健康发芽生长。

6.海绵本身还具备防虫抑菌、紫外线吸收的附加功效，因而尤为适宜在室内应用。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种含生物质活性炭种植海绵状基质的制备方法，其特征在于，包括：

取竹材、玉米秸秆、小麦秸秆、高粱秸秆、椰壳中的任意一种或多种为炭原料，粉碎至粒径小于2mm的颗粒状；取8-10.5重量份的上述炭原料颗粒、5-7重量份的聚醚多醇330、0.15-0.25重量份的硬泡硅油、0.06-0.1重量份的水、0.005-0.008重量份的五甲基二乙烯三胺、4-5重量份的二氯一氟乙烷以及

0.15-0.2重量份的环乙胺，在500-1000转/分的速度下搅拌混合均匀后，加入8.5-15重量份的二苯基甲烷二异氰酸酯，并继续按以上速度搅拌0.5-2分钟，然后室温下放置24小时以上；然后在氮气环境下逐渐升温至200-500摄氏度，形成海绵体，并且对其中的炭原料进行炭化；其中升温速率10-50摄氏度/分钟，并且升温炭化时间1-2小时；对炭化后的所述海绵体施加活化剂，并在氮气环境下逐渐升温至550-800摄氏度进行活化，升温速率10-50摄氏度/分钟，活化加热时间0.5-2小时，制得生物质活性炭基质；本步骤所制得的生物质活性炭基质比表面积大、具有良好的空气颗粒吸附效果，并且具有海绵体性质，其密度低、柔软疏松、吸水性高且耐水浸泡、多孔透气；应用切碎机将所述生物质活性炭基质破碎为粒径3mm-10mm的颗粒；

取竹材、玉米秸秆、小麦秸秆、高粱秸秆、椰壳中的任意一种或多种为炭原料，粉碎为粉末，过50目筛；将炭原料粉末在氮气环境下逐渐升温至200-500摄氏度，对炭原料粉末进行炭化；其中升温速率10-50摄氏度/分钟，并且升温炭化时间1-2小时；对炭化后的所述炭原料粉末施加活化剂，并在氮气环境下逐渐升温至550-800摄氏度进行活化，升温速率10-50摄氏度/分钟，活化加热时间0.5-2小时，制得生物质活性炭粉末；

将破碎后的生物质活性炭基质、生物质活性炭粉末、支撑料、紫外线吸收剂、抑菌剂、粘合剂搅拌混合均匀后注入成型模具，其重量比例为：活性炭基质65-70重量份、生物质活性炭粉末28-30重量份、支撑料5-8重量份、粘合剂3-6重量份、紫外线吸收剂0.5-1重量份、抑菌剂0.2-0.5重量份.挤压成型后，放置24-48小时，然后在50-70摄氏度下加热至干燥硬化定型，可制得各种形状的含生物质活性炭种植海绵状基质。

2.根据权利要求1所述的含生物质活性炭种植海绵状基质的制备方法，其特征在于，所述支撑料为破碎后的竹材、玉米秸秆、小麦秸秆、高粱秸秆中的一种或多种。

3.根据权利要求1-2中任意一项所述的含生物质活性炭种植海绵状基质的制备方法，其特征在于，所述紫外线吸收剂为二茂铁、水杨酯苯酯、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、单苯甲酸间苯二酚酯中的任意一种。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的含生物质活性炭种植海绵状基质的制备方法，其特征在于，所述粘合剂为聚乳胶。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的含生物质活性炭种植海绵状基质的制备方法，其特征在于，抑菌剂为壳聚糖。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的含生物质活性炭种植海绵状基质的制备方法，其特征在于，所述活化剂为二氧化碳气体，且二氧化碳的施加速率为0.5-1L/分钟。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的含生物质活性炭种植海绵状基质的制备方法，其特征在于，所述活化剂为氢氧化钾，且氢氧化钾与炭化后原料的质量比为3∶1，将所述炭化后原料在氢氧化钾溶液中浸泡2小时，干燥后进行氮气环境下的活化。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的含生物质活性炭种植海绵状基质的制备方法，其特征在于，将腐殖酸、含氮肥料、含磷肥料、含钾肥料中的任意一种或多种与所述破碎后的生物质活性炭基质、生物质活性炭粉末、支撑料、紫外线吸收剂、抑菌剂、粘合剂共同搅拌混合均匀，然后注入成型模具。

9.按照上述任意一项权利要求所述的方法制得的含生物质活性炭种植海绵状基质。

10.一种用权利要求9所述的含生物质活性炭种植海绵状基质制成的种植器具，包括海绵基座和海绵盖体，所述海绵基座包含下凹口，用于放置或生长植株；所述海绵盖体用于在遮盖所述下凹口。