[發明專利]基于玉米秸稈的生物碳農藥吸附材料的制備和使用方法

有效

• 申請號: 201610061848.4
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105498692B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 張桂香;劉希濤;孫可;趙燁;何秋生
• 申請（專利權）人: 太原科技大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司14101
• 代理人: 李富元

技術領域

本發明涉及農藥殘留物去除領域，具體是一種基于玉米秸稈的生物碳農藥吸附材料的制備和使用方法。

背景技術

農藥對世界范圍內的現代化糧食生產和農業發展做出了極大的貢獻。據估計，全球利用農藥防治農業病、蟲、草害挽回的糧食損失占糧食總產量的30 %。我國能夠以占世界7 %的耕地養活占世界22 %的人口，其中農藥起到了極為重要的作用。國家統計局數據顯示，我國農藥產量逐年增加，2014年農藥原藥產量已達374.4萬噸，其中除草劑所占比例最大，占48.2 %。近5年全國農藥使用量都在31萬噸左右，制劑100多萬噸，我國農藥用量已高出世界水平5倍。值得關注的是，噴灑的農藥有效利用率僅10 %左右，約有90 %的農藥殘留在環境中。部分未被利用的農藥通過降水、地表徑流或農業灌溉水沖淋而匯集到河流、湖泊和水庫等地表水中。農藥廠的污水排放也會導致地表水的農藥污染。文獻報道，我國70 %以上的河流均受到農藥污染。湖泊和水庫水體相對靜止，受農藥污染更為嚴重。

由于農藥的“三致”（致畸、致癌、致突變）效應、對靶器官的毒性作用、對人和動物的內分泌干擾作用等危害，水體農藥污染對人類飲用水安全以及水生生態系統平衡構成嚴重威脅。因此，水體農藥污染已經引起各國科學家的廣泛關注，與此同時，尋找廉價、高效且環境友好的，適用于飲用水處理的技術也得到了極大的發展。目前主要采用的方法有降解法和吸附法。降解法主要包括化學降解，光降解和生物降解等。但是由于這些降解法受到環境條件的影響很大，降解中間產物甚至會造成水體的二次污染等原因，限制了它們自身的應用前景。由于見效慢的原因，降解法也不適用于高濃度農藥污染水體事件的應急處理。吸附法主要涉及活性碳、黏土礦物和有機黏土礦物等。目前國內外主要采用活性碳吸附，特別是在處理高濃度有機污染水體的應急處理方面，活性碳吸附劑見效快，但是活性碳吸附有機物是表面吸附，吸附位點容易飽和，吸附容量小，并且活性碳制備成本較高，再生利用難度大。天然黏土表面易形成水膜而不能有效吸附疏水性有機污染物，大大限制了黏土礦物在有機污染修復中的應用。用有機物比如表面活性劑或者烷基鏈等與黏土復合得到的有機黏土礦物可以顯著提高其對農藥等有機物的去除效率，但是有機黏土礦物表面的有機物容易脫附，造成水體的二次污染。鑒于此，亟需開發廉價、適應性強、穩定、環境友好，同時又能夠有效去除水體中農藥的新型吸附劑。

生物碳是由生物質在完全或者部分缺氧條件和相對低的溫度（通?！?00℃）下熱解得到的一種富含碳、性質穩定、多孔性的固體吸附材料，是環境中普遍存在的具有強吸附性能的一種黑碳類物質。可用于生產和制備生物碳的生物質原料包括各種農林廢棄物，比如農業秸稈、雜草、木屑和畜禽糞便等，其中農業秸稈是主要原料之一。我國是糧食生產大國，也是農業秸稈生產大國，每年可生產秸稈7億多噸，占全世界秸稈總量的20 %–30 %，其中貢獻最大是水稻、小麥、玉米、薯類和大豆等農作物的秸稈，占我國秸稈總量的89 %。但是，我國農業秸稈利用率低，約80 %左右被廢棄或者焚燒，已經被利用的也是粗放式的低水平利用，既浪費了資源和能源，又造成環境污染，甚至帶來嚴重的社會問題，比如影響人群健康、引發火災、妨礙交通和通訊等公共安全，造成嚴重損失。如何將廢棄農業秸稈變廢為寶已經成為環境和農業科學領域亟待解決的問題之一。

近年來，利用農業廢棄物制備生物碳作為一種新型環境功能材料已經成為環境科學與工程領域的研究熱點。研究表明，生物碳具有類似活性碳的性質，但是，與活性碳不同，生物碳未經過后續的活化處理，而且制備溫度相對較低，因此，生物碳通常未被完全碳化。生物碳同時含有未碳化部分和碳化部分，使得生物碳具有大容量的分配作用和強的表面吸附作用，適用于水體中各種污染物的吸附處理。在利用生物碳處理有機污染水體方面，中國專利CN101234331A公開了“一種生物碳質吸附劑的制備和使用方法”，利用水稻、小麥、玉米、油菜和棉花秸稈以及城鎮生活垃圾中的廢棄生物質于300–400℃和限氧條件下制備生物碳，處理有機廢水中的多環芳烴、芳香硝基類化合物、多氯聯苯和多氯代二苯并二噁英/呋喃類難降解有機污染物，實現了有機廢水的達標排放，更實現了生物碳的重復利用。利用廢棄農業秸稈制成生物碳吸附劑來治理水體污染，實現廢棄秸稈的資源化利用，進而減少因農業廢棄物引起的生態環境和社會問題。但是目前采用農業秸稈制作的生物碳質吸附劑存在質量差，吸附效果差的問題，農業秸稈沒有得到有效利用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：如何提高農業秸稈制作的秸稈碳化物的質量和吸附效果。