[發明專利]一種鈣鎂礦化生物炭及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201310353876.X
• 申請日: 2013-08-14
• 公開（公告）號: CN103406099A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 張濤;江榮風;李平;方慈
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明屬于農業資源環境技術領域，具體涉及一種改性生物炭及其制備方法與應用。

背景技術

隨著我國規模化養殖業迅猛發展，其所引起的畜禽廢水污染問題日益凸顯，畜禽廢水中含有大量磷、氮、有機質、重金屬等，其過量排放會對水環境造成嚴重污染。特別是畜禽廢水中磷素的過量流失，已成為我國水環境治理的限制性因素之一。據《第一次全國污染源普查公報》統計，畜禽廢水磷流失量達16.04萬噸，占全國總磷流失量的34.2%。

與此同時，目前全球范圍內存在磷資源匱乏的問題。據美國地質調查局統計，全球磷灰石儲量基礎僅為500億噸，按現有開采技術狀況將在125年左右耗盡，我國已將磷礦列入2010年后不能滿足國民經濟發展的20種礦石之一。因此，在畜禽廢水中回收磷資源，將磷的環境污染控制與資源循環利用合并，既有利于水體富營養化的治理，又有利于提高磷的利用效率，具有重要意義。

現有技術中，回收廢水磷素的方法主要有吸附法、結晶法、離子交換法、生物法等。結晶法對結晶劑投加量、pH值等理化參數條件要求精準，很難達到控制要求；離子交換法存在再生周期長、再生廢液量大等缺點；生物攝磷法在微生物群落結構探測、菌種純培養和馴化操控方面存在困難。

吸附法具有高效低耗、工藝簡便、易于管理的優勢特點，但是由于傳統吸附劑存在吸附容量小、性質不穩定等缺點，限制了該法的推廣應用。此外，由于畜禽廢水成分復雜，含有大量有機質、氮、重金屬等其他污染物質，會干擾吸附劑對磷素的吸附回收效能，成為現在一個難以解決的問題。為了克服上述缺點，功能性吸附材料的開發利用成為研究熱點。

發明內容

本發明的目的是提供一種鈣鎂礦化生物炭及其制備方法和其在回收畜禽廢水磷素中的應用。

本發明提供的一種鈣鎂礦化生物炭的制備方法，包括如下步驟：將粉粹的生物質與鎂鹽和鈣鹽混合物炭化即得。

所述的方法中，所述粉粹的生物質與鎂鹽中鎂離子的質量比為3-18:1；優選8:1或3:1；所述粉粹的生物質與鈣鹽中鈣離子的質量比為3-18:1；優選8:1或3:1。

所述的方法中，所述生物質可選自玉米芯、玉米秸稈和/或麥秸稈；優選玉米秸稈；所述鎂鹽中鎂離子來自于氯化鎂或硫酸鎂；所述鈣鹽中鈣離子來自于氧化鈣；所述氯化鎂或硫酸鎂由含有氯化鎂或硫酸鎂的鹵鹽提供；所述氧化鈣由含有氧化鈣的高爐礦渣提供。

具體地，所述鹵鹽中氯化鎂或硫酸鎂的質量分數為70-75%；優選75%或70%。

具體地，所述高爐礦渣中氧化鈣的質量分數為70-75%；優選75%。

所述的方法中，所述炭化為限氧升溫炭化法；所述限氧升溫炭化法中，炭化溫度為300-600℃，炭化時間為2-6h；所述碳化溫度優選300℃或450℃，所述炭化時間優選4h。

所述限氧升溫炭化法中，所述升溫速度為10-20℃/min；優選15℃/min或20℃/min。

所述限氧具體采用不銹鋼罐壓實裝填生物質與鎂鹽和鈣鹽混合物后密封。

所述的方法中，所述粉粹的生物質與鎂鹽和鈣鹽的混合物的制備過程包括1）和2）：

1）將粉粹的生物質加入鎂鹽溶液，攪拌、靜置后，干燥脫水；

2）將上述步驟1)制備的混合物加入鈣鹽溶液，攪拌、靜置后，干燥脫水即得；

所述鎂鹽溶液和所述鈣鹽溶液的加入順序可以互換。

具體的，所述鎂鹽溶液和所述鈣鹽溶液分別為鎂鹽和鈣鹽的水溶液。

具體的，所述粉碎的生物質為將生物質粉碎為粒徑1-3mm的顆粒物；優選1mm。

具體的，所述鎂鹽溶液中鎂離子的濃度為1-4mol/L；優選2mol/L或4mol/L；所述鈣鹽溶液中鈣離子的濃度為1-4mol/L；優選2mol/L或4mol/L。

具體的，所述步驟1）和步驟2）中，所述攪拌0.5-1.5h、靜置2-4h，100-150℃干燥脫水2-6h；優選的，為下述a）或b）：

a）：所述步驟1）中，所述攪拌0.5h、靜置3h、150℃干燥脫水6h；所述步驟2）中，所述攪拌1h、靜置3h、120℃干燥脫水4h；

b）：所述鎂鹽溶液和所述鈣鹽溶液的加入順序互換后，所述步驟1）中，所述攪拌1.5h、靜置2h、100℃干燥脫水2h；所述步驟2）中，所述攪拌1.5h、靜置4h、150℃干燥脫水6h。

上述任一所述方法制備得到的鈣鎂礦化生物炭也屬于本發明的保護范圍。