[發明專利]一種制備高氮、磷吸附性能生物炭的方法

有效

• 申請號: 201310664733.0
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN103611497A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 沈飛;王章鴻;楊剛;張延宗;曾詠梅;鄧仕槐;伍鈞;王莉淋;肖鴻;彭宏;張小洪;藺麗麗;李遠偉
• 申請（專利權）人: 四川農業大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 龔燮英

技術領域

本發明涉及農林廢棄物資源化利用和環境污染治理領域，尤其涉及的是一種制備高氮、磷吸附性能生物炭的方法。

背景技術

我國每年農作物秸稈和林業殘枝鋸末等農林廢棄生物質產生量超過8.72億噸，如此巨大的資源，采用常規的處置和利用方式，如：焚燒、堆肥等，不僅資源利用率水平低，同時還存在潛在的環境風險。因此，如何科學合理地處置農林廢棄物，使其既能被高效的資源化利用，又能降低潛在的環境風險，已成為關注的焦點。將農林廢棄生物質經過熱解工藝制備生物炭是目前較為新興的一種廢棄生物質資源化利用方式。生物炭疏松多孔、環境性質穩定，主要的功能和應用領域集中于以下幾個方面：（1）還田固碳，大氣中的CO₂以植物光合作用形成碳基化合物，再經過貧氧熱解碳化為生物炭，施入土壤后，實現CO₂以碳單質的形式固存于土壤，在一定程度上降低大氣中的CO₂，緩解全球溫室效應。（2）土壤改良，生物炭一般具有pH偏堿、容重輕、孔隙度大、持水能力強、陽離子交換量大、吸附能力強、含豐富礦物質等特點，施入土壤后能夠提高土壤肥力、改善土壤理化性質，實現農作物增質增產。（3）功能吸附劑，因生物炭具有比表面積大、官能團豐富、帶負電且電荷密度高等特點，使其可作為水溶解體系吸附劑用于去除各種具有污染性的無機離子或有機物。

氮、磷是引起水體富營養化的主要物質因素，同時也是作物從土壤中獲取的必需養分元素。在長期的傳統農業生產中，由于土壤理化性質的退化，其氮、磷的固定能力差，導致大量氮、磷的流失，是地表水體氮、磷富集，產生水體富營養化的主要原因之一。鑒于生物炭具有固碳、土壤改良以及吸附等能力，以農林廢棄生物質為原料，開發一種具有良好固定或吸附氮、磷功能的生物炭基材料，對于開發農林廢棄物的資源化利用新方式、減少溫室氣體排放、改善土壤理化性能以及治理水體富營養化具有重要的意義和作用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術在農林廢棄物利用、溫室氣體減排、土壤質量改善以及水體富營養化治理等方面存在的問題，提供了一種制備高氮、磷吸附性能生物炭的方法。

本發明的技術方案如下：

一種制備高氮、磷吸附性能生物炭的方法，包括以下步驟：

（1）將收集的農林廢棄生物質原料經自然風干后，清理泥沙、塑料非生物質雜質，粉碎過40目篩；

（2）稱取稀土氯化鹽，溶解于蒸餾水中，配制稀土氯化鹽溶液；

（3）將（1）所述處理后的生物質原料和（2）所述稀土氯化鹽溶液混合，攪拌均勻，使生物質原料完全浸沒，密封浸漬12h；然后真空抽濾，置于105℃下烘干，并置于干燥環境保存；

（4）取（3）中的原料置于管式爐中以氮氣作為保護氣，進行貧氧熱解；熱解完成后，待熱解體系冷卻至室溫后，得到高氮、磷吸附性能生物炭。

所述的農林廢棄生物質原料為農作物秸稈和林木廢棄物。

所述的稀土氯化鹽為氯化鑭、氯化鈰、氯化鐠或氯化釹；其配制的稀土氯化鹽溶液濃度為0.05-0.15mol/L。

所述的方法，步驟（3）中，生物質原料和稀土氯化鹽溶液的質量比為1:10～1:30。

所述的方法，步驟（4）中，貧氧熱解溫度為400-600℃，熱解時間為30-120min，升溫速率為5-20℃/min；氮氣流速為0.1m³/h。

本發明以農林廢棄物為原料，利用輕稀土元素的催化性能，通過高溫貧氧熱解，制備出高氮、磷吸附性能生物炭。本發明所使用原料來源廣泛，所采用稀土催化劑成本較低，所制得生物炭對氮、磷吸附速率快，吸附容量大。NO₃^-、NH₄⁺、PO₄^3-三者的最大吸附量分別可達38.44mg/g、15.58mg/g、19.74mg/g。本發明工藝操作過程簡單、設備要求低、成本低廉、產品回收率高，應用價值高。

具體實施方式

以下結合具體實施例，對本發明進行詳細說明。

實施例1稀土氯化鹽催化熱解不同生物質原料，制備生物炭對氮、磷的吸附

（一）材料

1、生物質原材料：玉米秸稈、菊芋秸稈、橡木鋸末、松木鋸末

2、稀土氯化鹽催化劑：LaCl₃·7H₂O

（二）方法

1、將收集的玉米秸稈、菊芋秸稈、橡木鋸末、松木鋸末分揀雜質并風干后，粉碎過40目篩。