一种生物质炭-类水滑石复合物的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种降低土壤中有效态镉的生物质炭‑类水滑石复合物的制备方法，具体涉及以廉价易得的生物质为原料，经活化、炭化先制成生物质炭，在此基础上加入金属盐以及碱性溶液，经水热反应制得生物质炭‑类水滑石复合物。本发明专利技术制备的生物质炭‑类水滑石复合物实现了固废资源化利用，并且将其应用在土壤中镉的去除时，少量生物炭的存在能有效避免类水滑石团聚，增加固化剂与重金属镉的接触面积，从而提高对土壤中有效态镉的固化效果。同时原料价廉易得，制备工艺简单，适合大批量生产，为工业化生产土壤重金属固化剂提供技术支撑。

Preparation of a Biomass Carbon-Hydrotalcite-like Compound

The invention discloses a preparation method of biomass carbon-like hydrotalcite composite for reducing available cadmium in soil, in particular relating to the preparation of biomass carbon-like hydrotalcite composite by hydrothermal reaction with cheap and readily available biomass as raw material, activated and carbonized to form biomass carbon, on the basis of which metal salts and alkaline solutions are added. The biomass carbon-like hydrotalcite composite prepared by the invention realizes solid waste resource utilization, and when it is applied to the removal of cadmium in soil, the existence of a small amount of biochar can effectively avoid the agglomeration of hydrotalcite-like, increase the contact area between solidifying agent and heavy metal cadmium, thereby improving the solidification effect of effective cadmium in soil. At the same time, the raw material is cheap and easy to obtain, and the preparation process is simple. It is suitable for mass production, and provides technical support for industrialized production of soil heavy metal curing agent.

【技术实现步骤摘要】
一种生物质炭-类水滑石复合物的制备方法
本专利技术属于土壤修复
，特别涉及一种降低土壤中有效态镉的生物质炭-类水滑石复合物的制备方法。
技术介绍
土壤镉污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点，不仅导致土壤肥力与作物产量、品质下降，还易引发地下水污染。常用的重金属污染土壤修复方法可分为：物理修复、化学修复和生物修复。其中，原位吸附固定化修复方法是国内重金属污染土壤修复的研究热点，这种修复方法和其它方法相比因其效率高、修复快、投入低、操作简单等优点，使其在大面积重金属污染土壤修复应用中具有很好的前景。水滑石类化合物是一种新型无机阴离子粘土，有大的比表面积和孔径、表面多活性位点、容易接受客体和耐高温等优势。目前国内外研究学者对水滑石作为吸附剂的研究，主要集中在研究不同成分组成水滑石以及其改性材料处理水体和大气中的污染物质，如吸附去除水中Cd2+、Cu2+、Pb2+等重金属离子以及CO2的去除，用于污染土壤修复的研究较少。类水滑石表面的活性集团-OH，通过氢键相互作用容易发生团聚，影响其对镉的去除效果。因此，减少类水滑石团聚提高固化效果对其在土壤修复方面的应用十分重要。类水滑石与生物质炭复合，一方面可以减少类水滑石的积聚，另一方面炭化后的生物质炭，基本保留了原有生物质的良好孔隙结构，具有较大的孔隙度和比表面积。同时生物质炭具有高度芳香化的结构，含有大量酚羟基、羧基和羰基，使得生物质炭具备了良好的吸附特性及稳定性。生物质炭施到土壤，能增加土壤有机物质，提高土壤肥力，使作物增产。同时，生物质炭还可以通过降低土壤中重金属的酸可提取态含量，减少重金属的生物有效性，从而降低土壤重金属污染。本专利技术通过水热法制备生物质炭/类水滑石复合物，操作简单，成本低。不但实现了生物质的综合利用，又能解决类水滑石团聚的问题，最终提高对土壤中镉的固化效果。
技术实现思路
技术问题：本专利技术旨在提供一种降低土壤中有效态镉的生物质炭-类水滑石复合物的制备方法，少量生物质炭的负载可以有效提高类水滑石的分散性，增强对重金属离子的固化效果。因采用来源广泛，环境友好的生物质为原料，制备过程简单，所得复合物在土壤重金属离子的固化领域有着广阔的应用前景。技术方案：本专利技术的一种生物质炭-类水滑石复合物的制备方法由如下步骤实现：步骤一.将生物质与氢氧化钾溶液混合均匀成混合物，干燥后取混合物置于管式炉内，在保护气氛中升温至600℃～800℃，反应1～2h，得到生物质炭；步骤二.称取0.25～0.75g步骤一中制备的生物质炭，加入至两种金属盐混合溶液中，滴加碱性溶液至pH为9～11，最后将得到的浆液经60～140℃水热处理24～48h，通过离心，水洗，干燥，磨碎，过筛制得生物质炭-类水滑石复合物。其中，所述的金属盐为Mg2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Al3+、Mn3+或Fe3+。所述的生物质为稻壳、竹粉或秸秆中任一种。步骤一中所述的生物质与氢氧化钾的质量比为1:1～1:3。步骤二中所述的金属盐为Mg2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Al3+、Mn3+或Fe3+。步骤二中所述两种金属盐的摩尔比为2～4。步骤二中碱性溶液为NaOH/Na2CO3、KOH/Na2CO3、NaOH溶液和稀氨水中任一种。本专利技术所述方法制备的生物质炭-类水滑石复合物在降低土壤中有效态镉的应用：将所述制得的生物质炭-类水滑石复合物加入镉污染土壤中，混合均匀，加入去离子水保持土水比为50％～70％，室温下培养，为保持土水比，定期补充去离子水。有益效果：本专利技术制备的生物质炭-类水滑石复合物能有效避免类水滑石团聚，增加固化剂与重金属镉的接触面积，表现出较好的固化效果，且原料价廉易得，制备工艺简单，适合大批量生产，为工业化生产土壤重金属固化剂提供技术支撑。附图说明图1为本专利技术制备生物质炭-类水滑石复合物的工艺流程图。图2为本专利技术实施例1制备的复合物的FTIR图谱。图3为本专利技术实施例1制备的复合物对土壤中有效态镉的固化效果图。具体实施方式本方法提供的复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)生物质预处理：用去离子水洗涤生物质，过滤，置于烘箱中烘干，密封备用；(2)生物质炭的制备：将步骤(1)中的生物质与氢氧化钾(质量比为1:1～1:3)溶液混合，40～80℃水浴搅拌6～12h，烘干，放入管式炉中600～800℃炭化1～2h，水洗至中性，烘干后得到生物炭；(3)复合物的制备：称取0.25～0.75g步骤(2)中制备的生物质炭，加入至50～100mL一定摩尔比的两种金属盐混合溶液中，滴加碱性溶液至pH为9～11，最后将得到的浆液经60～140℃水热处理24～48h，通过离心，水洗，干燥，磨碎，过筛制得生物质炭/类水滑石复合物。作为优选，所述的生物质为稻壳、竹粉、秸秆中任一种。作为优选，所述的金属盐为Mg2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Al3+、Mn3+、Fe3+中的两种。作为优选，所述的两种金属盐的摩尔比为2～4。作为优选，所述的碱性溶液为NaOH/Na2CO3、KOH/Na2CO3、NaOH溶液和稀氨水中任一种。采用上述过程制备的生物质炭-类水滑石复合物降低土壤中有效态镉的应用：将制得的生物质炭-类水滑石复合物按一定的质量比加入镉污染土壤中，混合均匀，加入去离子水保持土水比为50％～70％，室温下培养，为保持土水比，定期补充去离子水。以下所述是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术的保护范围。实施案例1以稻壳为生物质原料，清洗，烘干，粉碎，按1:3的质量比与氢氧化钾溶液混合，40℃水浴搅拌8h，烘干，在管式炉中800℃反应1h，水洗至中性，烘干后得到生物质炭。称取0.25～0.75g制得的生物质炭，与硝酸镁和硝酸铁(摩尔比为3:1)配置成混合溶液，滴加氢氧化钠和碳酸钠混合溶液，直至pH为9～11，最后将得到的浆液经80℃水热反应24h，通过离心，水洗，干燥，磨碎，过筛，得到生物质炭-类水滑石复合物。以波数(cm-1)为横坐标，透光率T(％)为纵坐标，绘制复合物的FTIR图谱。如图2所示在3500-3600cm-1处吸收带，表示类水滑石片层结构中的或是吸附的水分子的-OH拉伸的吸收峰。在1640cm-1左右的吸收峰表示材料表面吸附H2O(δH-O-H)的羟基伸缩振动峰。在1362cm-1附近观察到的吸收带是CO32-的ν3非对称伸缩振动峰。同时，低于800cm-1所形成的吸收峰表示类水滑石晶格中的M-O键振动(M表示金属)。分别称取制备的复合物0、0.2、0.4、0.6、0.8g与10g不同浓度(5、10、20mg/kg)的镉污染土壤均匀混合，加入一定量的去离子水，保持土水比为50％～70％，室温条件下固化7d。通过DTPA(二乙烯三胺五乙酸)提取法测定固化后土壤中有效态镉含量。结果表明，添加0.8g复合物后，5、10、20mg/kg中有效态镉含量分别降低60.78％，52.48％，51.22％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质炭‑类水滑石复合物的制备方法，其特征在于该制备方法由如下步骤实现：步骤一.将生物质与氢氧化钾溶液混合均匀成混合物，干燥后取混合物置于管式炉内，在保护气氛中升温至600℃～800℃，反应1～2h，得到生物质炭；步骤二.称取0.25～0.75g步骤一中制备的生物质炭，加入至两种金属盐混合溶液中，滴加碱性溶液至pH为9～11，最后将得到的浆液经60～140℃水热处理24～48h，通过离心，水洗，干燥，磨碎，过筛制得生物质炭‑类水滑石复合物。

【技术特征摘要】
1.一种生物质炭-类水滑石复合物的制备方法，其特征在于该制备方法由如下步骤实现：步骤一.将生物质与氢氧化钾溶液混合均匀成混合物，干燥后取混合物置于管式炉内，在保护气氛中升温至600℃～800℃，反应1～2h，得到生物质炭；步骤二.称取0.25～0.75g步骤一中制备的生物质炭，加入至两种金属盐混合溶液中，滴加碱性溶液至pH为9～11，最后将得到的浆液经60～140℃水热处理24～48h，通过离心，水洗，干燥，磨碎，过筛制得生物质炭-类水滑石复合物。2.根据权利要求1所述一种生物质炭-类水滑石复合物的制备方法，其特征在于所述的金属盐为Mg2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Al3+、Mn3+或Fe3+。3.根据权利要求1所述一种生物质炭-类水滑石复合物的制备方法，其特征在于所述的生物质为稻壳、竹粉或秸秆中任一种。4.根据权利要求1所述一种生物质炭-类水滑石复合物的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋敏，曹青青，赵炎，孟凡跃，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32