[發明專利]一種用于有機污染修復的生物碳吸附劑制備方法

在審

• 申請號: 201410408865.1
• 申請日: 2014-08-19
• 公開（公告）號: CN104138745A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 羅磊;許闖;張淑貞
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;B09C1/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及以工農業廢棄生物質為原料制備具有特定污染修復功能的生物碳吸附材料的方法。

背景技術

生物質碳具有致密的微孔結構、較高的比表面積，在污染水體和土壤環境修復和治理中受到廣泛關注，成為環境污染修復研究的熱點。另一方面，生物質碳豐富的含碳官能團組成與其對污染物，特別是有機污染物的修復、鈍化能力密切相關。大量研究表明，芳構化程度較高的生物碳對非離子型有機污染物具有較強的吸附、鈍化能力；而富含含氧基團(羧基、羥基等)生物碳對于重金屬及離子型有機污染物具有較強的吸附鈍化能力，但是不利于非離子型有機污染物的吸附。為了實現對特定污染物高效的吸附、鈍化，環境工作者常常借助化學改性處理來對生物碳表面官能團進行修飾，額外增加了生物碳制備成本，同時應用化學改性劑也增加了環保成本。因此，尋找、選擇經濟的生物質原材料，發展環保、高效的生產、制備具有特征官能團組成，適合有機污染土壤修復的生物碳吸附劑工藝顯得十分重要。

目前關于生物碳制備工藝缺乏統一的標準，某些現行方法涉及繁瑣的程序，增加了生產成本，對于污染物的修復也缺乏針對性，一定程度上也會影響修復效率。更重要的是，不合理的生物碳制備工藝缺乏對生物碳產率的關注，在消耗大量能源的同時，會排放出大量的溫室氣體。另一方面，高溫碳化得到的生物碳含有大量的溶解性有機碳。這些溶解性有機碳在一定程度上會與污染物競爭吸附位點、發生絡合反應而降低生物質碳對污染物的吸附、鈍化能力。到目前為止，生物碳中溶解性有機碳的環境風險還沒有受到應有的重視。

我國農業廢棄生物質資源十分豐富，大量以作物秸稈為主的生物質作為家庭能源來源能效較低，也不利于溫室氣體和大氣環境質量的控制。通過集約化科學處理，把廢棄物轉化為生物質碳可以減少溫室氣體的排放，增加固碳量，同時可以作為經濟高效的污染修復鈍化劑。通過本生產工藝所制備的生物碳吸附劑具有相對較高的芳香基官能團，以及較大的比表面積，同時去除了生物碳生產過程中所產生的溶解性有機碳，使得對有機污染物的吸附、鈍化能力顯著提高，從而顯著降低有機污染物在環境介質中的有效含量，適合各種非離子有機污染水體及土壤的修復處理。

發明內容

本發明的目的提供一種用于有機污染修復的生物碳吸附劑制備方法，以提高生物碳修復污染水體、土壤等環境介質的效率。

為實現上述目的，本發明提供的用于有機污染修復的生物碳吸附劑的制備方法，包括以下步驟：

1)將廢棄生物質風干后粉碎；

2)將生物質顆粒通氮氣條件下，升溫至420-580℃使生物質碳化，得到用于有機污染修復的生物碳。

所述的制備方法，其中，廢棄生物質為玉米、小麥、水稻、秸稈、蔗渣及鋸末中的一種或幾種。

所述的制備方法，其中，廢棄生物質的粉碎粒度小于5mm。

所述的制備方法，其中，通氮速率為每分鐘0.2-4倍反應器體積。

所述的制備方法，其中，升溫速率低于20℃/分鐘。

所述的制備方法，其中，碳化時間為0.5-8小時。

所述的制備方法，其中，生物碳在使用前分別以去離子水以1:10-1:100固液比洗滌處理2-4次，每次2-3小時，處理后的固體，經風干或低溫烘干即得到生物碳吸附材料。

所述的制備方法，其中，有機污染物為多環芳烴、芳香基硝基類化合物和多氯聯苯。

本發明提出的生物碳制備方法，在最大程度上滿足節能、降低制備過程中溫室氣體的排放、提高生物碳產率。

本發明制備方的生物碳吸附劑富含芳香基碳和較大比表面積，對非離子型有機污染物具有較強的吸附、鈍化能力。因此，通過該方法利用廢棄生物質制備的生物碳，可以用于水體中持久性有機污染物的吸附處理、有機污染土壤的鈍化修復工作。有機污染物主要包括多環芳烴、芳香硝基化合物、多氯聯苯等非離子有機化合物。

具體實施方式

本發明是利用農業廢棄生物質，提供調節控制碳化條件，實現制備具有富含特征官能團的生物碳的方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

1)將廢棄生物質(玉米、小麥、水稻、秸稈，蔗渣及鋸末等)，風干后簡單粉碎，得到小于5mm顆粒生物質；

2)將生物質顆粒置于反應器，將生物質顆粒置于反應器，在以每分鐘0.2-4倍反應器體積氮氣速率通氮氣條件下，升溫至420-580℃并保持0.5-8小時(升溫速率低于20℃/分鐘)，使生物質充分碳化，得到富含芳香基生物碳；