一种利用椰壳生物炭吸附土壤中重金属离子的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用椰壳生物炭吸附土壤中重金属离子的方法。本发明专利技术通过将椰壳炭化制备得到椰壳生物炭；然后将椰壳生物炭混匀于土壤中，吸附重金属离子。在土壤中添加质量浓度为5％的椰壳生物炭能提高土壤对重金属的吸附率11.6％～20.0％，金属离子在土壤中的吸附为不可逆吸附，具有明显滞后效应。土壤中施用椰壳生物炭能有效修复土壤中的重金属污染，从而减少重金属离子对农业土壤的危害。

A method of adsorption of heavy metal ions in soil by cocoanut biochar

【技术实现步骤摘要】
一种利用椰壳生物炭吸附土壤中重金属离子的方法
本专利技术属于分析检测领域，具体涉及一种利用椰壳生物炭吸附土壤中重金属离子的方法。
技术介绍
生物质炭是在完全缺氧的条件下经高温热解将植物生物质炭化产生的一种高度芳香化难熔性物质，在自然环境中广泛存在，具有多级的孔隙结构、巨大的比表面积、较大的孔容、高度的热稳定性和CEC，在土壤中施用生物质炭可以改变土壤的理化性质，极大地提高土壤的保水、保肥能力和土壤团聚体稳定性；同时还可以固炭减排、利用农业废物资源。近些年，由于生物质炭在减缓气候变化、改良土壤品质和修复环境污染方面表现出的巨大优势和潜力，生物炭可以有效促进游离重金属离子固化至土壤中，减少重金属离子进入农作物，从而减少重金属离子对农作物和人体的污染。生物质炭用于缓解和控制土壤中有机污染和重金属污染成为当前的研究热点，已有关于生物炭吸附土壤中铅、镉、砷等的报道。然而，目前还没有关于以热带和亚热带农业废弃资源为前驱材料烧制的生物炭对广东农用土壤的重金属吸附影响的相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中还未有就近利用以热带和亚热带农业废弃资源椰壳前驱材料烧制的生物炭来修复和治理广东农用土壤的重金属污染的问题，提供一种椰壳生物炭以及利用椰壳生物炭吸附土壤中重金属离子的方法。本专利技术提供一种椰壳生物炭，其特征在于，通过如下方法制备得到：将椰壳风干后粉碎，粒径控制在3mm以下，填充到瓷坩埚内，加盖密封后于马弗炉内灼烧，以10℃/min的升温速率升到200℃，恒温2h预炭化；然后再以10℃/min的升温速率升温至600℃热解炭化3h，冷却后研磨过100目筛，得到椰壳生物炭。本专利技术还提供一种利用椰壳生物炭吸附土壤中重金属离子的方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述的椰壳生物炭混匀于土壤中，吸附重金属离子。优选，是按质量比1-20份椰壳生物炭：80-99份土壤的比例，将椰壳生物炭混匀于土壤中。更优选的，是按质量比5份椰壳生物炭：95份土壤的比例，将椰壳生物炭混匀于土壤中。优选，所述的重金属离子为Cd2+、Co2+和/或Cu2+。本专利技术的椰壳生物炭和广东土壤在去除溶液中的Cd2+、Co2+和/或Cu2+方面具有较好的去除率，最高去除率超过75％，优于以往报道的利用生物炭去除重金属离子去除率，说明椰壳生物炭除了能有效修复土壤重金属污染外，其联合广东土壤在去除废水中重金属离子方面具有很好的应用前景。本专利技术用热带水果废弃资源椰壳作为前驱材料烧制成生物炭，经测试具有很大的比表面积和很强的吸附性能，在土壤修复方面具有很好的应用前景。通过在亚热带农业土壤—广东典型水稻土中施用椰壳炭，发现其对土壤中有效态重金属的钝化修复能力，温度、pH值和生物炭添加量等因素均影响椰壳生物炭吸附率。本专利技术通过方法优化，建立了用椰壳生物炭去除广东土壤重金属离子的最优方法。本专利技术提供了一种可靠、高效的用椰壳生物炭吸附和去除土壤中重金属离子的方法，从而减少重金属离子对农业土壤的污染，促进健康农业、绿色农业的发展。附图说明图1是椰壳生物炭表面形貌及能谱图：A)吸附重金属离子前；B)吸附重金属离子后；图2是几种重金属离子在添加和不添加椰壳生物炭条件下的吸附平衡图：A)不添加生物炭；B)添加生物炭；图3是几种重金属离子在添加椰壳生物炭条件下的吸附解吸等温线图：A)吸附等温线图；B)解吸等温线图；图4为不同温度、pH和椰壳生物炭添加量条件下重金属离子吸附率图：A)不同温度；B)不同椰壳生物炭添加量。具体实施方式以下实施例是对本专利技术的进一步说明，而不是对本专利技术的限制。实施例1：是否添加椰壳生物炭对广东土壤吸附重金属离子的影响一、椰壳生物炭、广东土壤及重金属离子溶液的制备椰壳产地为海南，将椰壳风干后粉碎，粒径控制在3mm以下，填充到瓷坩埚内，加盖密封后于马弗炉内灼烧，以10℃/min的升温速率升到200℃，恒温2h实现预炭化。然后以同样的升温速率升温至600℃热解炭化3h，冷却后研磨过100目筛(粒径小于0.15mm)，测试椰壳生物炭的比表面积、表面形态及元素组成，室温密封保存待用。储备液S-1：称取0.01g氯化镉半(五水合物)、0.01g六水合氯化钴和0.1g二水合氯化铜于50mL容量瓶，用0.01mol/LCaCl2溶液溶解并定容到刻度，配成储备液S-1。储备液S-2：称取0.2g氯化镉半(五水合物)、0.2g六水合氯化钴和2g二水合氯化铜于100mL容量瓶，用0.01mol/LCaCl2溶液溶解并定容到刻度，配成储备液S-2。分别移取2.5mL、5.0mL、10.0mL、15.0mL、20.0mL储备液S-2于50mL容量瓶，用0.01mol/LCaCl2溶液定容到刻度，依次配成储备液S-2-1、S-2-2、S-2-3、S-2-4和S-2-5，用于吸附解吸等温线试验。在以上炭化条件下，如图1A所示，椰壳生物炭的表面形态主要以细小颗粒状和片状结构为主，呈现出大小不一的无定形结构堆叠而形成的许多不规则孔隙，主要组成元素为生物质基体元素。生物炭吸附重金属后的表面形态如图1B所示，主要元素为组成生物质基体的元素、试验溶液中的Ca和Cl元素，以及试验过程中添加进去的Cu元素；Co元素和Cd元素的添加浓度相对较低，低于能谱仪的检测限而没有测出。椰壳生物炭对氮气吸附的等温线为典型的介孔材料吸附等温线，采用BET测试的吸附线性方程为y＝26.61x-0.2796，比表面积为132.264m2/g。二、添加椰壳生物炭对广东土壤吸附重金属离子的影响所用的广东土壤采集自华南农业大学试验田水稻土。称取1.00g土壤于50mL塑料离心管中，加入22.5mL0.01mol/LCaCl2溶液(预实验确定水土比为1g土：25mL水)，在165r/min和25℃±1℃条件下进行连续振荡16h左右进行水土平衡，加入2.5mL重金属储备液S-1，作为不添加生物炭试验组；称取0.95g土壤于50mL塑料离心管中进行水土平衡后，加入2.5mL重金属储备液S-1和0.05g椰壳炭，作为生物炭试验组。同时做无土壤空白对照和土壤空白对照，将离心管在165r/min和25℃±1℃条件下连续振荡，分别于2h、16h、25h、41h和48h取出土壤悬浮液于8000r/min离心5min，分离上清液，取样并测定上清液浓度，同时分析空白对照组和无土壤对照组中受试物的实际浓度。不添加椰壳生物炭条件下，几种重金属离子的吸附特性如图2A所示；在土壤中添加5％生物炭条件下，几种重金属离子的吸附特性如图2B所示，本专利技术的椰壳生物炭和广东土壤在去除溶液中的Cd2+、Co2+和/或Cu2+方面具有较好的去除率，最高去除率超过75％；吸附25h达到吸附平衡时，在土壤中添加生物炭能将对Cd2+的吸附率提高17.9％，对Co2+的吸附率提高11.6％，对Cu2+的吸附率提高20％，对主要原因是在土壤中添加生物炭可以改变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种椰壳生物炭，其特征在于，通过如下方法制备得到：/n将椰壳风干后粉碎，粒径控制在3mm以下，填充到瓷坩埚内，加盖密封后于马弗炉内灼烧，以10℃/min的升温速率升到200℃，恒温2h预炭化；然后再以10℃/min的升温速率升温至600℃热解炭化3h，冷却后研磨过100目筛，得到椰壳生物炭。/n

【技术特征摘要】
1.一种椰壳生物炭，其特征在于，通过如下方法制备得到：
将椰壳风干后粉碎，粒径控制在3mm以下，填充到瓷坩埚内，加盖密封后于马弗炉内灼烧，以10℃/min的升温速率升到200℃，恒温2h预炭化；然后再以10℃/min的升温速率升温至600℃热解炭化3h，冷却后研磨过100目筛，得到椰壳生物炭。


2.一种利用椰壳生物炭吸附土壤中重金属离子的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将权利要求1所述的椰壳生物...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘桃妹，曾国驱，叶伟，
申请(专利权)人：广东省微生物研究所广东省微生物分析检测中心，
类型：发明
国别省市：广东;44