高效剥离层状纳米生物炭对盐碱土壤钠离子响应机制的研究及其农业应用

【编辑推荐】本研究通过分步酸化和多重瞬时热解技术，成功制备出富含C=O/C-OH等功能团的高效剥离层状纳米生物炭（CN500）。该材料显著提升盐碱地Na+吸附能力（浸出液Na+浓度增加7.68–100.63%），促进玉米/大豆出苗（缩短0.48–2.76天）并提升作物生物量（鲜重增加17.1–62.1%），为农业废弃物资源化与土壤修复提供创新方案。

　　

Highlight

本研究通过分步酸化和多重瞬时热解技术，以小麦秸秆为主干材料成功制备出高效剥离层状纳米生物炭（CN500）。该材料在盐碱地治理中展现出突破性应用价值。

SEM图像分析

未处理的CK500生物炭（图1a,b）保持小麦秸秆的管状结构，纤维素纤维呈网状排列。经酸改性和热解后，CN500（图1c,d）形成独特的层状剥离结构，比表面积和孔隙体积显著增加，为钠离子（Na⁺）吸附提供丰富活性位点。

结论

1. 阶段性酸解与快速热解使生物炭形成层状富集结构，其比表面积和孔径扩大优化了吸附性能。在盐碱土壤中，CN500通过官能团（C=O/C-OH等）与Na⁺发生配位作用，有效降低作物钠毒害；

2. 田间实验证实该材料使玉米/大豆出苗时间缩短0.48–2.76天，叶绿素含量提升1.25–2.28倍，植株生理损伤显著缓解；

3. 全生命周期评估显示电力消耗和硝酸（HNO₃）使用是主要污染源，但秸秆资源化利用可抵消焚烧产生的温室气体。

创新性

该研究首次揭示层状纳米生物炭通过"孔隙捕获-官能团螯合"双路径调控Na⁺迁移的机制，为盐碱地农业可持续发展提供新材料范式。