一种减少秸秆制备生物炭过程中镉挥发的方法技术

本发明专利技术提供一种减少秸秆制备生物炭过程中镉挥发的方法，包括将秸秆与铁盐固体按重量比5‑20:1混合后再进行烧制。所述秸秆为修复重金属污染土壤后的农作物秸秆。本发明专利技术通过将秸秆与铁盐固体按重量比5‑20:1混合后再进行烧制，增加了生物炭的比表面积并改变了生物炭的表面空隙结构，更加有利于吸附和稳固镉，从而减少镉的挥发。本发明专利技术有效地为植物修复土壤重金属污染的后续处理提供了新的解决方法和途径，减少了重金属二次污染的产生，使植物资源化有更广阔的应用前景。

A method of reducing cadmium volatilization in the process of preparing biochar from straw

The invention provides a method for reducing the volatilization of cadmium in the process of preparing biological carbon from straw, which includes mixing straw and iron salt solid by a weight ratio of 5 20:1. The straw is used to repair crop stalks after heavy metal pollution. By mixing the straw and the iron salt solid by the weight ratio of 5 20:1, the invention increases the specific surface area of the biological carbon and changes the surface gap structure of the biological carbon, which is more beneficial to the adsorption and stability of cadmium, thus reducing the volatilization of cadmium. The invention provides a new solution and way for the subsequent treatment of plant remediation of soil heavy metal pollution, reducing the production of two times of heavy metal pollution and making the plant resources more broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种减少秸秆制备生物炭过程中镉挥发的方法
本专利技术涉及环境工程
，更具体地，涉及一种减少秸秆制备生物炭过程中镉挥发的方法。
技术介绍
对重金属污染的土壤进行植物修复是一种具有广阔前景和良好效益的处理方法。但是也有一些制约因素，其中一个就是大量重金属富集植物的处置问题。利用富集植物对受污染土壤进行修复完成后，将会产生大量的有害生物量。如果处置不当，污染物成为二次污染物再次进入环境中就失去了植物修复的原本意义。重金属富集植物的主要成分是木质素、半纤维素、纤维素、矿物质和灰分，富集植物的主要特征是含有高水分和挥发性成分，低的容积密度和热值。因此，富集植物的处理方法就非常重要，既要经济、方便、资源化，又不能有二次污染物进入环境中。近些年利用大生物量的农作物和经济作物对土壤进行修复是研究热点，生物量大，生长周期快，在一定程度上弥补了超富集植物生物量小，修复效率低的不足。而利用农作物和经济作物修复土壤重金属污染后其有害生物质主要是秸秆部分。现阶段处理秸秆方法主要有堆肥和压缩填埋、热解和灰化、焚烧或冶炼污染的植物、液相萃取等，但这些方法在处理过程中容易造成重金属的二次释放和资源的浪费。生物炭几乎是纯碳，埋到地下后可以有几百至上千年不会消失，等于把碳封存进了土壤。生物炭富含微孔，不但可以补充土壤的有机物含量，还可以有效地保存水分和养料，提高土壤肥力。因此，制成生物炭逐渐成为处理秸秆的有效途径，是秸秆还田的优选方式。但是，利用秸秆制备生物炭过程中还存在一定量的重金属挥发，如何减少秸秆制备生物炭过程中重金属的挥发成为有待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术提供一种减少秸秆制备生物炭过程中镉挥发的方法，主要通过将秸秆与铁盐固体按重量比5-20:1混合后再进行烧制，从而实现增加镉的固定率，减少镉挥发。本专利技术采用的技术方案如下：一种减少秸秆制备生物炭过程中镉挥发的方法，其特征在于，包括将秸秆与铁盐固体按重量比5-20:1混合后再进行烧制。上述技术方案中，将秸秆与铁盐固体按重量比5-20:1混合后再进行烧制，得到的生物炭比表面积增加，从而提高重金属的固定率，并且添加铁盐会改变生物炭的表面空隙结构，更加有利于吸附和稳固重金属，从而达到减少秸秆制备生物炭过程中镉挥发的目的。秸秆与铁盐固体的重量比控制在5-20:1范围内，得到的生物炭吸附效果佳，且不会造成铁盐的浪费，节约成本。上述技术方案中，所述秸秆为修复重金属污染土壤后的农作物秸秆，包括油菜秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆和高粱秸秆。用作修复重金属污染土壤后的农作物，其秸秆为有害生物质，含有重金属，处理时要减少重金属再次释放，避免造成二次污染。上述技术方案中，所述秸秆粒径为0.3-2.8mm。秸秆粒径过大，不利于与铁盐固体的混合均匀，秸秆粒径也不用过细，与铁盐固体粒径接近即可，同时以免过细造成资源浪费，经实验得到秸秆粒径控制在0.3-2.8mm。上述技术方案中，所述烧制温度为300℃-350℃，优选为300℃。温度低于300℃时，秸秆还未炭化完全，而随着烧制温度升高，炭产率下降，镉挥发量增加，因此温度又不宜太高，故选择烧制温度为300℃-350℃，更优选为300℃。优选地，一种减少秸秆制备生物炭过程中镉挥发的方法，包括先将油菜秸秆洗净、烘干、粉碎至0.3-2.8mm，然后与铁盐固体按重量比5-20:1混合，于厌氧环境中在300℃下进行烧制，干燥冷却即得。本专利技术相对于现有技术具有的有益效果：本专利技术通过将秸秆与铁盐固体按重量比5-20:1混合后再进行烧制，增加了生物炭的比表面积并改变了生物炭的表面空隙结构，更加有利于吸附和稳固镉，使Cd的固定率最高达96.54％，从而减少镉的挥发。本专利技术有效地为植物修复土壤重金属污染的后续处理提供了新的解决方法和途径，减少了重金属二次污染的产生，使植物资源化有更广阔的应用前景。具体实施方式下面结合具体实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。以下实施例及对比例中的油菜秸秆，经洗净、烘干及粉碎后，检测出秸秆中Cd的含量为1.33mg/kg。实施例1本实施例提供了一种秸秆制备生物炭的方法，具体步骤如下：将油菜秸秆清洗干净，放入烘箱60℃烘干，将干燥好的秸秆用粉碎机粉碎，称取10g粉碎的秸秆置于干净的石英舟中，然后将石英舟置于管式炉中(通入高纯度氮气)进行烧制，温度设置为300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃，时间设置为2小时，吸收液为0.1mol/L的盐酸，用来接收烟气。烧制完成后，取出石英舟置于干燥箱中冷却至室温，称重计算炭产量，生物炭用HCl-HNO3-HF-HClO4消解，用ICP发射光谱仪(ICPMA8300，Perkinelmer)测定镉含量，所得结果如下表所示：表1炭产率和镉总量随温度变化结果由表1可知，秸秆在烧制过程中随温度的升高炭产率下降，在300℃时秸秆的炭产率达到49.18％，此时生物炭的比表面积为0.19m2/mg，Cd的固定率为86.01％，随温度的升高Cd剩余的总量减少，即挥发的总量增加，在550℃时挥发完全。实施例2本实施例提供了一种秸秆制备生物炭的方法，具体步骤如下：将油菜秸秆清洗干净，放入烘箱60℃烘干，将干燥好的秸秆用粉碎机粉碎至可过14目筛，称取10g粉碎的秸秆与0.5g硫酸铁混合均匀，置于干净的石英舟中，然后将石英舟置于管式炉中(通入高纯度氮气)进行烧制，设置温度为300℃，设置时间为2小时，吸收液为0.1mol/L的盐酸。烧制完成后，取出石英舟置于干燥箱中冷却至室温，检测镉总量为11.97μg，生物炭比表面积为0.199m2/mg，计算出Cd的固定率为90％。实施例3本实施例提供了一种秸秆制备生物炭的方法，具体步骤如下：将油菜秸秆清洗干净，放入烘箱60℃烘干，将干燥好的秸秆用粉碎机粉碎至可过14目筛，称取10g粉碎的秸秆与0.5g氯化铁混合均匀，置于干净的石英舟中，然后将石英舟置于管式炉中(通入高纯度氮气)进行烧制，设置温度为300℃，设置时间为2小时，吸收液为0.1mol/L的盐酸。烧制完成后，取出石英舟置于干燥箱中冷却至室温，检测镉总量为12.58μg，生物炭比表面积为0.22m2/mg，计算出Cd的固定率为94.59％。实施例4本实施例提供了一种秸秆制备生物炭的方法，具体步骤如下：将油菜秸秆清洗干净，放入烘箱60℃烘干，将干燥好的秸秆用粉碎机粉碎至可过14目筛，称取10g粉碎的秸秆与1g氯化铁混合均匀，置于干净的石英舟中，然后将石英舟置于管式炉中(通入高纯度氮气)进行烧制，设置温度为300℃，设置时间为2小时，吸收液为0.1mol/L的盐酸。烧制完成后，取出石英舟置于干燥箱中冷却至室温，检测镉总量为12.84μg，生物炭比表面积为0.231m2/mg，计算出Cd的固定率为96.54％。对比例1本对比例提供了一种秸秆制备生物炭的方法，具体步骤如下：将油菜秸秆清洗干净，放入烘箱60℃烘干，将干燥好的秸秆用粉碎机粉碎至可过14目筛，称取10g粉碎的秸秆与0.5g碳酸钾混合均匀，置于干净的石英舟中，然后将石英舟置于管式炉中(通入高纯度氮气)进行烧制，设置温度为300℃，设置时间为2小时，吸收液为0.1mol/L的盐酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减少秸秆制备生物炭过程中镉挥发的方法，其特征在于，包括将秸秆与铁盐固体按重量比5‑20:1混合后再进行烧制。

【技术特征摘要】
1.一种减少秸秆制备生物炭过程中镉挥发的方法，其特征在于，包括将秸秆与铁盐固体按重量比5-20:1混合后再进行烧制。2.根据权利要求1所述的一种减少秸秆制备生物炭过程中镉挥发的方法，其特征在于，所述秸秆为修复重金属污染土壤后的农作物秸秆，包括油菜秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆和高粱秸秆。3.根据权利要求1所述的一种减少秸秆制备生物炭过程中镉挥发的方法，其特征在于，所述秸秆粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：向波，葛一陈，
申请(专利权)人：湖南玖恪土壤与环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43