一种碳酸钙生物质炭复合材料的制备方法及应用与流程

1.本发明涉及一种碳酸钙生物质炭复合材料的制备方法及应用，采用以废弃桑树杆为主要原料制备碳酸钙生物质炭复合材料及应用于砷污染土壤的修复。


背景技术：

2.如今社会经济发展迅猛，随之而来的环境问题愈发严重。据统计，全球有1.5亿人正面临地方性砷中毒的威胁。中国也是受砷中毒危害最为严重的国家之一。在中国台湾、新疆、内蒙古、山西等省亦出现高砷地下水灌溉导致相当面积农田污染的问题。湖南、湖北、广西、云南等省也由于釆矿和冶炼等原因造成了大面积的土壤中度或重度砷污染。例如湖南常宁县因采矿和冶炼而导致大面积稻田受砷污染，其砷含量为92～840mg/kg。广西南丹大厂超大型锡多金属矿田下游的刁江流域沿岸土壤砷超过土壤环境质量(gb15618
‑
1995)iii级标准36～276倍。
3.众所周知，长期摄入无机砷会对健康产生不良影响。最常见的健康问题是皮肤病。也有报告表明，接触砷与癌症有关，并影响各种内脏器官，如循环系统和神经系统。印度的一项研究表明，在砷污染地区的居民中，咳嗽的患病率很高，摄入砷的水平和咳嗽的流行有显著的关联。砷资源在全球分布不均，土壤中砷的平均值估计为6.83mg/kg。中国是世界上污染最严重的国家之一，数以百万计的人通过土壤和水接触到砷。因此，对污染土壤的修复研究就显得尤为重要。
4.生物炭是生物质在限氧条件下热解制备的碳质材料，具有成本低廉、来源丰富等优点。由于其独特性质(官能团含量丰富、阳离子交换能力强、化学性质稳定等)，常被用于去除土壤和水体中重金属和有机污染物，可降低污染物在土壤中的迁移率，降低生物有效性。
5.碳酸钙(caco3)是自然界中广泛存在的一种矿物质,按来源可分为生物源碳酸钙和矿物源碳酸钙。与矿物源caco3相比,生物源caco3如贝壳、蛋壳等没有经受去有机化作用和高温高压的石化作用,形成周期短,具有环保和可再生特性,近年来在复合材料的应用方面受到广泛关注。


技术实现要素：

6.本发明的目的是在常压下，将过了20目筛的桑树杆粉末与商业矿物源碳酸钙以一定质量比混合均匀后，分别放入马弗炉400～600℃下炭化2～4小时后，用玛瑙研磨钵研磨过100目筛，得碳酸钙生物质炭复合材料。
7.具体步骤为：
8.(1)将桑树杆去皮，先破碎成块状，再用万能粉碎机粉碎成粉末状，过20目筛，置于烘箱中50℃～70℃烘干，得桑树杆粉末。
9.(2)将步骤(1)所得桑树杆粉末与碳酸钙粉末以质量比7:1～3:1的比例混合均匀后放入坩埚中，再将坩埚放入马弗炉中，以5℃/min的速度升温至400～600℃，保持2小时，
然后降温，待温度降至室温取出，研磨，过100目筛，即得碳酸钙生物质炭复合材料。
10.本发明工艺简单，易操作。主要以废弃桑树杆为原料，大大降低生产成本，所得碳酸钙生物质炭复合材料对土壤中的砷具有很好的固定效果，能应用于砷污染土壤的修复。以质量百分比10.0％的添加比例将碳酸钙生物质炭复合材料添加到砷污染土壤(砷含量为603.1mg/kg)中，与未添加碳酸钙生物质炭复合材料的土壤相比，土壤浸出液砷浸出浓度降低了61.8％。
附图说明
11.图1为本发明实施例制备获得的碳酸钙生物质炭复合材料固定土壤中砷的效果图。
12.图2为本发明实施例制备获得的碳酸钙生物质炭复合材料的红外光谱图。
13.图3为本发明实施例制备获得的碳酸钙生物质炭复合材料的xrd图。
14.图4为本发明实施例制备获得的碳酸钙生物质炭复合材料的sem图。
具体实施方式
15.实施例：
16.(1)将桑树杆去皮，破碎成块状，万能粉碎机打成粉末状，过20目筛，置于烘箱中于55℃烘干，得桑树杆粉末。
17.(2)将步骤(1)所得桑树杆粉末与碳酸钙以质量比4：1的比例混合均匀后放入坩埚中，再放入马弗炉中，以5℃/min的速度升温至400℃，保持2小时，待温度降至室温拿出，研磨，过100目筛，即得碳酸钙生物质炭复合材料。
18.称取1g本实施例制得的碳酸钙生物质炭复合材料和9g砷污染土壤(砷含量为603.1mg/kg)，混合均匀后置于50ml塑料离心管中。按照固液比1：2的比例添加超纯水，再加入质量百分比浓度为0.02％的proclin300以限制培养期间的微生物活性，放入25℃
±
1℃恒温培养箱中培养。在1天后取样，在8000rpm高速离心机下离心分离，吸取上清液通过0.22um滤膜，收集滤液用于分析砷浓度。用原子荧光光谱法分析土壤滤液中砷浓度，结果如图3所示。
19.固定土壤中砷的实验结果见图1。碳酸钙生物质炭复合材料物相结构与成分组成则采用ft
‑
ir傅里叶红外光谱分析仪和x射线衍射仪进行测试，结果见图2和图3。采用场发射扫描电子显微镜分析碳酸钙生物质炭复合材料的形貌，结果见图4。


技术特征：
1.一种碳酸钙生物质炭复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）将桑树杆去皮，先破碎成块状，再用万能粉碎机粉碎成粉末状，过20目筛，置于烘箱中50 ℃~70 ℃烘干，得桑树杆粉末；（2）将步骤（1）所得桑树杆粉末与碳酸钙粉末以质量比7:1~3:1的比例混合均匀后放入坩埚中，再将坩埚放入马弗炉中，以5 ℃/min的速度升温至400~600 ℃，保持2 小时，然后降温，待温度降至室温取出，研磨，过100目筛，即得碳酸钙生物质炭复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法所制得的碳酸钙生物质炭复合材料的应用，其特征在于所述碳酸钙生物质炭复合材料应用于砷污染土壤的修复。

技术总结
本发明公开一种碳酸钙生物质炭复合材料的制备方法及应用。(1)将桑树杆去皮，先破碎成块状，再用万能粉碎机粉碎成粉末状，过20目筛，置于烘箱中50℃～70℃烘干，得桑树杆粉末。(2)将步骤(1)所得桑树杆粉末与碳酸钙粉末以质量比7:1～3:1的比例混合均匀后放入坩埚中，再将坩埚放入马弗炉中，以5℃/min的速度升温至400～600℃，保持2小时，然后降温，待温度降至室温取出，研磨，过100目筛，即得碳酸钙生物质炭复合材料。本发明易操作，成本低；所得碳酸钙生物质炭复合材料应用于砷污染土壤的修复。质炭复合材料应用于砷污染土壤的修复。质炭复合材料应用于砷污染土壤的修复。


技术研发人员：梁美娜 芦琳 朱义年 李净溪 阮麟乔 曹海燕
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：2021.08.19
技术公布日：2021/12/14