利用硅酸盐固化的重金属介导生物炭复合物的生产工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种利用硅酸盐固化的重金属介导生物炭复合物的生产工艺。水鳖对于污水中的锰离子有极好的富集作用，利用水鳖处理将污水中含有的铅、锰和锌重金属吸附于根、茎、叶中，将其与活化的赤泥以及膨润土在高温下分阶段热解，再与沸石共混，制得重金属介导的生物炭复合物。本发明专利技术所述的工艺显著延长了重金属的迁移时间，提高了重金属的稳定性，降低了重金属泄露对环境的污染风险。

【技术实现步骤摘要】
利用硅酸盐固化的重金属介导生物炭复合物的生产工艺
本专利技术属于环境制备
，具体涉及一种重金属介导生物炭的生产工艺。
技术介绍
重金属污染主要分为天然和人为两种。天然的活动包括火山活动和森林火灾等。而人为因素主要是工业生产，如机械加工业产生的酸性废水中含有大量的重金属，采矿和冶金行业所排放的大量污水。其他的人为因素还包括汽车尾气的排放、农药化肥的滥用、生活垃圾的随意丢弃等，经过大气降水将这些污染物淋溶，严重污染土壤、地表水和地下水。重金属进入水体后，难以降解，经过食物链传递，进入生物体，从而使得代谢活动不能正常进行，严重影响人体健康和破坏生态环境。近年来植物修复技术应用广泛，利用植物体对污染场地中的大量重金属进行富集，降低土壤的环境风险，但由此产生了大量受污染的生物质。这些受重金属污染的植物既是污染物的“汇”，也是污染的“源”。有研究表明，重金属会在植物体及其种子中累积且生物有效性增强，而这些重金属不能被植物体降解，一旦植物中的重金属释放回环境，会对土壤和地下水造成二次污染。科学处置植物修复产生的生物质是进一步发展植物修复技术的重要基础。对受污染生物质的处置研究要遵从以下三个原则：一是彻底解决废物堆积问题，二是成本低廉易操作，第三是尽可能回收有价值产品。为实现植物修复产物的减量化、无害化处置和再利用，目前处置植物修复产物的方法借鉴固体废弃物的处置技术，主要有：压缩填埋、液相萃取、堆肥、焚烧等。但由于此类技术得到的生物炭或生物质在不断的老化过程中，依然存在释放重金属的危险。由于上述原因，亟需寻找一种能稳定固化富集有重金属的生物质的处置方法。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术人对现有富集重金属的生物质及其处理方法进行了锐意研究，研究出一种利用硅酸盐固化的重金属介导生物炭复合物的生产工艺。水鳖对于污水中的锰离子有极好的富集作用，利用水鳖处理将污水中含有的铅、锰和锌重金属吸附于根、茎、叶中，将其与活化的赤泥以及膨润土在高温下分阶段热解，再与沸石共混，制得重金属介导的生物炭复合物。本专利技术所述的工艺明显延长了重金属的迁移时间，提高了重金属的稳定性。其中利用的赤泥变废为宝，符合当下“绿色发展”的理念，从而完成了本专利技术。具体来说，本专利技术的目的在于提供以下方面：一方面，提供一种重金属介导生物炭复合物的生产工艺，所述生产工艺包括：步骤1，制备重金属基生物质；步骤2，将步骤1制备的重金属基生物质与含硅酸盐的复合物热解。另一方面，提供一种如第一方面所述的生产工艺制得的重金属介导生物炭复合物。本专利技术所具有的有益效果包括：(1)根据本专利技术提供的重金属介导生物炭复合物的生产工艺，延长了重金属的迁移时间，提高了重金属的稳定性。(2)根据本专利技术提供的重金属介导生物炭复合物的生产工艺，分阶段热解将铅、锰和锌重金属负载于生物炭复合物中，降低了铅、锰和锌重金属的溶出率，以及对环境的危险性。(3)根据本专利技术提供的重金属介导生物炭复合物的生产工艺，利用的赤泥以废治废，与膨润土、沸石共混至生物炭复合物中，提高了生物炭复合物的保水性。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术进一步详细说明。通过这些说明，本专利技术的特点和优点将变得更为清楚明确。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本专利技术一方面，提供一种利用硅酸盐固化的重金属介导生物炭复合物的生产工艺，所述工艺包括:步骤1，制备重金属基生物质。随着经济发展，工业化的进程越来越快，大量重金属等污染物的工业发展迅速，越来越多的废水和城市生活污水被排入自然水体中，严重污染了江、河、湖、泊和地下水体。而且，随着国家和世界工业的发展和进步，重金属的产量也会越来越高，若是不加以控制，其对环境所造成的危害将无法估量。因此，本专利技术选用水生植物富集污染水中的重金属，将含有重金属的水生植物干燥、热解得到生物炭复合物，将重金属稳定包覆或富集在热解的生物炭复合物中，延长重金属的迁移时间，避免重金属对水体造成二次污染。在本专利技术中，所述水生植物包括挺水植物、浮叶植物，沉水植物、漂浮植物中的任意一种或多种，优选沉水植物，例如苦草、水鳖、马来眼子菜等，更优选水鳖。根据本专利技术，所述水生植物受天气等自然因素的影响较小，而且不用占据稀缺的陆地资源，特别是生长环境使得水生植物本身已有丰富的孔隙结构支撑其呼吸作用，对重金属吸收效果好，在制备生物炭材料方面具有明显的优势。在本专利技术中，所述水鳖庞大的根须不断地吸收水中的污染物﹐其惊人的繁殖速度造就了超强的净化水质的本领，可以从污水中吸附大量的锰、锌等有毒的重金属。根据本专利技术，水生植物在生长过程中将污水中的重金属元素吸收，原位富集于水生植物的组织中，制得的生物炭中重金属元素不会团聚，延长重金属的迁移时间。但是，水生植物对重金属的吸附能力是有限的，且不同的重金属可能存在竞合作用，导致水生植物吸附重金属效果存在差异。进一步地，为了使水生植物吸附更多的重金属元素，本法专利技术人发现，水生植物，特别是水鳖，可同时对重金属铅、锰、锌吸收，且富集量高。当污水中的铅元素浓度为100～400mg/L，锰元素浓度为400～800mg/L，锌元素浓度为200～600mg/L时，不会影响水生植物的正常生长，且可以实现污水中重金属的高富集。在进一步优选实施方式中，污水中的铅元素浓度为150～300mg/L，锰元素浓度为450～700mg/L，锌元素浓度为300～500mg/L。在更进一步优选实施方式中，污水中的铅元素浓度为250～290mg/L，锰元素浓度为550～600mg/L，锌元素浓度为400～430mg/L。根据本专利技术，水生植物在富含有重金属铅、锰、锌的污水中生长，为了避免水生植物由于富集重金属过量导致死亡，应对水生植物及时打捞，避免水生植物死亡以及腐烂对水体造成二次污染。因此，水生植物的生长周期不超过60天，优选20～50天，更优选25～30天。本专利技术人发现，不同浓度的重金属含量，水生植物的根、茎、叶的吸附量不同，总的来说，水生植物的根部对重金属的吸附量更大，生物量也最大。但为避免重金属的二次污染，优选将水生植物整体作为生物质参与热解反应。在本专利技术中，将水生植物预先干燥再热解，避免水生植物中含有的水分过多，影响生物炭的孔隙率，进而影响生物炭的稳定性。根据本专利技术，所述干燥温度为80～160℃，优选为100～130℃，更优选为105～110℃；所述干燥时间为0.5～5h，优选1～3h，更优选2～2.5h。根据本专利技术，由于未经粉碎处理的重金属基生物质体积大，不利于热解反应，优选将干燥的重金属基生物质粉碎至粒径为100～300μm，优选为120～200μm，更优选为140～160μm。步骤2，将步骤1制备的重金属基生物质与含硅酸盐的复合物共同进行热解。在步骤2中，所述含硅酸盐的复合物包括赤泥、膨润土本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重金属介导生物炭复合物的生产工艺，其特征在于，所述生产工艺包括：/n步骤1，制备重金属基生物质；/n步骤2，将步骤1制备的重金属基生物质与含硅酸盐的复合物共同进行热解。/n

【技术特征摘要】
1.一种重金属介导生物炭复合物的生产工艺，其特征在于，所述生产工艺包括：
步骤1，制备重金属基生物质；
步骤2，将步骤1制备的重金属基生物质与含硅酸盐的复合物共同进行热解。


2.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，在步骤1中，选用水生植物富集污水中的重金属，制备重金属基生物质；
所述水生植物包括挺水植物、浮叶植物，沉水植物、漂浮植物中的任意一种或多种，优选沉水植物，例如苦草、水鳖、马来眼子菜等，更优选水鳖。


3.根据权利要求1或2所述的生产工艺，其特征在于，在步骤1中，将富集有重金属的水生植物在温度为80～160℃下干燥0.5～5h，得到重金属基生物质。


4.根据权利要求3所述的生产工艺，其特征在于，在步骤1中，所述重金属元素包括铅、锰、锌，其中，污水中铅元素浓度为100～400mg/L，锰元素浓度为400～800mg/L，锌元素浓度为200～600mg/L。


5.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，在步骤2中，所述含硅酸盐的复合物包括赤泥、膨润土、壳聚糖、泥炭中的任意一种或几种，优选为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张根，潘璐璐，杨波，
申请(专利权)人：深圳金普迈生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44