含有木质素生物炭的土壤重金属污染修复剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种含有木质素生物炭的土壤重金属污染修复剂及其制备方法与应用，该方法包括：将生物炭粉、骨粉、凹凸棒石粘土按照40～60：20～40：10～20的重量比混合并超微粉碎得到混合粉剂，将2wt％～5wt％的羧甲基纤维素钠溶液在氮气保护下缓慢加入到所属混合粉剂中并充分搅拌，得到黏稠液体；将沸石于所述黏稠液体中充分混合浸泡后捞出，加热干燥既得；其中，所述生物炭粉为将造纸废液木质素干粉经高温热裂解制备得到。本发明专利技术克服了木质素生物炭吸附高价态重金属能力差、吸附效率较低的缺点，拓展了对木质素进行废物利用的途径。

Remediation agent for heavy metal pollution in soil containing lignin and its preparation and Application

The invention relates to a carbon containing lignin bio remediation of heavy metal contaminated soil agent and preparation method and application thereof. The method comprises: biological carbon powder, powder, attapulgite clay in 40 ~ 60:20 ~ 40:10 ~ 20 and the weight ratio of mixed superfine mixed powder, 2wt% - sodium carboxymethyl cellulose 5wt% solution under the protection of nitrogen is slowly added to the powder mixture and stir by viscous liquid; zeolite in the viscous liquid mixing after soaking out, both heating and drying; among them, the biological carbon powder is prepared by the papermaking waste liquor lignin powder by high temperature pyrolysis. The invention overcomes the shortcomings of lignin biochar adsorbing high valence heavy metals and poor adsorption efficiency, and expands the way of utilizing lignin for waste.

【技术实现步骤摘要】
含有木质素生物炭的土壤重金属污染修复剂及其制备方法与应用
本专利技术涉及土壤修复
，具体而言，涉及一种含有木质素生物炭的土壤重金属污染修复剂及其制备方法与应用。
技术介绍
土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源。随着工农业的发展和人口数量的增加，农业土壤的数量不断减少、土壤中的有害物质越来越多。据统计世界上90％的污染物最终滞留在土壤内。然而土壤对有害物质的承受能力是有限的，当有害物质的积累超过了土壤承受能力时，就会造成土壤环境质量恶化。目前土壤环境质量问题已成为全球共同关注的重大问题。其中重金属污染因具有隐蔽性、潜伏性、长期性和不可逆性而尤为引人注目。红壤广泛分布在我国南方热带、亚热带地区，是我国重要的土地资源，该地区气候暖热、雨量充沛、生物资源丰富，是我国重要的粮食生产基地；同时，我国南方红壤地区也拥有丰富的矿产资源。然而，近几十年来由于矿产开发、工业发展造成的“三废”排放急剧增加了进入南方红壤中重金属污染物的量；另一方面，长期高温多雨的气候特征，使得该区域土壤的风化淋溶强烈，红壤大多呈酸性、甚至强酸性，这使得重金属污染物的溶解性高、浓度大、生物有效性高，因此环境风险大，治理难度也较高。生物炭是有机物原料在完全或者部分缺氧条件下，经过高温热裂解(通常<700℃)产生的一类富碳、高度芳香化和稳定性高的有机物质。生物炭为全球气候变化、粮食危机和生态污染修复等提供了综合解决方案。生物炭对土壤物理和化学性质具有明显的改良作用，其多孔特性和较大的比表面积有利于土壤聚集水分、提高孔隙度、降低容重，从而为植物生长提供良好的环境。生物炭含有的养分元素可直接输入土壤，其表面电荷和官能团有利于土壤养分的保留。生物炭还具有很好的重金属改良作用，它对重金属的作用表现在与重金属离子的络合、静电吸附等作用从而降低它们的生态危害。生物炭表面官能团(特别是含氧、磷、硫、氮的官能团)还可以与金属离子形成特定的金属配合物以降低土壤重金属元素对植物的危害。木质素(Lignin)是一种由苯基丙烷结构单元构成的具有三维空间结构的天然有机高分子化合物，与纤维素和半纤维素共同构成植物体的骨架，是唯一能提供可再生芳基化合物的非石油资源。与植物体中其他成分(纤维素、多糖和蛋白质)相比，木质素很难降解，主要原因是苯丙烷单体中所含醚键和碳-碳键属非水解性化学键。植物原料在制浆过程中降解溶出的木质素称为工业木质素，植物体内的木质素与工业分离得到的木质素，在结构上有较大差别。制浆造纸工业产生的木质素主要存在于排放的废液中，它是通过工业生产进入环境的木质素的主要途径。通过亚铵法麦草制浆获得制浆黑液，经干燥、粉碎后可得到木质素干粉，尽管有些研究报道认为这种木质素干粉可以肥用或者改善土壤性质，但近年来的研究表明，实际上它仍然对土壤生态环境及作物生长有很大危害，制备成木质素干粉可能仍不是有效解决造纸废弃物污染的良好措施。目前，造纸后的造纸废液直接排放会对环境造成严重污染，如何处理仍是一大难题；而生物炭是酸性土壤重金属污染一种理想的改良剂，因此若能将木质素制备为生物炭，并根据木质素生物炭的特性将其制备成土壤修复剂用于红壤的重金属污染治理，无疑能够取得一举多得的效果。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含有木质素生物炭的土壤修复剂，该修复剂可很好地应用于土壤(尤其是红壤)重金属的污染治理中。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：本专利技术涉及一种含有木质素生物炭的土壤重金属污染修复剂的制备方法，包括：将生物炭粉、骨粉、凹凸棒石粘土按照40～60：20～40：10～20的重量比混合并超微粉碎得到混合粉剂，将2wt％～5wt％的羧甲基纤维素钠溶液在氮气保护下缓慢加入到所属混合粉剂中并充分搅拌，得到黏稠液体；将沸石于所述黏稠液体中充分混合浸泡后捞出，加热干燥既得；其中，所述生物炭粉为将造纸废液木质素干粉经高温热裂解制备得到。生物炭粉与骨粉、凹凸棒石粘土配合可提高其重金属治理能力。生物炭粉主要靠其较大的比表面积特性增加吸附性，并通过其表面的官能团与金属离子形成特定的金属配合物，而且生物炭可显著提高红壤pH，通过改变重金属的形态降低其活性；而骨粉的稳定化原理为化学沉淀作用和离子交换，骨粉也提高了土壤pH值，且骨粉为含磷钝化剂，经磷酸盐处理后，土壤中各种形态的Pb，如碳酸铅、硫酸铅等将转化为更稳定的磷酸铅；凹凸棒石粘土是指以凹凸棒石为主要组分的一种天然非金属粘土矿物，它是一种晶质水合镁铝硅酸盐矿物，产于沉积岩和风化壳中，在矿物学分类上隶属于海泡石族，为含水的层链状镁质硅酸盐，具有独特的层链状结构特征。凹凸棒石粘土具有较大的比表面积，吸附下限低，吸附时间快，更重要的是凹凸棒石粘土具有很大的粘性，在本专利技术中，还可起到将生物炭粉与骨粉黏附在沸石上的作用。沸石同样具有比表面积大，极性、吸附性、离子交换性强等突出的特性，因此可以利用沸石对重金属的吸附、配合、共沉淀等作用降低重金属的移动性和生物有效性，减少重金属向水体和植物及其他环境单元的迁移，从而实现重金属污染土壤的化学修复。在本专利技术中，沸石更多的是作为生物炭粉、骨粉、凹凸棒石粘土所黏附的骨架载体，三者可黏附于沸石的表面和孔隙中从而增大比表面积，增加吸附性能，提供良好的吸附微环境。本专利技术还涉及如上所述的制备方法制备得到的含有木质素生物炭的土壤重金属污染修复剂。本专利技术还涉及如上所述的含有木质素生物炭的土壤重金属污染修复剂在红壤重金属污染中的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术中提供的土壤重金属污染修复剂，对于木质素生物炭的特性进行针对性的组份搭配与优化，并且采用了超微粉碎后吸附于沸石表面的方法大大增加了土壤修复剂的清除率，从而克服了木质素生物炭吸附高价态重金属能力差、吸附效率较低的缺点，大大拓展了对造纸废液木质素进行废物利用的途径。通过本专利技术所提供的方法制备得到的土壤修复剂为小颗粒状，便于施用。具体实施方式本专利技术涉及一种含有木质素生物炭的土壤重金属污染修复剂的制备方法，包括：将生物炭粉、骨粉、凹凸棒石粘土按照40～60：20～40：10～20的重量比混合并超微粉碎得到混合粉剂，将2wt％～5wt％的羧甲基纤维素钠溶液在氮气保护下缓慢加入到所属混合粉剂中并充分搅拌，得到黏稠液体；将沸石于所述黏稠液体中充分混合浸泡后捞出，加热干燥既得；其中，所述生物炭粉为将造纸废液木质素干粉经高温热裂解制备得到。其中，沸石的添加量不做特别的限定，只要能充分浸泡于黏稠液体中即可，浸泡时间一般在室温下为2～3h，浸泡时轻轻搅动混合以加快沸石与黏稠液体的结合。液体表面不出现细小气泡时一般即可。优选的，如上所述的制备方法，所述生物炭粉、骨粉、凹凸棒石粘土的重量比为：45～55：25～35：13～17；优选的，所述混合粉剂与所述羧甲基纤维素钠溶液的固液比为1g:2～2.4ml；更优选的，所述生物炭粉、骨粉、凹凸棒石粘土的重量比为：50:30:15所述混合粉剂与所述羧甲基纤维素钠溶液的固液比为1g:2.2ml；。优选的，如上所述的制备方法，所述造纸废液木质素干粉为将造纸厂亚铵法麦草制浆黑液经干燥、粉碎后得到。优选的，如上所述的制备方法，所述生物炭粉的制备方法具体为：将所述造纸废液木质素干粉放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有木质素生物炭的土壤重金属污染修复剂的制备方法，其特征在于，包括：将生物炭粉、骨粉、凹凸棒石粘土按照40～60：20～40：10～20的重量比混合并超微粉碎得到混合粉剂，将2wt％～5wt％的羧甲基纤维素钠溶液在氮气保护下缓慢加入到所属混合粉剂中并充分搅拌，得到黏稠液体；将沸石于所述黏稠液体中充分混合浸泡后捞出，加热干燥既得；其中，所述生物炭粉为将造纸废液木质素干粉经高温热裂解制备得到。

【技术特征摘要】
1.一种含有木质素生物炭的土壤重金属污染修复剂的制备方法，其特征在于，包括：将生物炭粉、骨粉、凹凸棒石粘土按照40～60：20～40：10～20的重量比混合并超微粉碎得到混合粉剂，将2wt％～5wt％的羧甲基纤维素钠溶液在氮气保护下缓慢加入到所属混合粉剂中并充分搅拌，得到黏稠液体；将沸石于所述黏稠液体中充分混合浸泡后捞出，加热干燥既得；其中，所述生物炭粉为将造纸废液木质素干粉经高温热裂解制备得到。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物炭粉、骨粉、凹凸棒石粘土的重量比为：45～55：25～35：13～17；优选的，所述混合粉剂与所述羧甲基纤维素钠溶液的固液比为1g:2～2.4ml。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述造纸废液木质素干粉为将造纸厂亚铵法麦草制浆黑液经干燥、粉碎后得到。4.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，刘佳，刘荣乐，金志农，张海燕，肖祖飞，金晓芳，赵姣，
申请(专利权)人：南昌工程学院，
类型：发明
国别省市：江西,36