一种城市园林废弃物制备高吸附性能生物炭的方法及其产品和应用技术

本发明专利技术公开了一种城市园林废弃物制备高吸附性能生物炭的方法及其产品和应用，属于生物炭材料技术领域。本发明专利技术将城市园林废弃物进行清洗、烘干和粉碎处理，得到生物炭原料；对所述生物炭原料进行热解处理，然后与H

【技术实现步骤摘要】
一种城市园林废弃物制备高吸附性能生物炭的方法及其产品和应用
本专利技术涉及生物炭材料
，特别是涉及一种城市园林废弃物制备高吸附性能生物炭的方法及其产品和应用。
技术介绍
城市园林废弃物是指城市中的绿化植物经自然凋落或人工修剪后所产生的落叶、枯枝、草屑等植物残体。城市园林废弃物的产生量急速增加，并逐渐成为主要的城市固体废弃物之一。由于这些废弃物主要以质地松散的落叶为主，不便于收集和长距离运输，因此传统的处理方式都是和其它城市垃圾一起进行填埋或焚烧。这种处理方式不仅会对环境和周围人群的生活造成长期负面影响，还使得园林废弃物作为一种资源被大量浪费掉。此外，当前中国正在各大城市中有序地推进垃圾分类工作，为分类后的垃圾寻找一种有效的资源化利用途径是推动垃圾循环工作的关键一环。作为城市固体废弃物的重要组成部分，目前园林废弃物主要的资源化利用方式仍仅限在堆肥处理，即将园林废弃物经过微生物发酵后，制备成为堆肥运往农村进行还田处理。但是农村本身拥有丰富的秸秆和畜禽粪便资源，此外秸秆还田还受到农业补贴政策的推动。相比较之下，园林废弃物的收集和运输成本都较高，难以取得较好的资源化利用成果。目前各城市的园林废弃物资源化利用率非常低，因此，开发更多元的资源化利用途径对于推动城市园林废弃物的处理具有重要意义。生物炭是有机质材料在高温限氧条件下经过热解制备出的一种富碳材料，由于其具有较高的比表面积、阳离子交换量和表面官能团等特性，使其对溶液中重金属等污染物具有较强的吸附能力。目前，重金属广泛存在于电镀设施、采矿作业、化肥工业、电池、农药等化工行业的污水中，由于其不可被生物所降解，如不经处理就排放到环境中，会对生态环境和人类健康造成极大的危害。其中尤以镉的毒性强，治理难度大，污染范围广等特点而受到广泛关注。镉在进入土壤后不仅会被植物所吸收，造成植物代谢紊乱降低产量，还会通过食物链在人体中富集，导致一系列疾病的发生。因此去除水体中的镉，守好镉污染防治的第一道防线尤为重要。现阶段生物炭对重金属的吸附在理论研究方面已经取得了一定的成果。但是在实际应用方面受到成本的限制而仅有小范围的使用。因此，如何获得低成本高性能的生物炭是当前生物炭应用迫切需要解决的问题。现有的研究大多集中于提高生物炭成品的吸附能力，缺乏从经济方面兼顾生物炭产率的研究。例如，热解温度、热解时间和升温速率是生物炭制备的主要热解参数。但是这些参数在一般情况下对生物炭的产率和吸附能力的影响则会呈现出相反的效果。例如，稻壳在不同热解温度(300，500，700℃)下制备成为生物炭后用于溶液中镉的吸附去除，结果发现随着热解温度的升高，对镉的吸附量明显增加，但是与此同时，稻壳生物炭的产率也会随着热解温度的升高而逐步降低。枣核生物炭的产率随着热解温度和热解时间的增加而减小，而对甲基蓝的吸附量则随之增加。当升温速率过快时，有机质裂解和富碳物质的蒸发会增加小麦秸秆在热解过程中生物油和气体的产量，并降低生物炭的产率，但是同时生物炭的比表面积的提高也有利于其对污染物的吸附。并且在实际生产中，相比于吸附性能，经济效益才是一种材料得以大规模应用的最主要影响因素，仅仅追求生物炭的高吸附性能而忽视产率或只注重高产率而放弃高吸附性能在经济上都是不可取的。因此，研究一种生物炭产率高且吸附性能强的生物炭制备方法是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种城市园林废弃物制备高吸附性能生物炭的方法及其产品和应用，本专利技术制备的生物炭在保证吸附效果的同时，得到了最高的产率，同时热解温度低，热解时间短，大大降低了能源的消耗，节约了生物炭的制备成本，解决了目前生物炭大规模应用的成本难题和城市园林废弃物的处理问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供了一种城市园林废弃物制备高吸附性能生物炭的方法，包括如下步骤：(1)将城市园林废弃物进行清洗、烘干和粉碎处理，得到生物炭原料；(2)对所述生物炭原料进行热解处理，然后与H2O2溶液混合，再经离心、过滤和烘干处理后得到高吸附性能生物炭。进一步地，在步骤(1)中，城市园林废弃物收集于东北农业大学校园内，所述清洗为先用清水清洗2～3遍，以去除表面附着的灰尘和其他杂质，再用去离子水清洗。进一步地，在步骤(1)中，所述烘干是将清洗后的材料沥干水分后，在烘箱中80～100℃条件下烘8～24h，直至材料质量不再发生变化。进一步地，在步骤(1)中，所述粉碎是将烘干的样品粉碎，并过100目筛。进一步地，在步骤(2)中，所述热解处理选用慢速热解法，所述热解处理的温度为300～700℃，升温速率为4～10℃/min，升温后的热解时间为30～210min；热解处理的参数可进一步优选为：温度300～400℃，升温速率8～10℃/min，升温后的热解时间30～60min；还可更进一步优选为：温度398℃，升温速率10℃/min，升温后的热解时间30min。由于园林废弃物的主要成分为干枯树叶，且树叶的燃点大约在300℃左右，因此本专利技术以300℃为园林废弃物热解的最低研究温度，以慢速热解法为本专利技术生物炭的制备方法，700℃作为最高热解温度。4℃为最低的升温速率，10℃为最快的升温速率，均在慢速热解法的范围内。为了防止最低温度时，由于热解时间太短而导致生物质无法裂解，因此最低热解时间取30min，同时防止在最高温度时热解时间过长而导致生物炭孔隙坍塌破坏造成的吸附性降低，因此选择210min作为热解时间的最大取值。热解前先向管式炉中通入流量为0.4L/min的高纯氮气30min，以排除管内的空气，热解和降温过程中保持0.2L/min的氮气持续流通，防止空气进入管内造成生物炭氧化。进一步地，在步骤(2)中，所述H2O2溶液的质量浓度为15％，所述生物炭原料与H2O2溶液的质量体积比为1g:(20～40)mL；生物炭原料与H2O2溶液的质量体积比可进一步优选为1g:30mL。进一步地，在步骤(2)中，所述离心的转速为150rpm，温度为25℃，时间为12h。进一步地，在步骤(2)中，所述烘干是在烘箱80～100℃条件下烘3～5h。本专利技术还提供了一种所述的城市园林废弃物制备高吸附性能生物炭的方法制备的高吸附性能生物炭。本专利技术还提供了一种所述的高吸附性能生物炭在吸附Cd2+中的应用。本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术可以充分利用城市园林废弃物来制备高效吸附剂材料，实现园林废弃物变废为宝。本专利技术制备的生物炭在保证吸附效果的同时，得到了最高的产率，同时热解温度低，热解时间短，大大降低了能源的消耗，节约了生物炭的制备成本。园林废弃物制备的生物炭具有丰富的官能团、较高的比表面积和离子交换能力，对Cd2+有较强的吸附能力，对污水治理具有广泛的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市园林废弃物制备高吸附性能生物炭的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将城市园林废弃物进行清洗、烘干和粉碎处理，得到生物炭原料；/n(2)对所述生物炭原料进行热解处理，然后与H

【技术特征摘要】
1.一种城市园林废弃物制备高吸附性能生物炭的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将城市园林废弃物进行清洗、烘干和粉碎处理，得到生物炭原料；
(2)对所述生物炭原料进行热解处理，然后与H2O2溶液混合，再经离心、过滤和烘干处理后得到高吸附性能生物炭。


2.根据权利要求1所述的城市园林废弃物制备高吸附性能生物炭的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述清洗为先用清水清洗2～3遍，再用去离子水清洗。


3.根据权利要求1所述的城市园林废弃物制备高吸附性能生物炭的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述烘干是将清洗后的材料沥干水分后，在80～100℃条件下烘8～24h，直至材料质量不再发生变化。


4.根据权利要求1所述的城市园林废弃物制备高吸附性能生物炭的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述粉碎是将烘干的样品粉碎，并过100目筛。


5.根据权利要求1所述的城市园林废弃物制备高吸附性能生物炭的方法，其特征在于，在步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔嵩，柯玉鑫，张福祥，
申请(专利权)人：东北农业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23