[發明專利]一種富鋅生物炭及其制備方法和在重金屬污染土壤鈍化修復方面的應用

有效

• 申請號: 202011336676.X
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112457853B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 劉珂珂;董學亮;余學軍;肖進彬;張祥
• 申請（專利權）人: 河南省科學院高新技術研究中心
• 主分類號: C09K17/02
• 分類號: C09K17/02;B09C1/08;C09K101/00
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 楊海霞

本發明涉及一種富鋅生物炭的制備方法，包括1）預處理：將糠醛渣、氧化鋅和水混勻，然后在20~50℃溫度下密封存放120~240 h；2）炭化：在氮氣氣氛條件下，將步驟1）所得產物升溫至250~450℃炭化1~3h；3）活化：升溫至500~700℃，在10~60 mL/min的二氧化碳氣體流速下活化0.5~2 h，然后冷卻，即得。本發明實現了糠醛渣的減量化、無害化處置，減少環境排放和污染；本發明所得到的生物炭能有效固定重金屬污染物，對重金屬污染農田有良好的修復效果，是一種理想的低成本土壤重金屬污染鈍化修復劑。

技術領域

本發明屬于廢棄生物質資源化利用和重金屬污染土壤修復技術領域，具體涉及一種富鋅生物炭及其制備方法和在重金屬污染土壤鈍化修復方面的應用。

背景技術

生物炭是農林廢棄生物質在高溫缺氧條件下熱解形成的一類多孔性富碳物質。生物炭可利用其高比表面積、陽離子交換量（Cation Exchange Capacity, CEC）、有機碳含量和活性含氧官能團等特性，通過物理吸附、靜電吸附、離子交換、絡合、沉淀和氧化還原等作用直接吸附重金屬離子。同時，生物炭特殊組分可通過影響土壤性質（如pH、CEC、有機碳、礦物組成等）間接影響土壤中重金屬有效態或作物對重金屬的累積。多數試驗表明生物炭的施用會使活性態重金屬含量下降。但是，生物炭制備過程中，不同生物質來源和熱解溫度等，都將造成生物炭比表面積、pH值、灰分、CEC等特性的差異，從而影響生物炭固定重金屬的能力。

糠醛渣是生物質水解制備糠醛工業化生產過程產生的廢棄物，呈酸性、含水率高。截止目前，中國糠醛渣排放量為600萬噸/年左右，并呈逐年增長的趨勢?？啡┰膫鹘y處理方法為將糠醛渣與煤混合用于鍋爐燃燒，由于糠醛渣中含有2%左右的硫酸，此法在燃燒過程中會產生大量的硫化物，對環境造成嚴重的二次污染。對于糠醛渣的處理應該在減量化和無害化的同時，更加注重其資源化利用。糠醛的生產只利用了植物纖維原料中的多聚戊糖，糠醛渣中仍含有大量的纖維素、木質素，含量分別可達到39.8%和28.1%，含碳量接近50%，具有豐富的表面含氧官能團結構，是生產優質生物炭的良好原料。目前，尚未有利用糠醛渣制取生物炭并將其用于農田土壤修復改良的相關報道。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術缺陷，提供一種利用氧化鋅預處理糠醛渣而獲得的富鋅生物炭，該富鋅生物炭是一種質優價廉且具有普適性的新型土壤鈍化修復材料，可以高效固定重金屬污染物，實現以廢治廢的目的和糠醛渣的高品質應用，為糠醛渣的資源化利用提供了一種綠色、清潔、高附加值的策略。

本發明還提供了一種工藝簡單的上述富鋅生物炭的制備方法，以及該富鋅生物炭在重金屬污染土壤鈍化修復方面的應用。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種富鋅生物炭的制備方法，其以糠醛渣為碳源，經過氧化鋅預處理、炭化、二氧化碳氣體熱解活化制得，具體包括如下步驟：

1）預處理：將糠醛渣、氧化鋅和水混勻，然后在20~50℃溫度下密封存放120~240h；

2）炭化：在氮氣氣氛條件下，將步驟1）所得產物升溫至250~450℃炭化1~3h；

3）活化：升溫至500~700℃，在10~60 mL/min的二氧化碳氣體流速下活化0.5~2 h，然后快速冷卻，即得。

具體的，步驟1）中，糠醛渣、氧化鋅和水按30~50：0.25~1.5：50~75的重量比混合攪拌均勻即可。進一步優選，糠醛渣、氧化鋅和水的重量比為30：0.85：70。

進一步優選的，步驟1）中，在35℃溫度下密封存放180 h。

進一步優選的，步驟2）中，以5~20℃/min的升溫速率（炭化爐升溫速率優選10℃/min）升溫至400℃炭化2h。