一种改性生物炭及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性生物炭的制备方法，利用甘蔗渣作为原材料，不仅将甘蔗渣进行了资源化利用，而且利用甘蔗渣制备而成的改性生物炭粒径小，比表面积更大、微孔结构更突出，不仅能够将更多的铁、氮、磷、钾、硅等营养离子吸附在其微孔内，还能够将其微孔内的营养离子置换成镉和砷离子，同时减少土壤中镉和砷的含量。此外，本发明专利技术的改性生物炭组分简单、成本低，不仅含有植物所需的营养元素，还含有固化镉和砷的组分，可以减少植物对镉和砷的吸收，提高植物的产量。 1

A modified biological carbon and its preparation method

The invention discloses a preparation method of modified biological carbon. Using bagasse as raw material, not only the bagasse is used in resource utilization, but the modified biological carbon particles made from the bagasse are smaller, larger than the surface area, and the microporous structure is more prominent, not only can more iron, nitrogen, phosphorus, potassium, silicon, and so on. The nutrient ions adsorb in their micropores, and can also replace the nutrient ions in their micropores into cadmium and arsenic ions, while reducing the content of cadmium and arsenic in the soil. In addition, the modified bio carbon component of the invention is simple and low cost, not only contains the nutrient elements needed by plants, but also contains the components of cadmium and arsenic, which can reduce the absorption of cadmium and arsenic by plants and increase the yield of plants. One

【技术实现步骤摘要】
一种改性生物炭及其制备方法
本专利技术涉及环保工程
，尤其涉及一种改性生物炭及其制备方法。
技术介绍
重金属污染土壤中，砷镉复合污染问题突出，大约六分之一的稻田受到不同程度的砷镉复合污染，并且污染面积逐年上升。矿山开采和冶炼是土壤砷镉复合污染主要途径，废矿渣和尾矿砂中通常含有高浓度的砷和镉废矿石或尾砂，经自然风化和雨水侵蚀后，砷和镉会向土壤中释放，从而使土壤遭受严重的砷镉复合污染。过高的镉和砷会引起土壤生物学特性逐渐变异，导致土壤质量下降。并且土壤中砷和镉的生物迁移性和毒性较强，极易被作物吸收并积累，直接影响作物的品质和产量。并通过食物链对人类健康构成严重的危害。因此，如何修复砷镉复合污染土壤已成为一个亟待解决的重大问题。近年来生物炭材料在重金属污染修复方面的应用逐步得到重视。生物炭原料来源广泛，具有大量的微孔结构和巨大的比表面积，吸附能力较强，其吸附行为可以影响重金属在环境中的迁移、转化、生物生态效应以及受污染的环境介质的控制和修复等过程。生物炭表面含有大量的羧基、羟基和酸酐等多种官能基团以及负电荷，比表面积较大。施入到土壤后，生物炭能吸附重金属并将其固定在表面，显著降低大多数重金属的生物有效性，同时能改善土壤物理、化学和生物特性，使土壤肥力和作物产量均有一定程度的提高。但是，生物炭材料可显著提高土壤中砷的流动性与有效性。有研究报道，生物炭能够降低土壤滤出液中镉和锌的浓度(分别降低300倍和45倍)，但滤出液中砷的浓度明显提商，生物炭提高了砷的移动性。另外有研究报道，添加生物炭能改善水稻根际微环境和促进根表铁膜的形成，水稻根中Cd、Zn和Pb的浓度能分别下降98％、83％和72％，但是，砷的浓度则增加了327％。因此，如何改善生物炭的组成与性质，提高其吸附固定砷的能力，实现土壤砷镉的有效性的同时降低，是极富挑战性同时也是具有重大环境意义的工作。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种改性生物炭及其制备方法与使用方法，通过对生物炭进行改性，不仅能降低土壤中砷的流动性与有效性，同时还可以降低土壤中砷的流动性与有效性，还可以降低植物中镉和砷的含量，提高植物的产量。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种改性生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将甘蔗渣烘干并粉碎至粒径小于0.2mm，得到甘蔗粉末；S2：将步骤S1中的甘蔗粉末加入到铁溶液中，并用搅拌机进行搅拌，得到甘蔗混合物A；S3：将步骤S2中的甘蔗混合物A加入到氮磷钾硅混合溶液中，震荡1-3小时，得到甘蔗混合物B；S4：将步骤S3中的甘蔗混合物B烘干，并将烘干后的甘蔗混合物B放置在气氛炉内进行碳化，其中，向气氛炉内通入保护气体，以每分钟升温15℃-30℃，使得温度升高到300℃-500℃并保持1h-3h，得到生物炭初品；S5：将壳聚糖和生物淀粉加入到步骤S4中的生物炭初品中，搅拌均匀，并烘干得到改性生物炭。作为上述方案的改进，骤S2中铁和甘蔗粉末的质量比为1:1.25-1:40。作为上述方案的改进，步骤S2中的铁溶液包括氯化铁和催化剂。作为上述方案的改进，所述催化剂为铂和钯。作为上述方案的改进，步骤S3中的氮磷钾硅混合溶液包括50-70mg/L的KNO3溶液、50-70mg/L的KH2PO4溶液和50-70mg/L的硅酸盐溶液。作为上述方案的改进，所述硅酸盐溶液由硅酸钠溶液、硅酸钾溶液、过二硅酸钠溶液和偏硅酸钠溶液中的至少一种。作为上述方案的改进，步骤S4中的保护气体为氮气和氧气。作为上述方案的改进，步骤S4中氮气和氧气的体积比为30:1-5:1。作为上述方案的改进，步骤S5中的生物淀粉是玉米粉、红薯粉、马铃薯粉或木薯粉。S4：将步骤S3中的甘蔗混合物B烘干相应地，本专利技术还提供了一种改性生物炭，所述改性生物炭采用上述的方法制备所得。实施本专利技术，具有如下有益效果：1、本专利技术提供的一种改性生物炭的制备方法，利用甘蔗渣作为原材料，不仅将甘蔗渣进行了资源化利用，而且利用甘蔗渣制备而成的改性生物炭粒径小，比表面积更大、微孔结构更突出，不仅能够将更多的铁、氮、磷、钾、硅等营养离子吸附在其微孔内，还能够将其微孔内的营养离子置换成镉和砷离子，同时减少土壤中镉和砷的含量。此外，本专利技术的改性生物炭组分简单、成本低，不仅含有植物所需的营养元素，还含有固化镉和砷的组分，可以减少植物对镉和砷的吸收，提高植物的产量。2、本专利技术提供的一种改性生物炭的制备方法，将步骤S3中的生物炭初品加入到氮磷钾硅混合溶液，所得到的改性生物炭不仅能够提高植物的产品，还能够提高生物炭吸附固定砷的能力，实现土壤砷镉的有效性的同时降低。3、本专利技术提供的一种改性生物炭的制备方法，通过向气氛炉内通入保护气体，不仅可以减少甘蔗渣的碳化时间，还可以防止吸附在甘蔗粉末内的铁离子发生碳化反应。此外，将生物炭初品加入到氮磷钾硅混合溶液中，使得氮、磷、钾、硅离子能够吸附到生物炭初品中，然后将壳聚糖和生物淀粉加入到生物炭初品中，可以将铁、氮、磷、钾、硅等营养离子包裹在生物炭内，使得铁、氮、磷、钾、硅等营养离子能后缓慢地释放到土壤中，减少肥料和生物炭的用量，避免氮、磷、钾离子快速地释放到土壤中，造成营养大量氮、磷、钾离子流失而造成水体富营养化。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术作进一步地详细描述。本专利技术提供了一种改性生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将甘蔗渣烘干并粉碎至粒径小于0.2mm，得到甘蔗粉末；S2：将步骤S1中的甘蔗粉末加入到铁溶液中，并用搅拌机进行搅拌，得到甘蔗混合物A；S3：将步骤S2中的甘蔗混合物A加入到氮磷钾硅混合溶液中，震荡1-3小时，得到甘蔗混合物B；S4：将步骤S3中的甘蔗混合物B烘干，并将烘干后的甘蔗混合物B放置在气氛炉内进行碳化，其中，向气氛炉内通入保护气体，以每分钟升温15℃-30℃，使得温度升高到300℃-500℃并保持1h-3h，得到生物炭初品；S5：将壳聚糖和生物淀粉加入到步骤S4中的生物炭初品中，搅拌均匀，并烘干得到改性生物炭。S4：将步骤S3中的甘蔗混合物B烘干经过榨糖之后剩下的甘蔗渣，含有大量的纤维素、半纤维素和木质素。其中，甘蔗渣纤维长度约为0.65－2.17mm，宽度是21－28μm。其纤维形态虽然比不上木材和竹子，但是比稻、麦草纤维则略胜一筹。本专利技术提供的改性生物炭，利用甘蔗渣作为原材料，不仅将甘蔗渣进行了资源化利用，而且利用甘蔗渣制备而成的改性生物炭粒径小，比表面积更大、微孔结构更突出，不仅能够将更多的铁、氮、磷、钾、硅等营养离子吸附在其微孔内，还能够将其微孔内的营养离子置换成镉和砷离子，同时减少土壤中镉和砷的含量。此外，本专利技术的改性生物炭组分简单、成本低，不仅含有植物所需的营养元素，还含有固化镉和砷的组分，可以减少植物对镉和砷的吸收，提高植物的产量。本专利技术提供的改性生物炭吸附有大量硅，其中，硅不仅能够提高植物的产品，还能够提高生物炭吸附固定砷的能力，实现土壤砷镉的有效性的同时降低。本专利技术的改性生物炭制备方法简单，其中，通过向气氛炉内通入保护气体，不仅可以减少甘蔗渣的碳化时间，还可以防止吸附在甘蔗粉末内的铁离子发生碳化反应。此外，将生物炭初品加入到氮磷钾硅混合溶液中，使得氮、磷、钾、硅离子能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

【技术特征摘要】
1.一种改性生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将甘蔗渣烘干并粉碎至粒径小于0.2mm，得到甘蔗粉末；S2：将步骤S1中的甘蔗粉末加入到铁溶液中，并用搅拌机进行搅拌，得到甘蔗混合物A；S3：将步骤S2中的甘蔗混合物A加入到氮磷钾硅混合溶液中，震荡1-3小时，得到甘蔗混合物B；S4：将步骤S3中的甘蔗混合物B烘干，并将烘干后的甘蔗混合物B放置在气氛炉内进行碳化，其中，向气氛炉内通入保护气体，以每分钟升温15℃-30℃，使得温度升高到300℃-500℃并保持1h-3h，得到生物炭初品；S5：将壳聚糖和生物淀粉加入到步骤S4中的生物炭初品中，搅拌均匀，并烘干得到改性生物炭。2.根据权利要求1所述的改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤S2中铁和甘蔗粉末的质量比为1:1.25-1:40。3.根据权利要求1所述的改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤S2中的铁溶液包括氯化铁和催化剂。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨启豪，黄石光，李清秀，李芳柏，刘传平，
申请(专利权)人：佛山市铁人环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44