一种复合生物炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种复合生物炭及其制备方法和应用，所述复合生物炭由假臭草、马缨丹、薇甘菊和五爪金龙混合后按照限氧升温炭化法制备而成，得到的复合生物炭对重金属镉和铜具有高效的吸附能力。本发明专利技术不仅为入侵植物假臭草、马缨丹、薇甘菊和五爪金龙的资源化利用提供了新的途径，同时为水体重金属镉和铜的污染治理提供了更高效的技术支持，实现了“化害为利”的技术效果。

A composite biochar and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种复合生物炭及其制备方法和应用
本专利技术涉及有害生物资源化
，具体地，涉及一种吸附重金属的复合生物炭及其制备方法和应用。
技术介绍
全球范围内，生物入侵已成为21世纪最棘手的生态问题之一。外来入侵植物破坏了世界上许多国家的生态环境，中国作为发展中国家，不仅是外来物种入侵非常严重的国家之一，同时也是防御最脆弱的国家之一。20世纪80年代以来，外来物种在我国呈现出更快的增长趋势，近10年新增入侵物种近50种，20余种危险性入侵物种接连在我国大面积暴发成灾。华南地区拥有丰富的雨热资源、生态系统复杂多样、生物资源丰富，非常适宜植物的繁殖和生长；再加上丰富的对外交流和活跃的进出口贸易，该地区已成为目前国内遭受外来植物入侵危害最严重的区域。入侵植物的主要防治手段有机械防治、化学防治、生物防治以及综合防治。目前，对入侵植物进行资源化利用已经成为当前防治方式中的一个新途径。假臭草、马缨丹、薇甘菊和五爪金龙是华南地区危害严重的入侵杂草，菊科假臭草属的假臭草(EupatoriumcatariumR.M.KingetH.Rob.)能极大地消耗土壤养分，严重影响作物生长，其恶臭味影响家畜觅食。马鞭草科马缨丹属的马缨丹(LantanacamaraL.)大面积入侵农耕地、牧场、森林、荒地，植株有毒而严重威胁到农牧业生产和人畜健康。菊科假泽兰属的薇甘菊(MikaniamicranthaKunth)是多年生藤本植物，通过攀援缠绕于乔灌木植物阻碍附主植物的光合作用，导致附主死亡。旋花科番薯属的五爪金龙(IpomoeacairicaL.Sweet)在果园、茶园中蔓延成灾，给农林以及旅游业造成巨大的损失。石化燃料应用、金属冶炼、化工生产等活动排放的含重金属废水造成了严重的水体污染。重金属能够在生物体中积累，对肝和肾脏等人体健康造成损害，导致骨质疏松、高血压和肾脏损伤。Cd是水体中常见的危害严重的重金属污染物之一，调查显示，长江、黄河、淮河、松花江、辽河等水域重金属污染情况严峻，其中珠江水域Cd含量超标7.5倍。当前，物理材料去除水体重金属有成本低、修复效果好、操作简便、化学稳定性较高等优点，生物炭作为一种新型材料，对重金属污染水体有着较好的修复效果。使用入侵植物制备生物炭的专利已有部分报道，例如，中国专利技术专利CN201410562485.3公开了一种采用入侵植物水葫芦制备的生物炭及其在吸附废水中镉的应用，最优条件下，水葫芦生物炭对镉的吸附量为80mg/g。现有技术中利用单一入侵植物制备的生物炭仅能针对性地吸附一种重金属，而且吸附效果不是特别高效。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够同时吸附镉和铜，而且吸附效率高效的复合生物炭。本专利技术的另一个目的是提供一种吸附重金属的复合生物炭的制备方法。本专利技术的再一个目的是提供上述吸附重金属的复合生物炭在吸附重金属镉和铜中的应用，以及具体的应用方法。为了实现上述目的，本专利技术是通过以下方案予以实现的：一种吸附重金属的复合生物炭，由假臭草、马缨丹、薇甘菊和五爪金龙混合后按照限氧升温炭化法制备而成。优选地，假臭草、马缨丹、薇甘菊和五爪金龙的混合的质量百分比为1％～80％：2％～2.5％：7.5％～78％：10％～19％。更优选地，假臭草、马缨丹、薇甘菊和五爪金龙的质量百分比为80％：2.5％：7.5％：10％，该配方制备的复合生物炭主要用于吸附Cd。另一个更优选的实施方案，假臭草、马缨丹、薇甘菊和五爪金龙的质量百分比为1％：2％：78％：19％，该配方制备的复合生物炭主要用于吸附Cu。作为优选实施方案，如上所述吸附重金属的复合生物炭的制备方法，包括如下步骤：(1)将植物干燥、粉碎、过筛得到植物干粉；(2)将植物干粉按照比例混合后，放入马弗炉中，热解环境为氮气或氩气环境，升温制备生物炭。优选地，步骤(1)中干燥的处理方式为放在烘箱中烘干，烘干条件为80～100℃下烘干48～60h；更优选地，烘干条件为80℃下烘干48h。优选地，步骤(1)中所述过筛为过40～60目(0.30～0.45mm)的标准筛；更优选地，所述过筛为过60目(0.30mm)的标准筛。优选地，步骤(2)通入5～10min的氮气或氩气以使容器内处于缺氧状态，于300～700℃限氧条件下灼烧，在上升到设定温度时开始计时，恒温2～4小时后冷却至室温取出；更优选地，步骤(2)通入5min的氮气或氩气以使容器内处于缺氧状态，于500℃限氧条件下灼烧，在上升到设定温度时开始计时，恒温2～4小时后冷却至室温取出。如上所述复合生物炭在吸附重金属Cd或/和Cu中的应用。如上所述复合生物炭在吸附污染水体中重金属Cd或/和Cu中的应用。优选地，复合生物炭用于修复Cd污染水体的方法为：复合生物炭用量为0.5～4g/L(更优选为0.5～1g/L)，污染水体pH值为4～7，吸附平衡时间为5min～24h，污染水体中Cd初始浓度为0～250mg/L。优选地，复合生物炭用于修复Cu污染水体的方法为：复合生物炭用量为0.75～4g/L(更优选为0.75～1g/L)，污染水体pH值为4～7，吸附平衡时间为5min～30h，污染水体中Cu初始浓度为0～200mg/L。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：与现有技术相比，本专利技术提供了一种利用入侵植物假臭草、马缨丹、薇甘菊和五爪金龙混合制备而成的、吸附能力强的生物炭及其在吸附重金属铜和镉的应用，不仅为入侵植物假臭草、马缨丹、薇甘菊和五爪金龙的资源化利用以及“以用促控”提供新的途径，同时为水体重金属污染治理提供了更高效的技术支持，实现了“化害为利”的技术效果。附图说明图1不同施用量的假臭草、马缨丹、薇甘菊、五爪金龙复合生物炭对污染水体中Cd的去除量和去除效率；图2不同施用量的假臭草、马缨丹、薇甘菊、五爪金龙复合生物炭对污染水体中Cu的去除量和去除效率；图3假臭草、马缨丹、薇甘菊、五爪金龙复合生物炭对不同pH水体Cd的去除效果；图4假臭草、马缨丹、薇甘菊、五爪金龙复合生物炭对不同pH水体Cu的去除效果；图5假臭草、马缨丹、薇甘菊、五爪金龙生物炭去除Cd的动力学和模型拟合；图6假臭草、马缨丹、薇甘菊、五爪金龙复合生物炭去除水体Cu的动力学模型；图7假臭草、马缨丹、薇甘菊、五爪金龙复合生物炭去除水体Cd的等温模型；图8假臭草、马缨丹、薇甘菊、五爪金龙复合生物炭去除水体Cu的等温模型；图9最优条件下复合生物炭吸附Cd2+、Cu2+的实验最大吸附量。具体实施方式以下结合说明书附图和具体实施例和应用例来进一步说明本专利技术，但实施例和应用例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。实施例1一种吸附重金属的复合生物炭，制备方法如下：(1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合生物炭，其特征在于，由假臭草、马缨丹、薇甘菊和五爪金龙混合后按照限氧升温炭化法制备而成。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合生物炭，其特征在于，由假臭草、马缨丹、薇甘菊和五爪金龙混合后按照限氧升温炭化法制备而成。


2.根据权利要求1所述的复合生物炭，其特征在于，所述假臭草、马缨丹、薇甘菊和五爪金龙混合的质量百分比为1％～80％：2％～2.5％：7.5％～78％：10％～19％。


3.根据权利要求2所述的复合生物炭，其特征在于，所述假臭草、马缨丹、薇甘菊和五爪金龙混合的质量百分比为80％：2.5％：7.5％：10％。


4.根据权利要求2所述的复合生物炭，其特征在于，所述假臭草、马缨丹、薇甘菊和五爪金龙的质量百分比为1％：2％：78％：19％。


5.权利要求1所述的复合生物炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将植物...

【专利技术属性】
技术研发人员：章家恩，赵本良，赵敏，全国明，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44