秸秆处理方法，生物炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种秸秆处理方法、生物炭及其制备方法和应用。其中，所述秸秆处理方法包括以下步骤：1)将秸秆加入水中得到秸秆混合液，并将所述秸秆混合液的pH调至4.0‑6.0；2)向步骤1)的所述秸秆混合液中加入过硫酸盐，并搅拌45‑75min，获得处理后的秸秆。处理后的秸秆去除了秸秆中的重金属。此外本发明专利技术还提出了一种生物炭通过将上述所述的秸秆处理方法处理得到的秸秆与pH值为3‑5的铁盐溶液混合均匀，并在250‑270℃下进行水热反应制备而成，该生物炭能够有效地钝化修复锑污染土壤。本发明专利技术还包括生物炭的制备方法和在修复锑污染土壤中的应用。

【技术实现步骤摘要】
秸秆处理方法，生物炭及其制备方法和应用
本专利技术涉及环境科学
，特别是涉及一种秸秆处理方法，生物炭及其制备方法和应用。
技术介绍
农作物秸秆是一种良好的生物质资源，可以作为生物炭制备的原料，我国农作物秸秆的年产量高达6亿吨左右，但由于我国的耕地重金属污染严重，导致秸秆中也含有较高含量的重金属，直接用于生物炭制备必然会导致重金属再次进入土壤中，产生二次污染，形成恶性循环。目前，关于去除农作物秸秆中重金属的报道较少，现有技术公开了一种植物修复土壤重金属污染后所产秸秆的资源化利用方法，其主要利用高温将秸秆制成生物炭，并用酸洗溶出其中的重金属，以碱沉淀溶液中重金属，实现重金属的去除。该方法虽能有效地去除重金属，但操作流程繁琐，耗能高，难以实现规模化生产。
技术实现思路
为了解决上述秸秆中的重金属含量高的技术问题，本专利技术提出一种秸秆处理方法、生物炭及其制备方法和应用。本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种秸秆处理方法，包括以下步骤：1)将秸秆加入水中得到秸秆混合液，并将所述秸秆混合液的pH调至4.0-6.0；2)向步骤1)的所述秸秆混合液中加入过硫酸盐，并搅拌获得处理后的秸秆。优选地，在步骤2)中，向步骤1)的所述秸秆混合液中加入过硫酸盐并搅拌的时间为45-75min。优选地，在步骤2)中，所述过硫酸盐包括过硫酸钠或者过硫酸钾。优选地，在步骤1)中，所述秸秆与所述水的质量比为3.0-5.0：30-50。优选地，在步骤2)中，所述秸秆与所述过硫酸盐的质量比为3.0-5.0：0.1-0.3。本专利技术还提出一种生物炭，通过将上述所述的秸秆处理方法处理得到的秸秆与pH值为3-5的铁盐溶液混合均匀，并在250-270℃下进行水热反应制备而成。优选地，所述铁盐溶液的浓度为0.1-0.5mol/L。优选地，所述秸秆与所述铁盐溶液的物料比为4.0g-10.0g：90mL-100mL。此外，本专利技术提出一种生物炭的制备方法，包括步骤：将上述所述的秸秆处理方法处理得到的秸秆与pH值为3-5的铁盐溶液混合均匀，并在250-270℃下进行水热反应，得到生物炭。优选地，所述水热反应的时间为2h-4h，和/或，通过浓度为8-10mol/L的氢氧化钠溶液将所述铁盐溶液的pH值调至3-5。此外本专利技术还包括上述所述的生物炭或上述所述的生物炭的制备方法制备的生物炭在修复锑污染的土壤中的应用。在本专利技术优选的实施例中，提出一种秸秆处理方法，包括以下步骤：(1)将农作物秸秆冲洗干净后，烘干至恒重，粉碎，过筛，备用；进一步地，将农作物秸秆分别用自来水和去离子水冲洗3-5遍，置于烘箱中60-80℃烘干至恒重，秸秆粉碎后过60目尼龙筛。(2)向步骤(1)的秸秆中加入去离子水，用稀盐酸调节溶液pH至4.0-6.0，摇匀；所述秸秆与去离子水的质量比为3.0-5.0：30-50。(3)向步骤(2)的秸秆混合液中加入过硫酸钠粉末，混合均匀；其中，秸秆与过硫酸钠的质量比为3.0-5.0：0.1-0.3。(4)将步骤(3)的秸秆混合液置于磁力搅拌器上，在一定条件下充分搅拌反应。其中，秸秆混合液置于35-50℃下转速为100-140rpm的磁力搅拌器上搅拌45-75min。(5)将步骤(4)中得到的秸秆混合液进行抽滤，并用去离子水将秸秆反复冲洗3-4次，即获得处理后的秸秆。本实施例还包括一种生物炭的制备方法，包括以下步骤：(1)配制氯化铁溶液并用氢氧化钠溶液调节溶液pH；其中，所述氯化铁溶液浓度为0.1-0.5mol/L，氢氧化钠浓度为8-10mol/L，调节溶液pH至3-5。(2)向上述秸秆处理方法的步骤(5)中得到的秸秆中按一定比例加入氯化铁溶液，混合均匀后移入水热反应釜内，在马弗炉内于一定温度下碳化；秸秆与氯化铁溶液的物料比为4.0-10.0g：90-100mL，马弗炉的设定温度为250-270℃，升温速率为300-600℃/h，保温时间为2h-4h。(3)将步骤(2)中得到的混合液进行抽滤，并用去离子水将秸秆生物炭反复冲洗数次，烘干，即获得铁基秸秆生物炭。其中，烘干温度为60-80℃。本实施例还包括采用上述生物炭的制备方法制备的生物炭以及该生物炭在修复锑污染土壤中的应用。本专利技术与现有技术对比的有益效果包括：过硫酸盐在水中电离产生过硫酸根离子S2O82-，，其标准氧化还原电位E0达+2.01V，常温下过硫酸盐对有机物的氧化效果不显著，在pH为4.0-6.0的酸性条件下使过硫酸盐的氧化性达到最佳水平；同时酸性条件有助于纤维素的氧化降解；过硫酸盐能产生高活性的的硫酸根自由基·SO4-·，(E＝+2.6V，vs，NHE)，其氧化能力接近于羟基自由基·OH(E＝+2.8V)，可以实现对秸秆中纤维素等有机物的快速降解，降解时间控制在45-75min即可破坏秸秆中纤维素等有机物的稳定结构，使秸秆中的重金属暴露出来，进入到反应废液中，从而去除秸秆重金属。去除重金属的秸秆被用来制备生物炭，得到回收利用实现了秸秆废弃物的资源利用，做到了真正的变废为宝，以废治废。水铁矿等铁基材料的合成条件较为严苛，方法相对复杂，而且容易形成团聚现象，导致物料损失，增加成本，同时会因大量外源铁的加入扰动土壤生态系统，影响土壤的结构性质。以去除重金属的秸秆和铁盐为生物炭的原料，利用水热合成的手段制备铁基生物炭，实现铁基材料与生物炭的复合，可以有效地解决上述问题，利用生物炭巨大的比表面积实现铁基材料的均匀稳定的分布，可以有效防止铁基材料团聚现象的发生，同时生物炭的加入可以很好的改善土壤环境，提高土壤肥力，铁和锑存在着强亲和力，铁能够强吸附锑，从而有效地钝化修复锑污染土壤。附图说明图1为本专利技术水稻秸秆原样的扫描电镜图。图2为本专利技术实施例1中处理后的水稻秸秆的扫描电镜图。图3为本专利技术实施例2中以处理后的水稻秸秆为原料制备的铁基生物炭扫描电镜图。图4为本专利技术实施例2中以处理后的三种秸秆为原料制备的铁基生物炭的红外光谱图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。需要说明的是，在本具体实施方式中以秸秆作为原料制备的生物炭称为秸秆生物炭，以秸秆和氯化铁溶液为原料制备的生物炭称为铁基生物炭。本具体实施方式所用农作物秸秆为湖南株洲某重金属污染土壤种植水稻成熟后收获的秸秆、山东烟台某重金属污染土壤种植玉米和小麦成熟后收获的秸秆。还需要说明的是，本具体实施方式中秸秆的重金属含量是通过对秸秆进行消解处理，用石墨炉测得秸秆中的重金属含量。实施例1本实验所用农作物秸秆为湖南株洲某重金属污染土壤种植水稻成熟后收获的秸秆、山东烟台某重金属污染土壤种植玉米和小麦成熟后收获的秸秆。一种对秸秆进行处理的方法，包括：采集的农作物秸秆分别用自来水和去离子水冲洗3次后，置于80℃下烘干至恒重，粉碎过60目尼龙筛。本实施例中的秸秆包括水稻秸秆、玉米秸秆和小麦秸秆。其中，水稻秸秆中镉、铅、锌、铜含量分别为0.2939mg/kg、19.04mg/kg、13.22mg/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种秸秆处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将秸秆加入水中得到秸秆混合液，并将所述秸秆混合液的pH调至4.0‑6.0；2)向步骤1)的所述秸秆混合液中加入过硫酸盐，并搅拌获得处理后的秸秆。

【技术特征摘要】
1.一种秸秆处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将秸秆加入水中得到秸秆混合液，并将所述秸秆混合液的pH调至4.0-6.0；2)向步骤1)的所述秸秆混合液中加入过硫酸盐，并搅拌获得处理后的秸秆。2.如权利要求1所述的秸秆处理方法，其特征在于，在步骤2)中，所述过硫酸盐包括过硫酸钠或者过硫酸钾。3.如权利要求1所述的秸秆处理方法，其特征在于，在步骤1)中，所述秸秆与所述水的质量比为3.0-5.0：30-50。4.如权利要求1所述的秸秆处理方法，其特征在于，在步骤2)中，所述秸秆与所述过硫酸盐的质量比为3.0-5.0：0.1-0.3。5.一种生物炭，其特征在于，通过将权利要求1-4任一项所述的秸秆处理方法处理得到的秸秆与pH值为3-5的铁盐溶液混合均匀，并在250-270℃下进行水热...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志辉，刘正凯，李垦，柴立元，王海鹰，廖骐，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43