[發明專利]一種改性生物炭的制備方法及改性生物炭

有效

• 申請號: 202110522077.5
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113145076B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 蘭宇;黃玉威;楊萍;孟軍;陳溫福;韓曉日
• 申請（專利權）人: 沈陽農業大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;B01J20/32;C09K17/02;B09C1/00
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理有限公司 11562
• 代理人: 張雪

本發明公開了一種改性生物炭的制備方法及改性生物炭，涉及生物炭的制備技術領域，包括以下步驟：對農作物秸稈進行預處理；將預處理之后的農作物秸稈粉浸漬于氧化鐵懸液中，加熱、攪拌進行振蕩處理，烘干；將上述物質熱解得到所述改性生物炭。本發明得到的改性生物炭具有較大的比表面積，對陰離子具有較好的吸附能力。

技術領域

本發明涉及生物炭的制備技術領域，特別是涉及一種改性生物炭的制備方法及改性生物炭。

背景技術

生物炭由于其獨特的性質和潛在的價值而被人們逐漸認識并應用，科學界將其稱為“黑色黃金”。生物炭又稱生物質炭，是指廢棄生物質如農作物廢棄物、城市垃圾以及動物糞便等在缺氧或微氧條件下，高溫熱解制備的一類富含碳素的高度芳香化固體產物，廣義上來說屬于黑炭的一種，因其具有來源廣、比表面積大、孔隙發達等特點被廣泛應用于農業、環境、養殖及能源等方面。盡管生物炭具有很多優點，但仍存在不足之處，如生物炭制備過程中，由于原材料本身特點及熱解過程中所產生的一些副產物，導致傳統高溫熱解所得到的生物炭的比表面積較小，孔隙結構及表面官能團的數目和種類較少，且由于生物炭表面主要是帶有負電荷的官能團，對陰離子的吸附效果較差。

另外，將生物炭添加至土壤中可減少全球碳循環過程中CO₂向大氣排放，由于具有獨特的理化性質，生物炭施入農田還能發揮額外的農業和環境效益，例如改善土壤結構、提高土壤肥力、促進作物增產、修復土壤污染等。在生物炭的各方面特性中，穩定性是決定其農業和環境效益能否長久的關鍵基礎。如何提高生物炭的穩定性對其發揮緩解全球氣候變化、實現固碳減排、提高農業環境效益等功能具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種比表面積較大、對陰離子具有較好吸附效果的改性生物炭及制備方法，以解決上述問題。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種改性生物炭的制備方法，包括以下步驟：

(1)對農作物秸稈進行預處理；

(2)將預處理之后的農作物秸稈粉浸漬于氧化鐵懸液中，加熱、攪拌進行振蕩處理，烘干；

(3)將步驟(2)得到的物質熱解得到所述改性生物炭。

進一步地，步驟(1)所述預處理過程為將農作物秸稈粉碎至5-8cm，在100-120℃烘干，粉碎過篩得到農作物秸稈粉，將所述農作物秸稈粉按固液比(10-30)g：1L浸入堿液中，充分攪拌20-30h，然后用去離子水洗滌至pH穩定；隨后浸入酸液中，充分攪拌20-30h，烘干，備用。預處理過程中優選將農作物秸稈粉碎后過100目篩，粒徑過小，會影響最終制備的生物炭的比表面積；粒徑過大，改性過程不完全，影響生物炭的穩定性和對陰離子的吸附性能。

進一步地，所述堿液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液、氨水、碳酸鈉溶液或氫氧化鈣溶液中的一種；所述酸液為硝酸、鹽酸、磷酸或碳酸中的一種。優選堿液為濃度為0.03-0.05mol/L的氫氧化鈉溶液，酸液為濃度為0.03-0.05mol/L的HCl溶液。

進一步地，步驟(2)預處理之后的農作物秸稈粉與所述氧化鐵懸液的料液比為(1-3)g：(25-30)mL。氧化鐵懸液的制備過程為：稱取Fe₂O₃粉末16mg，置于50mL容量瓶中，加去離子水1mL，使粉末濕潤，再加入CMC溶液至刻度，在超高速氣流粉體磨中混合研磨，超聲使其分散均勻。

進一步地，步驟(2)中加熱溫度為25-40℃，轉速為200-300rpm，振蕩時間為20-30h。