[發明專利]一種超富集植物資源化利用的方法

在審

• 申請號: 202010199969.1
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111394115A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 蘇偉;馬鴻志;劉萍;林海;蔡長青;歷新燕
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C10G1/08
• 分類號: C10G1/08;C10B53/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種超富集植物資源化利用的方法，屬于重金屬污染治理及超富集植物處理技術領域。該方法首先對超富集植物預處理補水加入超臨界釜中，并加入1?5wt％堿性催化劑，開始反應前Ar或N₂吹掃反應系統保持釜內惰性環境，將反應物料加熱至超臨界狀態，反應完成后獲得高附加值富氫氣體、粗生物油及生物炭。超過99.1％的重金屬積累到生物炭中并主要以穩定形態存在，可降低重金屬的環境風險，生物炭經過進一步處理后可用于吸附水溶液中重金屬，本發明對于超富集植物減量化效果顯著，可同時實現超富集植物的“無害化”和“資源化”。本發明解決了超富集植物后續處置問題，為植物修復技術的工程化應用提供了保障。

技術領域

本發明涉及重金屬污染治理及超富集植物處理技術領域，特別是指一種超富集植物資源化利用的方法。

背景技術

土壤重金屬污染具有隱蔽性、不可逆性、長期性和難治理性等特點。我國土壤資源有限，土壤污染造成可利用的土壤資源的嚴重浪費，嚴重影響我國經濟的可持續發展。與傳統的修復技術相比，植物修復技術由于其原位治理土壤、修復后的土壤可再利用、治理成本低廉、管理操作簡易、環境美學兼容等特點，在重金屬污染治理中具有不可替代的優勢，符合可持續發展的要求，具有廣闊的應用前景。植物修復過程中產生的大量的超富集植物中含有高濃度重金屬，若不及時處置，又將成為二次污染源。因此，含高濃度重金屬的超富集植物的后續處理對于避免重金屬二次污染及植物修復技術的工程化應用具有重要意義。

超富集植物的處理技術主要包括焚燒、熱解、堆肥、壓縮填埋及超臨界水技術等。焚燒可有效實現超富集植物的減量化，產生的熱能可用于供電；但焚燒過程中有機物分解，重金屬主要以氧化物的形式被釋放，飛灰中重金屬含量通常超標，易造成大氣污染，仍需尋找適合的方法進行后續處理，且設備及運行費用高昂。熱解能夠顯著減少超富集植物的生物量，并產生高附加值產物，如裂解氣、生物油可作為燃料使用；但生物質需預先進行干燥，含水率限值為30％，且熱解過程需要較高溫度，導致重金屬揮發，因此需要先進的煙氣凈化系統，增加投資運行成本。堆肥處理周期長，且需要后續處理，檢測和運行費用昂貴，通常被看作預處理技術。壓縮填埋產生的殘余植物生物質和滲濾液仍需作為廢棄物處置，易造成二次污染。水在超臨界狀態(374℃，22.1MPa)下，具有低密度、低粘度、高擴散系數等特點，由極性變為強極性溶解介質，可溶解氣體和有機化合物，大大減少生物質質量。處理過程中，超臨界水作為反應介質、反應物和催化劑，因此無需進行干燥處理，減少能耗。超臨界水技術通過超臨界水氣化或液化過程，將生物質轉化為氣體(CO、CO₂、CH₄、H₂等)和液體(用作液體燃料或化學品)的高附加值產品。

修復后的超富集植物既含有高濃度重金屬，又是一種生物質資源。超臨界水氣化處理超富集植物可產生氫氣；在超臨界狀態下重金屬先釋放到溶液中，然后與氧化物、含氧官能團、有機配體及礦物成分結合富集到生物炭上，轉化成穩定的殘渣態，降低環境風險。生物炭進一步處理后用作吸附劑，吸附水溶液中的重金屬。由于超臨界水處理后，重金屬主要遷移到生物炭中，液相中重金屬濃度很低，產生的粗生物油可進行收集，水相收集循環利用。

堿性催化劑一方面可促進水煤氣轉換反應，增加氫氣產率，同時由于生物炭上的氧化物和有機物具有一定數量的可變電荷，隨著體系pH值的升高，生物炭表面的負電荷增強，從而使生物炭對金屬陽離子的吸附力增強；且pH增加，金屬陽離子在氧化物表面的專性吸附增加，這促進了生物炭對重金屬的吸附及重金屬向生物炭表面的遷移積累。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種超富集植物資源化利用的方法，該方法很大程度上實現超富集植物減量化，且處理過程中無需對超富集植物進行干燥預處理，從而實現超富集植物的無害化處理和資源化利用。

該方法首先對超富集植物預處理補水加入超臨界釜中，并加入催化劑，開始反應前吹掃反應系統保持釜內惰性環境，將反應物料加熱至超臨界狀態，反應完成后獲得高附加值富氫氣體、粗生物油及生物炭，生物炭經過進一步處理后可用于吸附水溶液中重金屬。