[發明專利]一種高效同時吸附土壤無機磷和溶解有機磷的改性生物炭制備方法與應用

在審

• 申請號: 201610385277.X
• 申請日: 2016-06-03
• 公開（公告）號: CN107459025A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 羅專溪;侯杰發;汪艷如;顏昌宙
• 申請（專利權）人: 中國科學院城市環境研究所
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;B01J20/20;B01J20/32;C09K17/04;C09K101/00
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技術領域

本發明涉及一種高效同時吸附土壤無機磷和溶解有機磷的改性生物炭的制備，以及應用于農田磷面源污染的控制，屬于水污染控制領域。

背景技術

近年來，污水處理技術發展迅速，點源污染逐漸得到了有效的控制，而農業面源污染仍是一個棘手的問題，它已經成為了我國水體富營養化的主要污染源。目前，污染物源頭的控制、污染物流失路徑的截斷以及污染地的修復是治理農業面源污染的三大措施。其中，污染物源頭的控制作為最有效的防治措施，不但能夠實現污染物的最小量輸出，而且可以在一定程度上起到控制污染范圍的作用。

農田土壤中磷可以分為無機磷和有機磷兩大類。其中無機磷占土壤全磷的50%~80%；而有機磷占土壤全磷的20%~50%，主要是由肌醇磷酸鹽、磷脂和核酸組成，其中又以植酸（溶解有機磷）占的量最多。農業面源中土壤磷素的流失包括無機磷和溶解有機磷。

生物炭主要以植物殘體、動物糞便等農林廢棄物為原料在完全或部分缺氧條件下熱解制備而成。生物炭具有很強的穩定性和吸附性，具有很好的持留污染物的功用，在污染修復和控制上具有巨大的潛力。常規制備的生物炭由于呈現電負性，不具有陰離子交換能力，因此對土壤中的磷酸鹽和溶解有機磷的吸附效果欠佳，尤以磷酸鹽為甚。不過，生物炭改性技術可以解決這一問題，主要是通過負載金屬陽離子在生物炭上，提高其對陰離子的吸附能力。我國作為一個農業大國，農業廢棄物主要以秸稈及動物糞便為主，年產量巨大，但是有效利用率低，且糞便的長期露天堆積，滲濾液會隨徑流污染地下水。所以我們應將其收集起來作為生物質原料生產改性生物炭。

發明內容

本發明的目的在于提供一種改性生物炭及其制備方法用以控制農田中無機磷和溶解有機磷的流失，緩解農業面源污染的緊張局面。

為實現上述目的，本發明采取以下的技術方案：

1. 一種高效同時吸附土壤無機磷和溶解有機磷的改性生物炭的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）生物質采集和預處理；（2）改性生物炭所用浸漬液的配制；（3）生物質與改性浸漬液按一定比例混合均勻；（4）將生物質和改性浸漬液的混合物置于搖床中震蕩；（5）過濾浸漬后的生物質并于烘箱中烘干；（6）將烘干后的生物質置于馬弗爐中熱解；

2. 所述方法中，所述生物質為采自風干的牦牛糞，然后用破碎機將其破碎至粒徑小于0.5cm后過篩；

3. 所述方法中，所述浸漬液用六水合氯化鎂溶于超純水配制而成，其鎂離子含量為：0.1~2.0mol/L；

4. 所述方法中，所述牦牛糞與浸漬液混合的固液比為1:2~1:8（牦牛糞，g/改性浸漬液，ml）；

5. 所述方法中，所述震蕩使浸漬充分；

6. 所述方法中，所述烘箱溫度在90~100℃，并且烘干至恒重；

7. 所述方法中，所述熱解過程中一直通入氮氣保護以確保無氧或缺氧環境，熱解的升溫速率為慢速（加熱速率為2~10℃/min），最終熱解溫度為600℃，熱解時間為3~4h；

8. 所述方法中，任一所述方法制備得到的改性生物炭；

9. 所述方法中，所述的改性生物炭在控制農田磷面源污染方面的應用；

10. 所述方法中，所述改性生物炭適用于世界范圍內農田磷面源污染的控制；

11. 本發明專利的保護內容不局限于以上說明參數。在不背離發明構思的精神和范圍下，本領域技術人員能夠想到的變化和優點都被包括在本發明中，并且以所附的權利要求書為保護范圍。

本發明的有益效果 ：

（1）本發明將風干的牦牛糞收集起來作為生物質原料，來源廣泛、價格低廉，高效的再利用了牦牛糞；

（2）本發明提供了一種高效同時吸附土壤無機磷和溶解有機磷的改性生物炭的制備方法，通過用含鎂溶液浸漬牦牛糞負載金屬陽離子后熱解的方法燒制改性生物炭，制備工藝簡單可行，適用于工業化生產。土壤中的無機磷和溶解有機磷會與改性生物炭上所負載的鎂發生化學反應而被限制流失，從而控制農田面源污染。

附圖說明

圖1為實施例1制備的改性生物炭的SEM圖；

圖2為實施例1制備的改性生物炭的能量彌散X射線譜圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例進一步描述本發明所述的一種高效同時吸附土壤無機磷和溶解有機磷的改性生物炭的制備及其效果。

實施例1：

1. 改性生物炭的制備：

（1）采集風干的牦牛糞并破碎后過0.5cm直徑孔篩；