一种改性生物炭及其修复土壤重金属污染的方法与流程

1.本发明涉及一种生物炭，尤其是一种改性生物炭及其修复土壤重金属污染的方法。


背景技术：

2.生物炭(biochar)也称生物质炭，是指生物质在缺氧或无氧条件下热裂解得到的一类含炭的、稳定的、高度芳香化的固态物质。
3.生物炭的原材料价格低廉、来源广泛，其常用的原材料多为有机质废弃物，可分为农畜废弃物、工业及生活垃圾三类。农畜废弃物有秸秤、家禽家畜粪便、绿化垃圾、木屑树皮、葡萄籽、果壳、米糠、甘蔗渣等；工业废弃物有络蛋白、污泥、造纸厂纸浆、皮革废料等；生活垃圾有餐厨垃圾、食品包装废弃物等。生物炭具有高度芳香化的结构，含有大量酚羟基、羧基和羰基，这些基本性质使生物炭具备了良好的吸附特性及稳定性；生物炭的施用，降低了土壤重金属的生物有效性，使其固定在土壤中，对重金属污染严重的土壤进行了改良。生物炭对重金属的吸附主要依靠比面积和孔容积，但是现有的生物炭的比面积和孔容积较小，导致对重金属的吸附能力有限，对土壤的修复效果不佳。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供一种具有更大的比面积、孔容积、更丰富的含氧官能团以及更强的污染物吸附能力的一种改性生物炭，具体技术方案为：
5.一种改性生物炭，由如下方法制备得到：
6.s1、将玉米秸秆风干；
7.s2、对玉米秸秆进行粉碎得到秸秆粉；
8.s3、对秸秆粉加水搅拌，使秸秆粉的含水率在20～30％；
9.s4、将秸秆粉送入炭化炉中，关闭炭化炉；
10.s5、通入二氧化碳气体，将炭化炉中的空气排净；
11.s6、将温度升至100℃，并保温15～30min；
12.s7、将温度升到碳化温度，碳化温度为680～750℃，碳化时间1～2h，得到改性生物炭；
13.s8、碳化结束后冷却至室温；
14.s9、将改性生物炭加热到球磨机中研磨，得到粒径在10～20nm改性生物碳粉。
15.控制含水量能够控制碳化效果。
16.通入二氧化碳气体用于提供惰性氛围，同时在高温下二氧化碳能与炭骨架反应，增强活性炭表面的孔隙结构。
17.是因为球磨可以增加生物炭的内外表面积，并暴露其石墨结构和含氧官能团。
18.优选的，所述步骤s6中升温速率为5～10℃/min。
19.优选的，所述步骤s7中升温速率为10～20℃/min。
20.其中，所述步骤s2中将秸秆粉过0.8～1cm的筛网。
21.优选的，所述步骤s8中冷却时通入二氧化碳气体，当温度降至600℃以下，停止供气。
22.停止加热后并持续通入二氧化碳，防止温度过高时氧气进入炭化炉中将产物氧化。
23.一种改性生物炭修复土壤重金属污染的方法，包括以下步骤：
24.将改性生物碳粉添加到地膜中，地膜中粉体的含量不低于20％；
25.将地膜铺设着土壤的顶部，或将地膜埋在土壤的下方，地膜的使用时间不少于三个月，且必须经过雨水；
26.地膜达到设定的使用要求后回收地膜；
27.对地膜高温焚烧，得到含有重金属的残留物；
28.对残留物进行无害处理。
29.通过地膜对铜离子和其他重金属离子进行吸附，吸附后的地膜可回收处理，解决了现有技术中采用生物炭吸附重金属后无法回收的问题，能够将重金属从土壤中迁移出来，实现永久性的恢复。
30.雨水能够加快重金属离子的吸附。
31.优选的，所述地膜埋在土壤的下方时，将地表上方4～8cm处土壤翻耕后填埋在地膜的上方，并且地膜上开始若干个通气孔，植物穿过地膜生长。
32.地膜埋太深工作量大，太浅不容易吸附铜离子。
33.一种改性生物炭修复土壤重金属污染的方法，将改性生物碳粉添加到土壤中，并且每亩土地添加量为30～50kg。
34.与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
35.本发明提供的一种改性生物炭具有更大的比面积、孔容积、更丰富的含氧官能团以及更强的污染物吸附能力。
具体实施方式
36.现结合实施例对本发明作进一步说明。
37.实施例一
38.一种改性生物炭，由如下方法制备得到：
39.s1、将玉米秸秆风干；
40.s2、对玉米秸秆进行粉碎得到秸秆粉，秸秆粉过0.8cm的筛网；
41.s3、对秸秆粉加水搅拌，使秸秆粉的含水率在20％；
42.s4、将秸秆粉送入炭化炉中，关闭炭化炉；
43.s5、通入二氧化碳气体，将炭化炉中的空气排净；
44.s6、升温速率为5℃/min，将温度升至100℃，并保温15min；
45.s7、将温度升到碳化温度，升温速率为10℃/min，碳化温度为680℃，碳化时间2h，得到改性生物炭；
46.s8、碳化结束后冷却至室温，冷却时通入二氧化碳气体，当温度降至600℃以下，停止供气；
47.s9、将改性生物炭加热到球磨机中研磨，得到粒径在10～20nm改性生物碳粉。
48.实施例二
49.一种改性生物炭，由如下方法制备得到：
50.s1、将玉米秸秆风干；
51.s2、对玉米秸秆进行粉碎得到秸秆粉，秸秆粉过1cm的筛网；
52.s3、对秸秆粉加水搅拌，使秸秆粉的含水率在25％；
53.s4、将秸秆粉送入炭化炉中，关闭炭化炉；
54.s5、通入二氧化碳气体，将炭化炉中的空气排净；
55.s6、升温速率为8℃/min，将温度升至100℃，并保温25min；
56.s7、将温度升到碳化温度，升温速率为20℃/min，碳化温度为700℃，碳化时间1.5h，得到改性生物炭；
57.s8、碳化结束后冷却至室温，冷却时通入二氧化碳气体，当温度降至600℃以下，停止供气；
58.s9、将改性生物炭加热到球磨机中研磨，得到粒径在10～20nm改性生物碳粉。
59.实施例三
60.一种改性生物炭，由如下方法制备得到：
61.s1、将玉米秸秆风干；
62.s2、对玉米秸秆进行粉碎得到秸秆粉，秸秆粉过1cm的筛网；
63.s3、对秸秆粉加水搅拌，使秸秆粉的含水率在30％；
64.s4、将秸秆粉送入炭化炉中，关闭炭化炉；
65.s5、通入二氧化碳气体，将炭化炉中的空气排净；
66.s6、升温速率为10℃/min，将温度升至100℃，并保温30min；
67.s7、将温度升到碳化温度，升温速率为20℃/min，碳化温度为750℃，碳化时间1h，得到改性生物炭；
68.s8、碳化结束后冷却至室温，冷却时通入二氧化碳气体，当温度降至600℃以下，停止供气；
69.s9、将改性生物炭加热到球磨机中研磨，得到粒径在10～20nm改性生物碳粉。
70.纳米级的改性生物炭能增大大生物炭的比表面积和含氧官能团等来提高其对cu 的吸附性能，比表面积能够达到245m2/g。
71.研磨使生物炭原来的孔隙结构被破坏，但是深度研磨又会暴露出来一些原生物炭内部的孔隙，增加了点位的异质性，提高了其吸附能力。
72.实施例四
73.一种改性生物炭修复土壤重金属污染的方法，包括以下步骤：
74.将改性生物碳粉添加到地膜中，地膜中粉体的含量不低于20％；
75.将地膜铺设着土壤的顶部，或将地膜埋在土壤的下方，地膜的使用时间不少于三个月，且必须经过雨水；
76.地膜达到设定的使用要求后回收地膜；
77.对地膜高温焚烧，得到含有重金属的残留物；
78.对残留物进行无害处理。
79.地膜埋在土壤的下方时，将地表上方4～8cm处土壤翻耕后填埋在地膜的上方，并且地膜上开始若干个通气孔，植物穿过地膜生长。
80.铜主要分布在土壤0～4cm处，添加改性生物炭的地膜能显著增加土壤对铜的吸附积累﹐降低土壤中有效态铜占比。
81.通过地膜对铜离子和其他重金属离子进行吸附，吸附后的地膜可回收处理，解决了现有技术中采用生物炭吸附重金属后无法回收的问题，能够将重金属从土壤中迁移出来，实现永久性的恢复。
82.雨水能够加快重金属离子的吸附。
83.通常在完成一季农作物后对地膜进行回收处理，经过几次处理后就可以将重金属含量降低至正常水平，实现永久修复。
84.通过对经过一次地膜处理的土壤检测：
85.对铜离子的吸附效率达到20.3％，对汞离子的吸附效率达到33.6％。
86.通过对经过二次地膜处理的土壤检测：
87.对铜离子的吸附效率达到52.4％，对汞离子的吸附效率达到65.2％。
88.通过对经过三次地膜处理的土壤检测：
89.对铜离子的吸附效率达到65.8％，对汞离子的吸附效率达到77.9％。
90.通过对经过四次地膜处理的土壤检测：
91.对铜离子的吸附效率达到87.6％，对汞离子的吸附效率达到92.4％。
92.实施例五
93.将改性生物碳粉添加到土壤中，并且每亩土地添加量为30～50kg。
94.直接将生物炭添加到土壤中进行重金属吸附，减少植物的重金属含量，但是重金属仍然留在土壤中。