[發明專利]一種水熱法鑭改性人工濕地生物炭基質及其制備方法

有效

• 申請號: 202010856690.6
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN112194244B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 胡振;尚振欣;王玉茹;張建;梁爽
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C02F3/28
• 分類號: C02F3/28;C02F1/28;B01J20/20;B01J20/30;C02F101/10
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

本公開提出了一種水熱法鑭改性人工濕地生物炭基質及制備方法，包括以下步驟：將濕地植物的秸稈晾干，洗凈，烘干，切碎，置于水熱反應釜中，加入氨水和氯化鑭的混合水溶液；將水熱反應釜在限氧環境中進行水熱炭化處理；水熱炭化處理反應結束后，過濾分離沉淀物，用去離子水洗滌，烘干至恒重，即得水熱法鑭改性人工濕地生物炭，作為人工濕地基質使用。

技術領域

本公開屬于污水處理以及廢棄植物資源化技術領域，尤其涉及一種水熱法鑭改性人工濕地生物炭基質及其制備方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

水體富營養化問題呈現出越來越普遍和加劇的狀態，所謂富營養化，是指湖泊、河流、水庫等水體中氮、磷等植物營養物質含量過多所引起的水質污染現象。作為富營養化水體的限制性營養元素，磷的去除一直是需要研究的重點問題。磷的富營養化濃度(＞0.01～0.02ppm)遠低于污水排放的標準濃度(＜0.1mg/L)，因此，對污水中的磷進行深度凈化是非常有必要的。

人工濕地是一種常用的污水深度處理技術，它可以通過水生植物、基質和微生物的共同作用來完成對磷的去除。研究證明，人工濕地中70％以上的磷是通過基質的吸附作用去除的。因此，高效除磷濕地基質的研發是強化人工濕地除磷的關鍵。

生物炭作為一種常見的吸附劑，具有表面官能團豐富、比表面積較大、吸附性能好、性質穩定、再生性好等優點。以生物炭作為濕地改良基質具有非常好的應用前景。生物炭除了可以捕捉和固定氮、磷等植物必需營養物質,促進植物的生長,還能為微生物提供足夠的附著點和反硝化碳源。濕地植物是制備生物炭的良好原料，一方面，濕地植物含有豐富的生物質，其中高含量的纖維素和半纖維素有助于生物炭的形成，另一方面，廢棄的濕地植物的資源化利用目前仍存在限制，冬季枯萎的濕地植物容易堵塞人工濕地，影響濕地的維護和運行。因此，以濕地植物為原料制備生物炭并回填至人工濕地，不僅可以獲得優秀的人工濕地基質，而且可以實現人工濕地廢棄植物的資源化利用。但生物炭表面的官能團主要帶負電荷，對磷酸根的親和力較差，直接使用對磷的專性吸附能力有限。

發明人在研究中發現，廉價的稀土金屬鑭可以通過內層絡合，化學沉淀，靜電吸引等方式與磷酸根結合，形成穩定的絡合物，從而實現水中磷酸鹽的去除。已有研究證實，將鑭負載到生物炭上，可以顯著增強生物炭的高效除磷能力。但是現有的鑭負載方式容易出現結合不牢固，負載不均勻等問題，且操作步驟多，無法一步合成。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本公開提供了一種水熱法鑭改性生物炭基質及其制備方法，通過一步合成水熱法將鑭以水和氧化物的形式負載到以濕地植物為原料的生物炭上，得到了可以高效率專性吸附磷的人工濕地生物炭基質，而且該基質可以為微生物的反硝化過程提供緩釋碳源。

為實現上述目的，本公開的一個或多個實施例提供了如下技術方案：

第一方面，公開了一種水熱法鑭改性人工濕地生物炭基質的制備方法，包括以下步驟：

將濕地植物的秸稈晾干，洗凈，烘干，切碎，置于水熱反應釜中，加入氨水和鑭(七水合氯化鑭)的混合水溶液；

在一定溫度下，將混合物在水熱反應釜的限氧環境中進行一定時間的水熱炭化反應；

水熱炭化反應結束后，過濾分離沉淀物，用去離子水洗滌后，烘干至恒重，即得水熱法鑭改性生物炭，簡稱水熱鑭生物炭，作為人工濕地的基質使用。

進一步的技術方案，所述濕地植物秸稈與鑭元素的質量比是1:0.05-0.1，與氨水的質量比是1:0.3-1，與純水的質量比是1:10-20。氨水不僅為生物炭增加了表面含氮官能團，且提供了堿性環境，讓鑭以水合氧化態與生物炭緊密絡合。

進一步的技術方案，所述將水熱反應釜在限氧環境中進行水熱炭化處理，反應溫度為200-300℃，反應時間為10-20小時。