一种镉污染土壤修复用生物质炭及其制备方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种镉污染土壤修复用生物质炭及其制备方法和系统，其修复系统包括重金属固定机构、温室机构、恒温水循环机构和控制机构；重金属固定机构包括主箱体以及在主箱体内自下而上设置的恒温储水窖、吸水基质层、污染土壤贮存层和生物质炭固定层，吸水基质层由镉污染土壤修复用生物质炭以及硅藻土复混构成；温室机构包括温室箱体、基质材料层以及观赏植物；恒温水循环机构包括恒温水箱、连接恒温水箱和恒温储水窖的进水管、以及连接温室箱体和恒温水箱的冷凝管；控制机构能够控制恒温水循环机构为恒温储水窖提供恒温水。本发明专利技术能充分浸润、解离污染土壤层的镉，并被生物质炭吸附、固定去除，有利于镉污染土壤的高效修复。有利于镉污染土壤的高效修复。有利于镉污染土壤的高效修复。

【技术实现步骤摘要】
一种镉污染土壤修复用生物质炭及其制备方法和系统


[0001]本专利技术属于土壤修复
，具体涉及一种镉污染土壤修复用生物质炭及其制备方法和系统。

技术介绍

[0002]随着工农业生产和经济社会的不断发展，农田土壤重金属与塑化剂类有机物污染日趋突出。中国科学院研究指出，我国粮食主产区耕地土壤重金属污染呈上升趋势，近20年点位超标率从7.16%增加至21.49%，部分矿区附近污染耕地超标率甚至重达93.75%。
[0003]传统的镉污染土壤修复一般采用冲洗土壤或化学试剂淋洗的方式，虽然有一定的修复效果，但是其缺点显著。如：公布号为CN 111790742 A的专利技术专利申请公开了一种农田土壤镉污染修复装置，采用冲洗土壤的方式修复，泥土沾水后变粘稠、易结块，影响冲洗难度和效果，同时冲洗土壤会破坏土壤结构、造成土壤营养元素流失，并且冲洗土壤需要消耗大量水资源造成净化成本增加，部分土壤还会随水流流失影响修复效果。如：公布号为CN 104226680 A的专利技术专利公开了一种镉污染土壤的修复装置，采用化学淋洗的方式修复，易造成化学试剂残留，造成突然的二次污染。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种镉污染土壤修复用生物质炭及其制备方法和系统，能充分浸润、解离污染土壤层的镉，并被生物质炭吸附、固定去除，有利于镉污染土壤的高效修复。
[0005]本专利技术提供了如下的技术方案：一种镉污染土壤修复用生物质炭的制备方法，包括以下步骤：将农业生物质棉秆粉加入去离子水中，搅拌均匀后滴加浓磷酸，经超声浸渍、加热搅拌、粉碎和过筛后，得到预处理秸秆粉料；将预处理秸秆粉料和三聚氰胺混合并研磨均匀后放入管式碳化炉中进行碳化，冷却，得到镉污染土壤修复用生物质炭。
[0006]进一步的，所滴加的浓磷酸的质量分数为82~87%，在超声波中振荡浸渍25~35min，再加热至140~160℃下搅拌反应11~13h得到固体反应物，所述固体反应物经粉碎后过40~60目筛。
[0007]进一步的，所述预处理秸秆粉料和三聚氰胺按（23~25）：（5~7）的质量比混合并研磨均匀后放入管式碳化炉中，在氮气氛围下升温至800℃，碳化1~2h，再升温至900℃，气氛更换为氨气，碳化1~3h，停止通入氨气；再通入氮气，冷却降温至室温。
[0008]一种镉污染土壤修复用生物质炭，采用所述的镉污染土壤修复用生物质炭的制备方法制备获得。
[0009]一种镉污染土壤修复系统，包括重金属固定机构、温室机构、恒温水循环机构和控制机构；
所述重金属固定机构包括主箱体以及在主箱体内自下而上依次设置的恒温储水窖、吸水基质层、污染土壤贮存层和生物质炭固定层，所述吸水基质层由所述的镉污染土壤修复用生物质炭以及硅藻土复混构成；所述温室机构包括与主箱体相连的温室箱体、设于温室箱体内的基质材料层以及生长于基质材料层上的观赏植物，所述基质材料层设于生物质炭固定层上方；所述恒温水循环机构包括恒温水箱、连接恒温水箱和恒温储水窖的进水管、以及连接温室箱体和恒温水箱的冷凝管；所述控制机构与恒温水循环机构相连，且能够控制恒温水循环机构为恒温储水窖提供恒温水。
[0010]进一步的，所述吸水基质层中粉状的生物质炭和硅藻土的质量比为（3~5）：（7~5）；所述污染土壤贮存层的高度为30~50cm，所述污染土壤贮存层对应的主箱体侧壁设有第一开口，且第一开口处设置第一移门；所述生物质炭固定层的高度为10~30cm，所述生物质炭固定层对应的主箱体侧壁设有第二开口，且第二开口处设置第二移门。
[0011]进一步的，所述恒温储水窖和吸水基质层之间设置隔层一，所述吸水基质层和污染土壤贮存层之间设置隔层二，所述污染土壤贮存层和生物质炭固定层之间设置隔层三，所述生物质炭固定层与基质材料层之间设置隔层四；所述隔层一、隔层二、隔层三和隔层四的主体为不锈钢骨架，且骨架内填充有抗老化、耐腐蚀、透气透水材料。
[0012]进一步的，所述恒温水箱一侧壁设有与进水管相连的出水口，另一侧壁设有补水口；所述恒温水箱内设有电加热丝和温度传感器，所述进水管设有水流控制阀，所述电加热丝、温度传感器和水流控制阀分别与控制机构相连。
[0013]进一步的，还包括设于温室箱体上部的除湿机构，所述除湿机构包括与控制机构分别相连的排湿风机、送风机和湿度传感器；所述温室箱体上部侧壁设有与冷凝管相连的除湿口，所述湿度传感器安装于除湿口下方，所述排湿风机的出口端与除湿口相连，所述送风机能够将室外空气送入温室箱体。
[0014]进一步的，还包括蓄电池以及与蓄电池相连的太阳能电池板，所述太阳能电池板通过可调角度支架安装在恒温水箱顶部，所述蓄电池为恒温水循环机构、控制机构和除湿机构供电。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术提供的镉污染土壤修复用生物质炭的制备方法，工艺简单，操作方便，所制备的生物质炭专用于固定重金属镉，对重金属镉的吸附饱和量高达120000mg/Kg，远高于传统生物质炭的镉饱和吸附量；（2）本专利技术提供的镉污染土壤修复系统，在恒温水循环机构的辅助下，巧妙地将毛细、蒸腾、蒸发、负压等作用结合，促进水份自下而上依次经过恒温储水窖、吸水基质层、污染土壤贮存层、生物质炭固定层和基质材料层，充分浸润、解离污染土壤层的镉，并由生物质炭吸附、固定去除，有利于镉污染土壤的高效修复；（3）本专利技术所采用的原料来源广泛，价格低廉，所提供的修复系统结构简单，节能环保，易于推广。
附图说明
[0016]图1是镉污染土壤修复系统的结构示意图；图中标记为：1、恒温储水窖；2、隔层一；3、吸水基质层；4、隔层二；5、污染土壤贮存层；6、隔层三；7、生物质炭固定层；8、隔层四；9、基质材料层；10、观赏植物；11、除湿口；12、湿度传感器；13、第二移门；14、第一移门；15、冷凝管；16、太阳能电池板；17、补水口；18、单片机；19、电加热丝；20、温度传感器；21、水流控制阀；22、蓄电池；23、恒温水箱；24、排湿风机；25、送风机；26、进水管；101、主箱体；102、温室箱体。
具体实施方式
[0017]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0018]需要说明的是，在本专利技术的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术而不是要求本专利技术必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0019]实施例1本实施例提供一种镉污染土壤修复用生物质炭的制备方法，包括以下步骤：（1）将农业生物质棉秆粉加入去离子水中，搅拌均匀后滴加质量分数为85%的浓磷酸，在超声波中振荡浸渍25min，再加热至150℃下搅拌反应12h得到固体反应物，所述固体反应物经粉碎后过50目筛，得到预处理秸秆粉料；（2）将预处理秸秆粉料和三聚氰胺按本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镉污染土壤修复用生物质炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将农业生物质棉秆粉加入去离子水中，搅拌均匀后滴加浓磷酸，经超声浸渍、加热搅拌、粉碎和过筛后，得到预处理秸秆粉料；将预处理秸秆粉料和三聚氰胺混合并研磨均匀后放入管式碳化炉中进行碳化，冷却，得到镉污染土壤修复用生物质炭。2.根据权利要求1所述的镉污染土壤修复用生物质炭的制备方法，其特征在于，所滴加的浓磷酸的质量分数为82~87%，在超声波中振荡浸渍25~35min，再加热至140~160℃下搅拌反应11~13h得到固体反应物，所述固体反应物经粉碎后过40~60目筛。3.根据权利要求1所述的镉污染土壤修复用生物质炭的制备方法，其特征在于，所述预处理秸秆粉料和三聚氰胺按（23~25）：（5~7）的质量比混合并研磨均匀后放入管式碳化炉中，在氮气氛围下升温至800℃，碳化1~2h，再升温至900℃，气氛更换为氨气，碳化1~3h，停止通入氨气，再通入氮气，冷却降温至室温。4.一种镉污染土壤修复用生物质炭，其特征在于，采用权利要求1~3中任一项所述的镉污染土壤修复用生物质炭的制备方法制备获得。5.一种镉污染土壤修复系统，其特征在于，包括重金属固定机构、温室机构、恒温水循环机构和控制机构；所述重金属固定机构包括主箱体以及在主箱体内自下而上依次设置的恒温储水窖、吸水基质层、污染土壤贮存层和生物质炭固定层，所述吸水基质层由权利要求4所述的镉污染土壤修复用生物质炭以及硅藻土复混构成；所述温室机构包括与主箱体相连的温室箱体、设于温室箱体内的基质材料层以及生长于基质材料层上的观赏植物，所述基质材料层设于生物质炭固定层上方；所述恒温水循环机构包括恒温水箱、连接恒温水箱和恒温储水窖的进水管、以及连接温室箱体和恒温水箱的冷凝管；所述控制机构与恒温水循环机构相连，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：李坤权，闵炳坤，曾少毅，赵广欣，刘平，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：