[發(fā)明專利]一種氧化鐵改性的巨菌草生物炭的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711315642.0
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN108126655A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳志良;尹光彩;姬朋朋;黃玲;蘇耀明;張建強(qiáng);于曉巍;桑燕鴻;全鼎余
• 申請（專利權(quán)）人: 環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B09C1/00;C10B53/02
• 代理公司: 北京知本村知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 11039
• 代理人: 劉江良

本發(fā)明涉及土壤污染治理領(lǐng)域，具體涉及氧化鐵改性的巨菌草生物炭的制備方法。利用巨菌草生物量大的特點制備生物炭，同時通過氧化鐵改性生成負(fù)載鐵的生物炭，強(qiáng)化生物炭的吸附及離子交換能力。本發(fā)明的改性生物炭對重金屬的吸附性能大大提高，且制備方法簡易，能夠提高生物質(zhì)資源利用效率，解決了農(nóng)林生物質(zhì)廢棄物難于降解、再利用的難題，具有極其深遠(yuǎn)的社會意義和經(jīng)濟(jì)價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及土壤污染治理領(lǐng)域，具體涉及綠色改性生物炭材料、其制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

生物炭結(jié)構(gòu)高度穩(wěn)定，在環(huán)境中可以長期穩(wěn)定存在。生物炭是碳素循環(huán)的重要組成部分，具有碳庫的功能，與其他形式的有機(jī)物質(zhì)相比，生物炭具有超強(qiáng)的固持養(yǎng)分的功能，是目前倍受到關(guān)注的新型環(huán)境材料。生物質(zhì)炭的來源十分廣泛，工農(nóng)業(yè)廢棄物、畜禽糞便、污泥都是生物炭的原料，對這些物質(zhì)進(jìn)行資源化的利用不僅可以降低對環(huán)境的危害，還具有豐富的正生態(tài)效應(yīng)。

生物質(zhì)炭一般呈堿性且富含多種養(yǎng)分元素，可以結(jié)合養(yǎng)分離子，降低土壤酸度，吸附有毒金屬離子，改善土壤結(jié)構(gòu)，尤其在低肥力的土壤中，生物質(zhì)炭可以在土壤肥力和生產(chǎn)力上起到積極作用。生物炭表面的官能團(tuán)和堿性基團(tuán)可通過影響土壤化學(xué)性質(zhì)從而對土壤進(jìn)行修復(fù)和改良，由于緩沖功能的存在，對各種類型的土壤，均有較好的修復(fù)效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種在無氧通氮裂解條件下獲得負(fù)氧化鐵的巨菌草生物炭的方法，旨在提高生物炭在穩(wěn)定土壤重金屬方面的應(yīng)用。本發(fā)明充分利用巨菌草生物量大的特點制備生物炭，同時通過氧化鐵改性生成負(fù)載鐵的生物炭，強(qiáng)化生物炭的吸附及離子交換能力，從而達(dá)到穩(wěn)定土壤中重金屬離子的目的。

本發(fā)明提供一種氧化鐵改性的巨菌草生物炭的制備方法，包括如下步驟：

步驟1.生物炭制備：采取厭氧慢速熱解的方法制備生物質(zhì)炭，具體制備過程如下：將巨菌草(Pennisetum sp.)原材料放入熱解舟中，推入真空管式爐，預(yù)先通入惰性保護(hù)器N₂(流量300ml/min)10min排凈管式爐內(nèi)的空氣，選用兩種方法處理，其中方法1：以10℃/min的速度升溫至200℃，保持1h，再以10℃/min的速度升至350℃，保持4h，制得生物炭記為OC350(origin carbon at 350℃)；方法2：以10℃/min的速度升溫至200℃，保持1h，再以10℃/min的速度升至700℃保持4h，制得生物炭記為OC700(origin carbon at 700℃)；

步驟2.生物炭的處理：分別取上述制得生物炭研磨，過40目篩，然后進(jìn)行三種處理：1.不做任何處理，記為OC350、OC700；2.用去離子水反復(fù)洗滌生物炭，直到洗出液澄清為止，將混合物過濾烘干至恒重，所得產(chǎn)物記為WC350、WC700(washedcarbon at 350℃、washed carbon at 700℃)；3.用去離子水反復(fù)洗滌生物炭，直到洗出液澄清為主。然后以質(zhì)量：體積＝1:10，將洗出生物炭放入4mol/l的HNO3中，于80℃保持2h，反復(fù)洗去酸并用氨水調(diào)節(jié)其酸堿度直到中性偏堿為止，將混合物過濾烘干至恒重所得產(chǎn)物分別記為MC350、MC700(modified carbon at 350℃、modified carbon at 700℃)；

步驟3.生物炭復(fù)配：生物炭的作用機(jī)理主要為物理性的空穴吸附和官能團(tuán)化學(xué)吸附作用，氧化鐵主要以化學(xué)吸附過程為主，將兩者進(jìn)行復(fù)配來以得到新類型材料的性能同時降低成本很有必要，取步驟2的生物炭與氧化鐵粉末混合攪拌5－12h，然后靜置過濾，取濾渣在70－90℃烘干至恒重即得，優(yōu)選生物炭與氧化鐵粉末重量比為1：0.5-1：3。

進(jìn)一步地，選擇質(zhì)量比為1:1做實驗復(fù)配比例：