一种用于回收尿液中氮磷元素的镁改生物炭的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于回收尿液中氮磷元素的镁改生物炭的制备方法，主要包括生物质的称取、醋酸镁在水中的溶解、生物质与醋酸镁溶液的搅拌混合、混合悬浊液的烘干、干燥产物在马弗炉中的烧制、生物炭的清洗、烘干。采用该方法制备的改性生物炭表面由于附着有镁元素，在氮磷元素富集的尿液废水中，能够生成磷酸镁及鸟粪石沉淀，因此在尿液废水中营养元素的回收以及废弃生物质的循环利用方面具有积极的作用。

A preparation method of magnesium-based biochar for recovery of nitrogen and phosphorus from urine

The invention relates to a preparation method of magnesium-to-biochar for recovering nitrogen and phosphorus elements in urine, which mainly includes the weighing of biomass, the dissolution of magnesium acetate in water, the mixing of biomass and magnesium acetate solution, the drying of mixed suspension, the burning of drying products in muffle furnace, the cleaning and drying of biochar. The modified biochar prepared by this method has a positive effect on the recovery of nutrient elements in urine wastewater and the recycling of waste biomass due to the attachment of magnesium element to the surface, which can produce magnesium phosphate and bird dung stone precipitation in the urine wastewater enriched with nitrogen and phosphorus elements.

【技术实现步骤摘要】
一种用于回收尿液中氮磷元素的镁改生物炭的制备方法
本专利技术属于固体化物合成
，具体涉及一种用于回收尿液中氮磷元素的镁改生物炭的制备方法。
技术介绍
当代社会，随着经济的不断进步，工业、农业生产的不断进步，各种环境问题油然而生，尤其是随着人口的不断增长，对于粮食的需要越来越大，而更大的粮食需求促使农业生产中化肥的使用量逐渐增加，而对于使用的废水而言，其中的磷肥主要来自于磷矿物的开采冶炼，而使用过后的磷资源，大部分会经过元素循环，最终以沉积物的形式储存于海底，从而使磷资源成为一种不可再生的资源。现阶段，磷需求预计将进一步增长，全球磷产量峰值预计将在2030年左右出现，磷不仅是保障粮食生产以满足日益增长的世界人口的必不可少的资源；同时生物燃料生产的产量不断增加，给全球的磷储备带来了额外的负担。由于尿液中富含各种营养元素，使其在资源恢复领域引起了越来越多的关注。虽然尿液的总体积仅占城市污水总量的4％左右，但它却提供了城市污水中接近80％的氮和超过50％的磷，由于城市污水处理后会排入到天然水体中，甚至部分污废水未经处理就会直接排放，因此污废水中较高的氮磷浓度会对水体产生极大的影响，最直接的影响就是水体的富营养化，导致水体恶化，水生动物死亡，污染水域。因此对城市污水中的尿液进行提前处理，将其中所含的氮、磷营养元素分离收集，对于资源回收以及减轻天然水体的负荷具有重要的作用。生物炭是一种多孔性的富碳材料，主要是由废弃的生物质在缺氧的条件下，经高温热解产生，是一种廉价的吸附性材料。同时，由于生物炭是由生物质在高温下产生的，所以其中富含大量未降解的营养元素，如氮、磷等，因此，生成的生物炭本身就是一种富含营养的生物肥料。镁是一种银白色的轻质碱土金属，不溶于水，在广泛存在于自然界中。镁对于尿液废水中氮、磷元素的回收具有一定的作用，而这一作用主要是通过生成磷酸镁(Mg3(PO4)2)和鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O)的形式来实现的。将镁负载于生物炭表面，能够将两者的有益作用结合起来，从而在尿液废水处理、资源回收等方面产生十分有利的影响。首先，生物炭表面负载的镁离子能够与尿液废水中富含的氮、磷元素结合，生成磷酸镁(Mg3(PO4)2)和鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O)，降低了尿液废水中的氮磷负荷，为接下来污水处理厂中氮磷的去除工艺减轻了压力；其次生物炭本身是由废弃的生物质所制备而成的，属于资源回收利用范畴，对于用于制备生物炭的生物质而言，即便不用于生物炭的制备，将其置于自然界中，腐烂、侵蚀、流失等活动也会导致其中所含的营养元素分解出来，最终还是会经地表径流而进入到天然水体中，加重天然水体的富营养化程度；最后，在尿液废水中完成处理后的改性生物炭，以及其表面所生成的磷酸镁(Mg3(PO4)2)和鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O)，可以进行回收利用，由于其富含碳、氮、磷等营养元素，可以用作生物肥料，施加到农作物的种植中，为农作物提供营养物质，一方面实现了营养元素的循环，尤其对于磷这类不可再生资源而言，循环利用不仅可以延长资源的使用寿命，同时也避免了浪费和污染现象，另一方面，这些物质未进入到天然水体中，减轻了水体压力，削弱了水体的富营养化程度，对于生态保护具有十分重要的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于回收尿液中氮磷元素的镁改生物炭的制备方法。本专利技术为解决现有技术中提出的技术问题提出的第一个技术方案是：一种用于回收尿液中氮磷元素的镁改生物炭的制备方法，包括以下步骤：1)称取醋酸镁，溶解到水中：要求保证将醋酸镁完全溶解；2)称取生物质；其中，所述步骤1)中镁离子的质量为所述步骤2)中生物质质量的36％～72％；3)将所述步骤2)中称取的生物质加入到所述步骤1)中的醋酸镁溶液中，搅拌2～5小时；4)将搅拌2～5小时后所得的悬浊液放置于烘箱内，烘干；5)将烘干后的产物磨碎，过网筛，置于坩埚内；6)将坩埚置于马弗炉中，烧制2小时；7)用pH为10～11水清洗产物，清洗1～5遍，置于烘箱内烘干。本专利技术所述步骤2)中生物质的种类为花生壳和木屑。本专利技术所述步骤3)要在不断的搅拌状况下进行，搅拌速度为100～300转/每分钟本专利技术所述步骤4)中烘箱的温度控制为80～100℃。本专利技术所述步骤5)中网筛的孔径大小为20～40目。本专利技术所述步骤6)中坩埚的大小为20～100mL。本专利技术所述步骤7)中pH为10的水溶液由0.1M的NaOH调制而成。本专利技术所述步骤7)中，烘箱的温度控制为50～80℃。本专利技术提出的第二个技术方案是采用上述制备方法制备的改性生物碳，其表面附着有镁离子，样品颜色为灰黑色。有益效果：在环保领域，生物炭是一种应用广泛而廉价的吸附材料，同时镁是一种应用较为广泛的金属元素，其能够与氮磷作用，生成磷酸镁(Mg3(PO4)2)和鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O)，是一种去除水中氮磷的有效方法。同时生成的产物也是一种很好的肥料，由于生成了磷酸镁(Mg3(PO4)2)和鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O)，同时生物炭本身富含碳、氮、磷等营养元素，因此其能够施加入土壤中，增加土壤中碳氮磷等营养元素，改善土壤pH。同时，磷作为一种不可更新资源，这种应用途径实现了其在自然界中的循环，有效的延长了磷资源的有效使用期，具体:1、本专利技术所制得的生物炭表面负载有镁离子，能够与氮磷反应生成磷酸镁(Mg3(PO4)2)和鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O)。2、本专利技术所制得的样品在尿液中磷元素去除中，表现出较好的情况，说明在尿液废水的资源回收中，本专利技术所制得的镁改生物炭将会产生较好的效果。附图说明图1、图2是本专利技术所制得样品的扫描电镜结果；图3是本专利技术所制得样品对于尿液中磷元素的去除结果。具体实施方式下面通过具体实施例和附图对本专利技术作进一步的说明。本专利技术的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本专利技术，并不对本专利技术作任何的限制。实施例1一种用于回收尿液中氮磷元素的镁改生物炭的制备方法，包括以下步骤：1)称取一定量的醋酸镁，溶解到水中；2)称取一定量需要制备的生物质；其中，所述步骤1)中镁离子的质量为所述步骤2)中生物质质量的36％；3)将所述步骤2)中称取的生物质加入到所述步骤1)中的醋酸镁溶液中，搅拌2小时；4)将搅拌2小时后所得的悬浊液放置于烘箱内，80℃温度下烘干；5)将烘干后的产物磨碎，过20目网筛，置于20mL坩埚内；6)将坩埚置于马弗炉中，700℃条件下烧制2小时；7)用pH为10的蒸馏水清洗产物，清洗1遍，置于烘箱内50℃下烘干。所述步骤3)要在不断的搅拌状况下进行，搅拌速度为100转/每分钟。实施例2一种用于回收尿液中氮磷元素的镁改生物炭的制备方法，包括以下步骤：1)称取一定量的醋酸镁，溶解到水中；2)称取一定量需要制备的生物质；其中，所述步骤1)中镁离子的质量为所述步骤2)中生物质质量的40％；3)将所述步骤2)中称取的生物质加入到所述步骤1)中的醋酸镁溶液中，搅拌3小时；4)将搅拌3小时后所得的悬浊液放置于烘箱内，80℃温度下烘干；5)将烘干后的产物磨碎，过20目网筛，置于25mL坩埚内；6)将坩埚置于马弗炉中，700℃条件下烧制2小时；7)用pH为10的蒸馏水清洗产物，清洗2遍，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于回收尿液中氮磷元素的镁改生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)称取醋酸镁，溶解到水中：要求保证将醋酸镁完全溶解；2)称取生物质；其中，所述步骤1)中镁离子的质量为所述步骤2)中生物质质量的36％～72％；3)将所述步骤2)中称取的生物质加入到所述步骤1)中的醋酸镁溶液中，搅拌2～5小时；4)将搅拌2～5小时后所得的悬浊液放置于烘箱内，烘干；5)将烘干后的产物磨碎，过网筛，置于坩埚内；6)将坩埚置于马弗炉中，烧制2小时；7)用pH为10～11水清洗产物，清洗1～5遍，置于烘箱内烘干。

【技术特征摘要】
1.一种用于回收尿液中氮磷元素的镁改生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)称取醋酸镁，溶解到水中：要求保证将醋酸镁完全溶解；2)称取生物质；其中，所述步骤1)中镁离子的质量为所述步骤2)中生物质质量的36％～72％；3)将所述步骤2)中称取的生物质加入到所述步骤1)中的醋酸镁溶液中，搅拌2～5小时；4)将搅拌2～5小时后所得的悬浊液放置于烘箱内，烘干；5)将烘干后的产物磨碎，过网筛，置于坩埚内；6)将坩埚置于马弗炉中，烧制2小时；7)用pH为10～11水清洗产物，清洗1～5遍，置于烘箱内烘干。2.根据权利要求1所述的一种用于回收尿液中氮磷元素的镁改生物炭的制备方法，其特征在于，所述步骤3)要在不断的搅拌状况下进行，搅拌速度为100～300转/每分钟。3.根据权利要求1所述的一种用于回收尿液中氮磷元素的镁改生物炭的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中生物质的种类为花生壳和木屑。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志鹏，孙佩哲，张若纯，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12