一种复合生物炭及其制备方法、工业固废的生态修复方法技术

本发明专利技术涉及一种复合生物炭及其制备方法、工业固废的生态修复方法，属于工业固废处置技术领域，解决了现有技术中的酸性渣堆场采用碱中和后仍会释放酸性物质导致其酸化，常规的试剂中和存在pH逐渐降低难以稳定的技术问题。该复合生物炭的内核结构为水热炭与赤泥成型颗粒，外壳结构为水热炭与碱成型颗粒。该复合生物炭的制备方法包括：步骤1、破碎废弃生物质；步骤2、制备脱水水热炭；步骤3、制备水热炭与赤泥成型颗粒；步骤4、制备以水热炭与赤泥成型颗粒为内核、外面包裹水热炭与碱成型颗粒的复合成型颗粒；步骤5、将复合成型颗粒在惰性气体中炭化，得到复合生物炭。本发明专利技术制备的核壳结构的复合生物炭具有良好的碱性缓释效果。

【技术实现步骤摘要】
一种复合生物炭及其制备方法、工业固废的生态修复方法
本专利技术涉及工业固废处置
，尤其涉及一种复合生物炭及其制备方法、工业固废的生态修复方法。
技术介绍
工业生产过程产生大量工业废弃物，大量固体废弃物主要通过堆存方式进行处置，产生了严重的环境危害。酸性废渣是工业固废中的一种，具有较强的酸性，对地下水、土壤具有巨大的污染风险。硫酸渣是黄铁矿生产硫酸过程中产生的一种酸性废渣，我国的排放量大约有1200万吨，资源化利用率低，目前依然通过堆存方式处置。为了减少酸性渣堆场环境污染，需要解决酸性渣堆场的强酸性问题，在酸性调控的基础，可以通过植物定植进行生态修复。酸性渣堆场无害化处置的关键在于酸性调控。常用酸性调控主要通过添加碱性试剂进行中和，现有技术采用的碱性试剂只能实现一次性中和，而酸性渣堆场会不断释放酸性物质导致pH逐渐降低，如何实现酸性中和以及pH的长期稳定，是目前该
亟待解决的问题，在中和及稳定酸性渣堆场pH后为生态修复提供良好基础。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种复合生物炭及其制备方法、工业固废的生态修复方法，用以解决现有技术中的酸性渣堆场采用碱中和后仍会释放酸性物质导致其酸化，常规的试剂中和存在pH逐渐降低难以稳定的技术问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一方面，本专利技术提供了一种复合生物炭，复合生物炭为核壳结构，复合生物炭的内核结构为水热炭与赤泥成型颗粒；复合生物炭的外壳结构为水热炭与碱成型颗粒。另一方面，本专利技术还提供了一种复合生物炭的制备方法，用于制备上述的复合生物炭，包括以下步骤：步骤1、将废弃生物质进行破碎；步骤2、将破碎后的废弃生物质进行水热炭化，将水热炭化产物进行固液分离，得到固态水热炭，对固态水热炭进行脱水处理，得到脱水水热炭；步骤3、将部分脱水水热炭与赤泥混合均匀后加入到造粒机中，喷洒粘结剂进行造粒成型，得到水热炭与赤泥成型颗粒；步骤4、向造粒机中继续加入均匀混合的脱水水热炭与碱，喷洒粘结剂进行造粒成型，得到以水热炭与赤泥成型颗粒为内核、外面包裹水热炭与碱成型颗粒的复合成型颗粒；步骤5、将复合成型颗粒在惰性气体中炭化，得到复合生物炭。进一步地，在步骤1中，废弃生物质为木质纤维素类生物质；木质纤维素类生物质中木质素、纤维素、半纤维素质量含量大于50％；破碎后废弃生物质的粒径小于0.2mm。进一步地，在步骤2中，水热炭化过程中，废弃生物质与水的质量比为1:1-1:5；水热炭化温度为150-280℃，水热炭化时间为30-300min；脱水处理后的固态水热炭的含水量小于10％。进一步地，在步骤2中，水热炭化时加入用量为废弃生物质质量的2-8％的活化剂；活化剂包括柠檬酸、草酸、酒石酸或马来酸中的一种。进一步地，在步骤3中，赤泥粒径小于0.074mm，赤泥与脱水水热炭的质量比为1:1-1:3；粘结剂为质量浓度为2％-8％的聚乙烯醇水溶液；粘结剂用量为脱水水热炭与赤泥总质量的5％-10％，成型后复合颗粒直径为0.1-0.2mm。进一步地，在步骤4中，碱为氢氧化钠或氢氧化钾固体粉末，碱与脱水水热炭的质量比为1:1-5:1；粘结剂为质量浓度为2％-8％的聚乙烯醇水溶液，粘结剂用量为脱水水热炭与碱总质量的3％-8％，成型后复合颗粒直径为0.3-0.5mm。进一步地，在步骤5中，惰性气体为氮气、氩气；炭化时的升温速率为5-10℃/min，炭化温度为600-1200℃，炭化时间为1-5h。进一步地，在步骤1中，木质纤维素类生物质包括秸秆、木屑、落叶、甘蔗渣、椰壳中的一种或多种。再者，本专利技术还提供一种工业固废无害化处置方法，利用上述的复合生物炭或上述制备方法制备的复合生物炭进行工业固废生态修复，包括以下步骤：步骤1、将酸性渣堆场周围建设植物种植区；步骤2、在种植区内将复合生物炭与土壤混合均匀，并老化一定时间；步骤3、在改良后的土壤上进行植物定植，实现生态修复。与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：(1)本专利技术提供了一种复合生物炭，复合生物炭的内核结构为水热炭与赤泥成型颗粒，水热炭与赤泥成型颗粒具有良好的碱缓释能力；复合生物炭的外壳结构为水热炭与碱成型颗粒，水热炭与碱成型颗粒的碱性组分能够快速中和酸性渣堆场中的酸，有利于在酸性渣酸性中和后实现酸性渣堆场周围环境的pH的长期稳定。(2)本专利技术提供的复合生物炭的制备方法，利用资源丰富、成本低及可再生的废弃生物质为原料、利用碱性工业废渣赤泥，制备碱性的复合生物炭用于调控酸性渣，具有廉价、高效及协同处置的优势。(3)生物质水热处理有利于制备孔径丰富的复合生物炭，并且复合生物炭中碱性物相(氢氧化钠或氢氧化钾)与炭材料紧密结合，复合生物炭有利于吸附酸性渣中的有害金属，实现金属的固化，即复合生物炭的多孔结构增加了比表面积(200-800m2/g)，并且为金属离子进入复合生物炭内部提供通道，复合生物炭表面存在的极性基团能够通过化学作用结合金属离子，实现金属离子固化。(4)本专利技术还提供了工业固废无害化处置方法，通过在种植坑内铺设复合生物炭并与土壤混合均匀以及将植物放置于种植坑内，通过植物定植进行生态修复，是一种廉价、高效、协同的方法实现酸性渣的酸性调控。本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为复合生物炭的结构示意图；图2为复合生物炭的制备流程图；图3为复合生物炭的粉末扫描电镜图。附图标记：1-水热炭与赤泥成型颗粒；2-水热炭与碱成型颗粒。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本专利技术的一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理，并非用于限定本专利技术的范围。一方面，本专利技术提供一种复合生物炭，复合生物炭粉末的扫描电镜如图3所示，复合生物炭为核壳结构，复合生物炭的内核结构为水热炭与赤泥成型颗粒；复合生物炭的外壳结构为水热炭与碱成型颗粒。具体地，如图1所示，本专利技术的复合生物炭为核壳结构，复合生物炭的内核结构为水热炭与赤泥成型颗粒；复合生物炭的外壳结构为水热炭与碱成型颗粒。与现有技术中的直接采用碱性试剂进行中和反应相比，作为复合生物炭中的内核结构的水热炭与赤泥成型颗粒具有良好的碱缓释能力；作为复合生物炭的外壳结构的水热炭与碱成型颗粒的碱性组分能够快速中和酸性渣堆场中的酸，有利于在酸性渣酸性中和后实现酸性渣堆场周围环境的pH的长期稳定。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，所述复合生物炭为核壳结构；/n所述复合生物炭的内核结构为水热炭与赤泥成型颗粒；所述复合生物炭的外壳结构为水热炭与碱成型颗粒。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合生物炭，其特征在于，所述复合生物炭为核壳结构；
所述复合生物炭的内核结构为水热炭与赤泥成型颗粒；所述复合生物炭的外壳结构为水热炭与碱成型颗粒。


2.一种复合生物炭的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1所述的复合生物炭，包括以下步骤：
步骤1、将废弃生物质进行破碎；
步骤2、将破碎后的废弃生物质进行水热炭化，将水热炭化产物进行固液分离，得到固态水热炭；对固态水热炭进行脱水处理，得到脱水水热炭；
步骤3、将部分脱水水热炭与赤泥混合均匀后加入到造粒机中，喷洒粘结剂进行造粒成型，得到水热炭与赤泥成型颗粒；
步骤4、向造粒机中继续加入均匀混合的脱水水热炭与碱，喷洒粘结剂进行造粒成型，得到以水热炭与赤泥成型颗粒为内核、外面包裹水热炭与碱成型颗粒的复合成型颗粒；
步骤5、将所述复合成型颗粒在惰性气体中炭化，得到复合生物炭。


3.根据权利要求2所述的复合生物炭的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述废弃生物质为木质纤维素类生物质；
所述木质纤维素类生物质中木质素、纤维素和半纤维素的质量含量大于50％；
所述破碎后废弃生物质的粒径小于0.2mm。


4.根据权利要求2所述的复合生物炭的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，水热炭化过程中，废弃生物质与水的质量比为1:1-1:5；
水热炭化温度为150-280℃，水热炭化时间为30-300min；
脱水处理后的固态水热炭的含水量小于10％。


5.根据权利要求2所述的复合生物炭的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，水热炭化时加入用量为废弃生物质...

【专利技术属性】
技术研发人员：王重庆，曹亦俊，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41