一种基于桑树枝废弃物的富磷生物炭的制备及应用制造技术

本发明专利技术属于农业废弃物回收资源化利用和土壤改良技术领域，具体涉及一种基于桑树枝废弃物的富磷生物炭的制备及应用，本发明专利技术通过连续热解制备成富磷生物碳，制备得到的富磷生物碳应用于农田土壤重金属的污染治理中，能有效地钝化土壤重金属，抑制了农作物吸收累积重金属的过程，同时促进土壤对作物的营养供给，可作为一种高效的土壤修复用碳基土壤调理剂。本发明专利技术可大量消减桑枝废弃物，并且能够使其得到有效的资源化利用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于桑树枝废弃物的富磷生物炭的制备及应用
本专利技术属于农业废弃物回收资源化利用和土壤改良
，具体涉及一种基于桑树枝废弃物的富磷生物炭的制备及应用。
技术介绍
我国是一个农业大国，随着现代农业的迅速发展，大面积的农林产业在收获果实与木材的同时也会产生废弃物。据报道，农林废弃物的年产量接近20多亿吨，除少部分得到再利用外，绝大部分被直接焚烧浪费掉，造成了直接或间接的环境污染。其中，桑枝废弃物是一种典型的农林废弃物。我国成林桑园产桑枝1522t，占桑园产出的60％以上。目前，绝大多数桑枝废弃物没有得到充分的利用。如何有效地利用桑枝废弃物，使其得到更好的资源化回收，成为近年来亟需解决的技术难题之一。目前桑枝废弃物的回收利用主要包括药物提取，食用菌栽培和絮凝剂的研发等。然而，药物提取和食用菌栽培等对于桑枝的处理量非常有限，绝大部分桑枝废弃物仍然被直接燃烧掉，同时上述工艺仍然存在废弃物的处理问题。因此亟需开发能够更有效的实现桑枝废弃物减量化和资源化的处理办法。目前，土壤重金属污染日趋严重，特别是农田耕地土壤，重金属污染造成农产品中的重金属含量严重超标，对人们的身体健康造成了巨大的威胁。目前，我国受污染耕地的面积已经接近1.5亿亩，污水灌溉耕地约3250万亩，每年因耕地污染造成的直接经济损失达200亿元以上，同时近年来，我国因食用重金属污染超标农产品造成疾病的案例不断被报道。农产品安全问题已经威胁到了人们的身体健康和美好生活。因此，研发有效的土壤重金属污染治理技术十分必要。当前，尚未有关于将桑枝废弃物制备成富磷生物炭，并将其应用于改良重金属污染土壤方面的报道。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提出了一种基于桑树枝废弃物的富磷生物炭的制备方法，制备得到的富磷生物碳可作为一种高效的土壤修复用碳基土壤调理剂，应用于农田土壤重金属的污染治理中，既可大量消减桑枝废弃物，又能够使桑枝废弃物得到有效的资源化利用。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：本专利技术提供了一种基于桑树枝废弃物的富磷生物炭的制备方法，该方法包括以下步骤：S1、对桑枝废弃物进行洗涤、干燥后粉碎成颗粒物；S2、利用NaOH溶液对粉碎后的桑枝废弃物进行碱化处理，经烘干后得到生物质；S3、往碱化后的生物质中加入引发剂和表面活性剂进行醚化处理，醚化过程中进行微波消解，促进醚化反应的发生；醚化反应后对生物质原料进行高温活化，活化的温度为150℃-200℃；S4、将活化的生物质与水混合后进行搅拌，并在搅拌过程中加入磷酸二氢钾溶液，然后维持75-85℃的温度搅拌3-5h，搅拌后经烘干得到富磷生物质材料；S5、将富磷生物质材料置于真空密闭环境中进行热解处理：即先以3-5℃/min的速度慢速升温至250-300℃，然后以30-50℃/min的速度快速升温至350-650℃，保温热解3-5h，得到生物质碳；S6、对热解后的生物质碳冷却至室温，然后进行研磨过筛后利用碱液进行活化，最后经烘干得到富磷生物炭。优选地，步骤S2所述NaOH溶液的浓度为6％-10％。进一步地，NaOH溶液的浓度为6％。优选地，在步骤S2的碱化处理中，桑枝废弃物与NaOH溶液的料液比为1：5-1：15，碱化处理的时间为2-6h。进一步地，桑枝废弃物与NaOH溶液的料液比为1：10，碱化处理的时间为4h。优选地，步骤S3中的引发剂为Fe2+/H2O，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(C19H42BrN)或十二烷基苯磺酸钠(C18H29NaO3S)。优选地，步骤S3中，所述引发剂的浓度为2-10g/L，添加量为1-2L/kg，所述表面活性剂的浓度为5-10mol/L，添加量为3-4L/kg。进一步地，所述引发剂的浓度为4g/L，添加量为1L/kg，所述表面活性剂的浓度为5mol/L，添加量为3L/kg。优选地，步骤S3中，先微波消解1h，微波功率为800W-1200W，然后继续搅拌浸渍12-24h。进一步地，微波功率为800W，然后继续搅拌浸渍12h。优选地，步骤S3中，高温活化的温度为150℃-200℃，活化时间为6-8h。进一步地，高温活化的温度为150℃，活化时间为6h。磷酸二氢钾溶液的浓度为1-15g/L，以200-1000mL/h的速率缓慢滴加，滴加时长为20-40h。进一步地，磷酸二氢钾溶液的浓度为10g/L，以500mL/h的速率缓慢滴加，滴加时长为20h。优选地，所述桑枝废弃物为桑树园林裁剪枝条所剩的废弃物。优选地，步骤S1所述粉碎为粉碎至粒径为10-100mm的粉末状。优选地，步骤S5中，热解处理采用绝氧热解炉，通过抽真空和通入保护气体(CO2)，使得所述装置内腔体形成真空或者绝氧状态。优选地，步骤S6中，使用浓度为1-3mol/L的酸溶液或者碱溶液作为活化剂浸泡生物质碳2-6h对其进行活化。进一步地，使用浓度为1mol/L的酸溶液或者碱溶液作为活化剂浸泡生物质碳4h对其进行活化。优选地，步骤S6中，研磨后过20-100目筛。本专利技术还提供了采用上述的方法制备得到的基于桑树枝废弃物的富磷生物炭。本专利技术还提供了上述的基于桑树枝废弃物的富磷生物炭在改良重金属污染土壤方面的应用。采用本专利技术方法制备的富磷生物炭，物料是由桑枝废弃的枝条组成，其木质素含量比较高，经过高温热解和活化，其表面仍含有多种含氧官能团(羧基，羟基，羰基，内酯酸等)，这些基团能够通过络合作用、π-π作用等吸附土壤和水中的重金属，实现了生物炭钝化重金属的过程。同时，本专利技术通过预负载技术工艺制备的富磷生物炭，含有丰富的磷酸盐灰分，磷酸根具有调剂土壤pH和络合重金属的能力，从而进一步降低了重金属的危害，提高了生物炭的吸附能力，并且磷酸作为作物必须的营养元素，可以促进植物的生长。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种基于桑树枝废弃物的富磷生物炭的制备方法，将桑枝废弃物通过预负载联合热解技术，通过连续热解制备成富磷生物碳，制备得到的富磷生物碳应用于农田土壤重金属的污染治理中，能有效地钝化土壤重金属，抑制了农作物吸收累积重金属的过程，同时促进土壤对作物的营养供给，可作为一种高效的土壤修复用碳基土壤调理剂。本专利技术可大量消减桑枝废弃物，并且能够使其得到有效的资源化利用。总体而言，本专利技术具有以下优点：(1)采用本专利技术方法制备富磷生物炭，与现有技术相比可以实现桑枝废弃物的大量消减。目前桑枝废弃物的主要处理方式为无处理直接丢弃。丢弃后的枝条无法快速消减桑枝废弃物，造成了农村果园及周边环境的污染。本专利技术提供了一种有效消减桑植废弃物的工艺技术，能够通过热解工艺技术，在相对较短的时间内，实现对桑枝废弃物的快速热解处理，同时能够一次性大量地处理桑枝废弃物，弥补了现有桑枝废弃物处理工艺无法大批量快速消除桑枝废弃物的不足。(2)采用本专利技术方法制备富磷生物炭，与现有技术相比提高了桑枝废弃物的资源化利用率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于桑树枝废弃物的富磷生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、对桑枝废弃物进行洗涤、干燥后粉碎成颗粒物；/nS2、利用NaOH溶液对粉碎后的桑枝废弃物进行碱化处理，经烘干后得到生物质；/nS3、往碱化后的生物质中加入引发剂和表面活性剂进行醚化处理，醚化过程中进行微波消解，促进醚化反应的发生；醚化反应后对生物质原料进行高温活化，活化的温度为150℃-200℃；/nS4、将活化的生物质与水混合后进行搅拌，并在搅拌过程中加入磷酸二氢钾溶液，然后维持75-85℃的温度搅拌3-5h，搅拌后经烘干得到富磷生物质材料；/nS5、将富磷生物质材料置于真空密闭环境中进行热解处理：即先以3-5℃/min的速度慢速升温至250-300℃，然后以30-50℃/min的速度快速升温至350-650℃，保温热解3-5h，得到生物质碳；/nS6、对热解后的生物质碳冷却至室温，然后进行研磨过筛后利用碱液进行活化，最后经烘干得到富磷生物炭。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于桑树枝废弃物的富磷生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对桑枝废弃物进行洗涤、干燥后粉碎成颗粒物；
S2、利用NaOH溶液对粉碎后的桑枝废弃物进行碱化处理，经烘干后得到生物质；
S3、往碱化后的生物质中加入引发剂和表面活性剂进行醚化处理，醚化过程中进行微波消解，促进醚化反应的发生；醚化反应后对生物质原料进行高温活化，活化的温度为150℃-200℃；
S4、将活化的生物质与水混合后进行搅拌，并在搅拌过程中加入磷酸二氢钾溶液，然后维持75-85℃的温度搅拌3-5h，搅拌后经烘干得到富磷生物质材料；
S5、将富磷生物质材料置于真空密闭环境中进行热解处理：即先以3-5℃/min的速度慢速升温至250-300℃，然后以30-50℃/min的速度快速升温至350-650℃，保温热解3-5h，得到生物质碳；
S6、对热解后的生物质碳冷却至室温，然后进行研磨过筛后利用碱液进行活化，最后经烘干得到富磷生物炭。


2.根据权利要求1所述的一种基于桑树枝废弃物的富磷生物炭的制备方法，其特征在于，步骤S2所述NaOH溶液的浓度为6％-10％。


3.根据权利要求1所述的一种基于桑树枝废弃物的富磷生物炭的制备方法，其特征在于，在步骤S2的碱化处理中，桑枝废弃物与NaOH溶液的料液比为1：5-1：15，碱化处理的时间为2-6h。


4....

【专利技术属性】
技术研发人员：李翔，刘忠珍，黄连喜，魏岚，黄玉芬，黄庆，陈伟盛，
申请(专利权)人：广东省农业科学院农业资源与环境研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44