专利名称：：仿生泥炭、人工湿地板材及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及仿生泥炭和人工湿地板材的制备方法。技术背景泥炭(peat)又称草炭、泥煤，是沼泽植物遗体转变成的具有多组分、多级分、半胶体特性的高分子复杂亲水物质，也是"湿地"的一种类型。泥炭有机质由腐植酸和未完全分解的植物残体组成。泥炭纤维含量丰富，疏松多孔，通气透水性好,比表面积大，吸咐-螯合能力强，有较强的盐分平衡控制能力，对大气、水质和土壤环境的改良或污染土壤的修复来讲是不可多得的天然资源。由表1可知，泥炭(草本泥炭、木本泥炭)与秸秆、莎草等植物有机质的区别是没有蛋白质，有较多的腐植酸。表l植物与泥炭化学组成的比较<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>湿地是地球的肾脏，与水源和土壤生态关系大。现代"湿地"不仅仅只是传统意义上的沼泽、泥炭地、滩涂等，还包括河流、湖泊、水库、稻田以及退潮时水深不超过6米的海水区。但是，泥炭资源的分布十分不均衡，为此许多科技人员开发了各自的技术，如1992年以来，广西农学院与南宁塑料厂合作，利用聚苯乙烯泡沬塑料做水面浮床，在富营养河面上种水稻，当配上适当的水稻基质和专门的包膜肥料后获得了很好的效果，但是使用的材料不能很好的回收，存在白色污染问题(宋祥莆吴伟明.水稻水面无土栽培.山东科技出版社，2001)。如何利用植物的树枝、树叶、杂草等生物质废弃物为原料，制备仿生泥炭，从而进一步制备人工湿地板材，将具有十分重要的意义，将呈现出很好的资源及应用前景。
发明内容本发明的目的在于提供一种仿生泥炭、人工湿地板材及其制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。本发明的仿生泥炭的制备方法，包括如下步骤在生物质废弃物中加入植物根瘤固氮酶、尿酸酶或过氧化氢酶中的一种以上，产生尿囊素和尿囊酸等腐植化促进剂，在1575"C的温度下，腐植化7-20天，获得仿生泥炭；所说的生物质废弃物包括草本植物或木本的枝、叶和根，如树枝、树叶或杂草中的一种以上，其中，有机质重量含量为4070%;所说的腐植化促进剂由植物根瘤固氮酶、尿酸酶或过氧化氢酶中的一种以上微生物酶的作用产生，所说的植物根瘤固氮酶、尿酸酶或过氧化氢酶的理化性能在张晶、张惠文、李新宇等2006年17巻6期应用生态学报"土壤微生物生态过程与微生物功能基因多样性"；李晓娟、李依芯、陈建华.2007年第2期药物生物化学"重组尿酸酶部分理化性质及其初步药效学研究"以及拜永效、李彦锋、马应霞等在2005年，68巻化学通报"固定化酶及其应用"等文献中己经有详细的报道。其中，产生腐植化促进剂的微生物酶的加入重量为生物质废弃物的01.5%;优选的，先将生物质废弃物粉碎至20-60目；采用上述方法获得的仿生泥炭，腐植酸重量含量为12-28%;本发明所说的仿生泥炭人工湿地板材，其组分和重量份数包括仿生泥炭900-1400份，黏结剂l-6份，保水剂110份；优选的，所说的仿生泥炭人工湿地板材中，还包括0.1-2.5份的肥料，所说的肥料选自过磷酸钙、腐植酸磷、碳酸氢铵或尿素中的一种以上；所说的黏结剂为聚乙烯醇(PVA)和豆胶在催化剂存在下，与尿素和丁醛的縮醛化反应产物，所说的催化剂为N-甲基咪唑硫酸氢盐[Hmim][HS04]离子液体，上述的黏结剂，由于封闭了PVA结构中部分的OH-基团，可控制仿生泥炭-"人工湿地"板材用废后化作肥料的降解速度；所说的保水剂为丙烯酸、水、淀粉、氢氧化钠和腐植酸钾和/或腐植酸钠在过硫酸铵引发剂和交联剂的作用下的接枝共聚物，所说的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺或羧甲基纤维素。本发明所说的仿生泥炭人工湿地板材的制备方法，包括如下步骤将仿生泥炭、黏结剂、保水剂、水和肥料的混合物，通过模压机压制，压力为0.11.0MPa，即可获得仿生泥炭人工湿地板材，可根据需要裁制成为1000-1200mm，宽600-800mm，厚60-120mm的板材，板上部可以根据需要，设置30-50mm的孔穴；所说的仿生泥炭人工湿地板材，为一种"人工湿地"，可以制成水稻种植板、园艺塑造板等，进行工厂化育苗、播种、自动化栽培等；也可以作为一种"水面浮板"，即让废水流过种植"芦苇、香蒲、满江红"的仿生泥炭流动板，使水质得到净化；或者呈地下流动的"砂床"即在仿生泥炭-人工湿地板上铺砂砾或其它类似的物质，然后再种上沉水植物，可以净化空气，吸附水体重金属离子，抑制水体藻类以及富营养化元素的过量生长。本发明的优点是明显的，仿生泥炭中，有机质含量丰富，疏松多孔，通气透水性好，比表面积大，吸咐-螯合能力强，仿生泥炭的应用，可以减少化肥的施用量和流失量，缓解水体硝酸盐、亚硝酸盐、重金属的污染，抑制水体氮、磷积累导致的富营养化；而仿生泥炭"人工湿地"板材降解后还能通过生物化学的方法用于土壤改良等。图l为作物吸收与仿生泥炭腐植酸等养分释放的关系。具体实施方式实施例1黏结剂的制备在100gPVA和豆胶的水溶液中，加入0.5gN-甲基咪唑硫酸氢盐[Hmim][HS04]离子液体催化剂，然后加入IOg尿素、5g丁醛，进行縮醛化反应，反应时间3hr，反应温度95。C下，封闭了PVA、豆胶中98mo1%的羟基，得到由黏结剂，表面胶合强度20.50MP;PVA和豆胶的水溶液中，PVA的含量为50g/L，豆胶的含量为100g/L。实施例2黏结剂的制备在100gPVA和豆胶的水溶液中，加入0.05gN-甲基咪唑硫酸氢盐[Hmim][HS04]离子液体催化剂，然后加入2g尿素、l.Og丁醛，进行縮醛化反应，反应时间2.5hr，反应温度3(TC下，封闭了PVA、豆胶中10moP/。的羟基，得到由黏结剂，表面胶合强度20.50MP;PVA和豆胶的水溶液中，PVA的含量为30g/L，豆胶的含量为50g/L。实施例3保水剂的制备在反应器中先加入8重量份的丙烯酸和1.5重量份的水，然后加入6重量份的淀粉，0.2重量份的氢氧化钾，2.5重量份的腐植酸钾、0.2重量份的过硫酸铵和0.2重量份的交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺，在75"C温度下，连续反应l小时，接枝共聚，然后在70'C下干燥2小时，得到凝胶状的保水剂。实施例4在反应器中先加入5重量份的丙烯酸和1重量份的水，然后加入3.5重量份的淀粉、0.1重量份的氢氧化钠、1.2重量份的腐植酸钠、0.02重量份的过硫酸铵和0.25重量份的羧甲基纤维素，在3(TC温度下，连续反应4小时，接枝共聚，然后在75'C下干燥1.5小时，得到保水剂。实施例5将3公斤桉树植物的叶，粉碎至60目，加入0.003公斤植物根瘤固氮酶，然后在15r下，放置20天，获得仿生泥炭2.2公斤；桉树植物的叶中，有机质重量含量为61%。然后加入0.005公斤实施例1的黏结剂和0.003公斤实施例2的保水剂，以及外加0.05公斤的水，通过模压机压制，压力为0.3MPa，裁制成为1000mm，宽800mm，厚120mm的仿生泥炭板。并采用尤瑞琛，刘鸿洲，黄维南在1999,28(1)，亚热带植物通讯"植物材料中尿囊素及尿囊酸的高效液相色谱法测定"等文献报道的方法，检测结果如下尿囊素含量为2.1%，重量；0.044公斤；尿囊酸含量为5.7%，重量；0.125公斤；而且与"于志民，吕品，王立民.腐植酸改良剂对棚菜硝酸盐含量及产量的影响.腐植酸2006(5)";"项国栋，邹德已，李荣.腐植酸蔬菜专用肥在草莓上的肥效及适宜用量研究"中提及的腐植酸结果相似，可有效减少硝酸盐85-90Wt。/。、减少70-85Wt。/。重金属。图l为作物吸收与仿生泥炭腐植酸等养分释放的关系。图中，区域l为肥料损失区，区域2为脱肥区。根据图1可知，本发明的仿生泥炭板由于所含腐植酸、纤维素等具有吸附表面积大、有机-无机复合肥缓控释的物理化学特点，因此可以减少化肥施用量和流失量，而根据植物根系的固氮菌等的协同作用，也能抑制水体氮、磷积累导致的富营养化(宋祥莆吴伟明.水稻水面无土栽培.山东科技出版社，2001);仿生泥炭"人工湿地"板材降解后还能通过生物化学的方法用于土壤改良等，主要通过可降解高分子PVA等未封闭亲水OH-基团的水解，使由生物质原料构成的"仿生泥炭"于自然界中循环利用。实施例6将5公斤桉树植物的叶和枝，粉碎至20目，加入0.002公斤植物根瘤固氮酶、0.001公斤尿酸酶和0.0005公斤过氧化氢酶，然后在75。C下，放置7天，获得仿生泥炭2.5公斤；植物的叶和枝中，有机质重量含量为70%。然后加入0.006公斤实施例3的黏结剂和0.003公斤实施例4的保水剂，以及外加0.15公斤的水和0.5公斤尿素肥料，通过模压机压制，压力为0.25MPa，裁制成为1200mm，宽600mm，厚120mm的仿生泥炭板。采用实施例5中文献报道的高效液相色谱法进行检测，性能如下尿囊素含量为1.5%，重量0.0375公斤；尿囊酸含量为7.5%，重量0.563公斤。同实施例5，本发明的仿生泥炭板，可以减少化肥的施用量和流失量，缓解水体硝酸盐、亚硝酸盐、重金属的污染，抑制水体氮、磷积累导致的富营养化，而仿生泥炭"人工湿地"板材降解后还能通过生物化学的方法，具有改良土壤等优点。权利要求1.一种仿生泥炭，其特征在于，是这样制备的在生物质废弃物中加入腐植化促进剂，在15～75℃的温度下，腐植化7-20天，获得仿生泥炭。2.根据权利要求1所述的仿生泥炭，其特征在于，所说的生物质废弃物包括草本植物或木本的枝、叶和根，如树枝、树叶或杂草中的一种以上。3.根据权利要求1所述的仿生泥炭，其特征在于，生物质废弃物中，有机质重量含量为4070%。4.根据权利要求13任一项所述的仿生泥炭，其特征在于，选用植物根瘤固氮酶、尿酸酶或过氧化氢酶中的一种以上，加入重量为生物质废弃物的0.011.2%。5.—种仿生泥炭人工湿地板材，其特征在于，组分和重量份数包括权利要求14任一项所说的仿生泥炭900-1400份，黏结剂1-6份，保水剂110份；所说的黏结剂为聚乙烯醇(PVA)和豆胶在催化剂存在下，与尿素和丁醛的縮醛化反应产物，所说的催化剂为N-甲基咪唑硫酸氢盐[Hmim][HS04]离子液体；所说的保水剂为丙烯酸、水、淀粉、氢氧化钠和腐植酸钾和/或腐植酸钠在过硫酸铵引发剂和交联剂的作用下的接枝共聚物，所说的交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺或羧甲基纤维素。6.根据权利要求5所述的仿生泥炭人工湿地板材，其特征在于，还包括0.1-2.5份的肥料。7.根据权利要求5所述的仿生泥炭人工湿地板材，其特征在于，所说的肥料选自过磷酸钙、腐植酸磷、碳酸氢铵或尿素中的一种以上。8.根据权利要求5、6、或7所述的仿生泥炭人工湿地板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤将仿生泥炭、黏结剂、保水剂、水和肥料的混合物，通过模压机压制，压力为0.11.0MPa，即可获得仿生泥炭人工湿地板材。全文摘要本发明提供了一种仿生泥炭、人工湿地板材及其制备方法，所说的仿生泥炭是这样制备的在生物质废弃物中加入植物根瘤固氮酶、尿酸酶或过氧化氢酶，产生尿囊素、尿囊酸等腐植化促进剂，在15～75℃的温度下，腐植化7-20天，获得仿生泥炭，然后将其与黏结剂和保水剂通过模压机压制，获得仿生泥炭人工湿地板材。本发明的仿生泥炭中，有机质含量丰富，疏松多孔，通气透水性好，比表面积大，吸咐-螯合能力强，仿生泥炭的应用，可以减少化肥的施用量和流失量，缓解水体硝酸盐、亚硝酸盐、重金属的污染，抑制水体氮、磷等积累导致的富营养化；而仿生泥炭“人工湿地”板材降解后还能通过生物化学的方法用于土壤改良等。文档编号C05F11/00GK101215193SQ200810032359公开日2008年7月9日申请日期2008年1月8日优先权日2008年1月8日发明者仲恒昊,周霞萍,方海兰,樊兴明,王琰靓,盛建林,裘国寅申请人:华东理工大学