本發(fā)明涉及一種碳硅復(fù)合材料及其制備方法和系統(tǒng)，屬于土壤改良技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，但不是農(nóng)業(yè)強國，全國各類鹽堿土地總面積達148700萬畝(1畝≈667m²),其中鹽漬化土壤為55400萬畝,殘余鹽漬化土壤為67300萬畝，潛在鹽漬化土壤為26000萬畝。土壤鹽堿化是指土壤含鹽量太高，而使農(nóng)作物低產(chǎn)或不能生長的現(xiàn)象。當(dāng)土壤表層的含鹽量超過0.3％時，農(nóng)作物的產(chǎn)量將明顯下降；當(dāng)土壤表層的含鹽量超過0.6％時，大多數(shù)植物已不能生長；當(dāng)土壤表層的含鹽量超過1.0％時，只有一些特殊適應(yīng)于鹽土的植物才能生長。土壤鹽堿化其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害很大，一方面造成土壤板結(jié)與肥力下降，不利于農(nóng)作物吸收養(yǎng)分，影響單位面積農(nóng)作物產(chǎn)量；另一方面，嚴重的土壤鹽堿化造成耕地的棄耕，直接影響到我國的可耕地面積。

在不同的地域，鹽堿土壤還由不同的鹽性或堿性或鹽堿性構(gòu)成，例如新疆的鹽堿地，就因地域的不同而存在明顯的差異，東疆主要為紅堿，南疆主要為白堿，北疆主要為黑堿。由于地質(zhì)成因，新疆的土地歷來為重鹽堿地，且嚴重缺水，以往由于采用大水滿灌治堿，能維持正常的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但隨著國家對糧棉等大宗農(nóng)產(chǎn)品的需求，鹽堿土地的大量開發(fā)，大水滿灌已不可能，缺水嚴重制約了新疆農(nóng)業(yè)的發(fā)展，同時由于采用滴灌等設(shè)施農(nóng)業(yè)后，這幾年發(fā)現(xiàn)熟地嚴重泛堿，次生鹽堿化嚴重泛濫，同時由于大型農(nóng)機的運用，機柴油的跑冒滴漏，油污與土地的沾結(jié)，造成土壤的透氣降低。糧棉逐年減產(chǎn)，同時新疆的新開荒地都是在鹽堿地上進行改造，嚴重的缺水加上熟地滴灌的次生鹽堿化已成為嚴重制約新疆農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

現(xiàn)有的鹽堿土壤改良劑雖然對鹽堿土壤具有一定的改良作用，但效果都不十分理想，且使用時間受到限制，應(yīng)用范圍比較狹窄。

如何尋找一種土壤改良劑，解決現(xiàn)有技術(shù)中對鹽堿土壤的改良效果差的缺陷，拓寬土壤改良劑的應(yīng)用范圍，延長土壤改良劑的作用時間是人們亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決上述的技術(shù)問題，提供一種碳硅復(fù)合材料及其制備方法和制備系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中土壤改良劑對鹽堿土壤的改良效果差、應(yīng)用范圍窄、作用時間短等技術(shù)缺陷。

一方面，本發(fā)明提供了一種碳硅復(fù)合材料的制備方法，該方法包括如下步驟：

1)選擇純度為99.9％石墨碳，利用煅燒靜壓工藝制成石墨碳板；

2)選擇符合粒徑要求的二氧化硅粉，制成二氧化硅板；

3)將所述石墨碳板和所述二氧化硅板放置在電解反應(yīng)槽內(nèi)，通入脈動直流電；

4)待電解反應(yīng)槽中的PH值達到2.5，反應(yīng)10-12天后停止反應(yīng)。

進一步地，所述二氧化硅粉的粒徑范圍為1-50nm。

在具體實施方案中，步驟3可以是將所述石墨碳板和所述二氧化硅板放置在電解反應(yīng)槽內(nèi)，接通脈動離子磁場攪拌裝置，加注純凈水后，在電解反應(yīng)槽通入脈動直流電。

另一方面，本發(fā)明還提供了一種碳硅復(fù)合材料，是根據(jù)上述的制備方法制得，所述碳硅復(fù)合材料包括石墨碳、二氧化硅和凈化水。

進一步地，所述碳硅復(fù)合材料中碳粉的化學(xué)組成以質(zhì)量百分比表示為：C、95-95.8％，O、3.3-3.6％，P、0.3-0.5％，S、0.3-0.5％，K、0.5-0.7％，Cl、0.1-0.3％。

進一步地，所述碳硅復(fù)合材料中碳溶液的化學(xué)組成以質(zhì)量百分比表示為：C、40.5-41.5％，O、51.2-52.6％，Na、2.1-2.7％，Mg、0.9-1.3％，Si、0.2-0.4％，S、0.8-1.2％，Cl、1.2-1.6％，Ca、0.9-1.3％。

本發(fā)明還提供一種用于實施制備上述碳硅復(fù)合材料的制備系統(tǒng)，該制備系統(tǒng)至少包括：電解反應(yīng)槽、石墨碳板、二氧化硅板、脈動離子磁場攪拌裝置；其中將所述石墨碳板和所述二氧化硅板放置在所述電解反應(yīng)槽中，接通所述脈動離子磁場攪拌裝置，加注純凈水后，在電解反應(yīng)槽通入脈動直流電，進行工作。

進一步地，所述石墨碳板的尺寸是：長度45-50cm，寬度35-40cm，厚度3.5-4.5cm；所述二氧化硅板的尺寸是：長度45-50cm，寬度35-40cm，厚度0.5-1.0cm。

在具體實施方案中，所述脈動直流電的電流30-50A，電壓11-13V。

本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明所提供的碳硅復(fù)合材料的制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于作為原料的石墨板材資源緊缺且價格昂貴，而二氧化硅資源豐富價格低，本發(fā)明所提供的制備方法將二者合成能夠降低生產(chǎn)成本，更容易規(guī)?；a(chǎn)。

本發(fā)明所提供的碳硅復(fù)合材料屬負電離子狀態(tài)，當(dāng)負電離子越活躍，其酸性越強，其物理酸度對堿性物質(zhì)中和更具親和性；

本發(fā)明所提供的碳硅復(fù)合材料，石墨碳和二氧化硅對堿性物質(zhì)具有較好的親和性，二者成分在農(nóng)業(yè)中均為養(yǎng)分，其溶液離子狀態(tài)更利于被吸收更容易被土壤所吸收；

本發(fā)明所提供的碳硅復(fù)合材料的制備系統(tǒng)，是針對石墨碳和二氧化硅的特性而提出的，使用電解反應(yīng)槽能實現(xiàn)石墨碳和二氧化硅完全反應(yīng)。本發(fā)明的制備系統(tǒng)按照設(shè)定的處理工藝進行排布設(shè)計，具有很強的生產(chǎn)實用性和經(jīng)濟性。

附圖說明

圖1為實施例中碳硅復(fù)合材料的制備系統(tǒng)的示意圖；

圖2為實施例中碳硅復(fù)合材料的制備系統(tǒng)的現(xiàn)場圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1

參考圖1，具體的碳硅復(fù)合材料的制備方法如下：

1)先選擇純度為99.9％石墨碳，利用煅燒靜壓工藝制成石墨碳板220，其中采用煅燒靜壓工藝能夠?qū)⑹募兌扰c硬度達到最佳的數(shù)值，從而產(chǎn)出粒徑最小、純度最高的納米碳粒子；

2)選擇粒徑范圍為1-50nm的二氧化硅粉，制成二氧化硅板230；

3)將石墨碳板220和二氧化硅板230放置在電解反應(yīng)槽210內(nèi)，用銅線串聯(lián)，接通脈動離子磁場攪拌裝置240，加注純凈水后，對電解反應(yīng)槽210通入脈動直流電，控制其脈動直流電的電流40A，電壓12V；

4)待電解反應(yīng)槽210中的PH值達到2.5，反應(yīng)12天后停止反應(yīng)。

實施例2

將按照實施例1的制備方法所生產(chǎn)的碳粉作為樣品，送到上海市計量測試技術(shù)研究院、華東國家計量測試中心、中國上海測試中心進行檢測，其中使用的掃描電子顯微鏡是Nova NanoSEM 450，X射線能譜儀是51-XMX1154，該碳粉的樣品成分測試結(jié)果按照質(zhì)量百分比表示如下：C、95.3％，O、3.4％，P、0.4％，S、0.2％，Cl、0.2％，K、0.6％。

實施例3

將按照實施例1的制備方法所生產(chǎn)的碳溶液作為樣品，送到上海市計量測試技術(shù)研究院、華東國家計量測試中心、中國上海測試中心進行檢測，其中使用的掃描電子顯微鏡是Nova NanoSEM 450，X射線能譜儀是51-XMX1154，該碳溶液的化學(xué)組成以質(zhì)量百分比表示為：C、41.0％，O、51.8％，Na、2.4％，Mg、1.1％，Si、0.3％，S、1.0％，Cl、1.4％，Ca、1.1％。

實施例4

本發(fā)明實施例的一種碳硅復(fù)合材料的制備系統(tǒng)，參考圖1，該制備系統(tǒng)至少包括：電解反應(yīng)槽210、石墨碳板220、二氧化硅板230、脈動離子磁場攪拌裝置240。

其中石墨碳板220的尺寸是：長度45cm，寬度35cm，厚度3.5cm；二氧化硅板230的尺寸是：長度45cm，寬度35cm，厚度0.5cm；脈動離子磁場攪拌裝置240通過電壓與電流雙向調(diào)節(jié)；電解反應(yīng)槽的尺寸是：長度160cm，寬度60cm，高度50cm。

在本實施例中碳硅復(fù)合材料的制備系統(tǒng)的現(xiàn)場圖如圖2所示。利用本制備系統(tǒng)來制備碳硅復(fù)合材料的工作過程如下：

1)先選擇高純度99.9％石墨碳，利用煅燒靜壓工藝制成石墨碳板220；

2)隨后選擇粒徑范圍為1-50nm的二氧化硅粉，制成二氧化硅板230；

3)將石墨碳板220和二氧化硅板230放置在電解反應(yīng)槽210內(nèi)，用銅線串聯(lián)，接通脈動離子磁場攪拌裝置240，加注純凈水后，對電解反應(yīng)槽210通入脈動直流電，控制其脈動直流電的電流40A，電壓12V，開始工作；

4)待電解反應(yīng)槽210中的PH值達到2.5，反應(yīng)12天后停止工作。

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。