[發(fā)明專利]一種復合生物炭及其制備方法與應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310464219.2
• 申請日: 2013-10-08
• 公開（公告）號: CN103523769A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設計）人: 張濤;江榮風;李平;方慈
• 申請（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/16
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;王春霞

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種復合生物炭及其制備方法與應用，屬于農(nóng)業(yè)資源環(huán)境技術(shù)領域。

背景技術(shù)

近年來，隨著我國經(jīng)濟社會迅速發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖業(yè)得到了迅猛發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖過程中所排放的廢水已經(jīng)嚴重污染了水體環(huán)境，加重了我國污水處理的難度。其中，畜禽養(yǎng)殖廢水中氨氮的過量排放，無疑給水體富營養(yǎng)化問題雪上加霜，成為國家環(huán)境保護工作中的限制性關鍵因素。因此，加強畜禽養(yǎng)殖廢水氨氮凈化技術(shù)的理論研究與技術(shù)應用，對于解決我國日益嚴重的水污染問題，促進可持續(xù)發(fā)展，落實科學發(fā)展觀，具有非常重要的意義。

目前，畜禽廢水中氨氮處理方法主要包括結(jié)晶法、吸附法等。常規(guī)的結(jié)晶法由于受結(jié)晶過程中水相結(jié)晶劑殘留的影響，對結(jié)晶劑投加量、pH值等理化參數(shù)條件要求精準，受處理能力、技術(shù)條件等因素限制，很難達到控制要求；吸附法簡單易行，但由于受吸附劑理化結(jié)構(gòu)特性的局限性，以及雜質(zhì)離子干擾影響，造成對氨氮的吸附辨識性差，吸附效能低，難以廣泛應用。因此，如何能夠有效結(jié)合結(jié)晶和吸附兩種技術(shù)的特點，結(jié)晶-吸附協(xié)同凈化畜禽廢水中氨氮，成為目前國內(nèi)外研究非常活躍的前沿內(nèi)容。

結(jié)晶法通過投加鎂鹽和磷酸鹽，與廢水中的氨氮發(fā)生化學反應，生成鳥糞石而被去除，該方法具有辨識性凈化氨氮的特性，但是由于藥劑費用較高，影響推廣應用。為此，專利CN1623924A公布一種方法，將化學沉淀鳥糞石加熱（150～300℃）釋放氨氣，然后循環(huán)利用熱解產(chǎn)物做沉淀劑，可以有效降低處理費用，但是鳥糞石熱解產(chǎn)物納米磷酸鈉鎂顆粒細密，如采用流化床的應用方式，存在水相分散性差，難以精準定量投加等問題，如采用填充柱吸附的應用方式，會產(chǎn)生巨大的壓力降，水量通量較小。因此，選擇一種化學性質(zhì)穩(wěn)定、高效固載鳥糞石熱解產(chǎn)物納米磷酸鈉鎂的載體材料，既有利于流化床應用時水相分散，又有利于固定床應用時減小壓力降，成為技術(shù)應用的關鍵問題。

生物炭是由生物質(zhì)加工而成的一種多孔碳，鑒于其高含碳量和多孔特性，在農(nóng)業(yè)環(huán)境保護方面具有很強的研究與應用價值。開發(fā)生物炭作為氨氮凈化材料，一方面具有化學性質(zhì)穩(wěn)定，環(huán)境友好等優(yōu)勢，另一方面借助其有機顆粒大、高水流通量的特性，克服無機吸附材料在實際應用中難以分離、壓頭損失大等技術(shù)瓶頸。但是，由于畜禽廢水成分復雜，含有大量有機質(zhì)、磷、重金屬等其它污染物質(zhì)，會干擾生物炭對氨氮的富集吸附效能，成為一個難以解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種復合生物炭及其制備方法與應用，本發(fā)明提供的復合生物炭既可有效克服納米磷酸鈉鎂凈化氨氮固定床應用時壓力降大、流化床應用時水相分散差的問題，又可有效克服應用生物炭富集吸附氨氮辨識性差的問題。

本發(fā)明所提供的一種復合生物炭的制備方法，包括如下步驟：

（1）配制鎂鹽溶液、氨鹽溶液、鈉鹽溶液和磷酸鹽溶液；

（2）

（a）將生物質(zhì)粉碎至粒徑為1～3mm后加入至所述鎂鹽溶液中，依次經(jīng)攪拌、靜置和干燥脫水；

（b）然后將步驟（a）的產(chǎn)物加入至所述氨鹽溶液中，依次經(jīng)攪拌、靜置和干燥脫水；

（c）然后將步驟（b）的產(chǎn)物加入至所述鈉鹽溶液中，依次經(jīng)攪拌、靜置和干燥脫水；

（d）然后將步驟（c）的產(chǎn)物加入至所述磷酸鹽溶液中，依次經(jīng)攪拌、靜置和干燥脫水；

（3）采用限氧升溫炭化法將步驟（2）得到的產(chǎn)物進行炭化，即得到所述復合生物炭。

上述的制備方法中，步驟（1）中，所述鎂鹽溶液中的鎂鹽可為氯化鎂，所述鎂鹽溶液的摩爾濃度可為1～3mol/L；

所述氨鹽溶液中的氨鹽可為氯化銨，所述氨鹽溶液的摩爾濃度可為1～3mol/L；

所述鈉鹽溶液中的鈉鹽可來自于氫氧化鈉，所述鈉鹽溶液的摩爾濃度可為1～3mol/L；

所述磷酸鹽溶液中的磷酸鹽可為過磷酸鈣，所述磷酸鹽溶液的摩爾濃度可為1～3mol/L。

上述的制備方法中，步驟（2）中，所述鎂鹽溶液中的鎂離子、所述氨鹽溶液中的氨根離子、所述鈉鹽溶液中的鈉離子和所述磷酸鹽溶液中的磷酸根離子的摩爾比可為1：1：1：1；

步驟（2）中的步驟（a）、步驟（b）、步驟（c）和步驟（d）中，所述攪拌時間均為1～2h，所述靜置時間均可為1～2h，所述干燥脫水均是在100～150℃的條件下進行4～8h。

上述的制備方法中，步驟（2）中，所述生物質(zhì)可為玉米芯、麥秸稈或樹皮；所述生物質(zhì)與所述鎂鹽溶液中的鎂離子的質(zhì)量比可為3.3～16.6：1，具體可為3.3～6.7：1、3.3：1、6.7：1或16.7：1。