利用工业固废与湿地生物质制备的生物炭及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种利用工业固废与湿地生物质制备的生物炭及其制备方法，属于生物质资源化及环境功能材料技术领域。该生物炭由粉煤灰、湿地植物和粘合剂经炭化制成，是一种绿色环保、污染物去除性能佳的基质材料，制备方法简单，通过对材料进行预处理得到材料颗粒，然后进行碳化，得到生物炭，过程中没有增加新的污染物，成本低廉无污染，能耗较低。本发明专利技术解决了传统人工湿地以铺设砾石、沸石、火山岩等为主，随着工程的大量建设，传统人工湿地污染物去除性能逐渐下降的问题，尤其适用于污水处理厂尾水水质提升和西北广布存在的弱碱性富营养化水体的污染治理。养化水体的污染治理。养化水体的污染治理。

【技术实现步骤摘要】
利用工业固废与湿地生物质制备的生物炭及其制备方法


[0001]本专利技术属于生物质资源化及环境功能材料
，尤其涉及一种利用工业固废与湿地生物质制备的生物炭及其制备方法。

技术介绍

[0002]我国湖泊湿地众多，每年产生数亿吨的废弃生物质，包括芦苇秸秆、菖蒲秸秆以及其他湿地植物废弃物。此类生物质数量庞大，如若堆弃占地面积过大，若是焚烧会对环境造成巨大的污染。国家十分重视生物质的资源化处理，出台了一系列政策扶持生物质的资源化和能源化。
[0003]近年来，利用废弃生物质制备生物炭受到人们的关注。大量研究证明以水生植物生物质为原料制成的生物炭，一方面可以解决水生植物作为废弃物的资源化利用问题，同时还可以维持对水体净化的能力。生物炭具有比表面积大，孔径小，官能团丰富等优点，应用于水环境领域，在吸附重金属离子和催化有机污染物的降解等领域表现出独特的优势。人工湿地目前广泛应用于污水处理厂尾水提升工程，传统人工湿地以铺设砾石、沸石、火山岩等为主，随着工程的大量建设，传统人工湿地污染物去除性能逐渐下降。另外，作为工业固废的粉煤灰近年来被证实应用于水体污染物磷的有效去除。因此，如何将湿地植物与工业固废结合，使其发挥各自优势，开发出一种绿色环保、污染物去除性能佳的基质材料成为当前研究重点。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于解决传统人工湿地以铺设砾石、沸石、火山岩等为主，随着工程的大量建设，传统人工湿地污染物去除性能逐渐下降，迫切需要一种绿色环保、污染物去除性能佳的基质材料的问题。r/>[0005]为此，将湿地植物与工业固废结合，使其发挥各自优势，减弱材料本身对环境的污染，实现材料的资源化利用，从而提出了一种利用工业固废与湿地生物质制备的生物炭，也提出了一种利用工业固废与湿地生物质制备生物炭的方法，所提出的生物炭尤其适用于污水处理厂尾水水质提升和西北广布存在的弱碱性富营养化水体的污染治理。
[0006]一种利用工业固废与湿地生物质制备的生物炭，其特征在于：所述生物炭由粉煤灰、湿地植物和粘合剂经炭化制成。
[0007]优选的，所述湿地植物为芦苇，所述粘合剂为淀粉，所述粉煤灰、芦苇、淀粉的质量比为2
‑
3:2
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3:1
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2。
[0008]优选的，所述粉煤灰、芦苇、淀粉的质量比为3:3:1。
[0009]一种利用工业固废与湿地生物质制备生物炭的方法，包括如下步骤：
[0010]S1、材料预处理：
[0011]收集湿地植物，用水清洗后烘干、粉碎，将湿地植物、粉煤灰、粘合剂按照一定比例进行造粒，材料颗粒用水清洗至pH为中性，再次烘干至恒重；
[0012]S2、高温碳化：
[0013]将烘干后的材料颗粒放入马弗炉内，通入惰性气体保护进行热解处理，热解之后继续升温，对材料颗粒进行炭化，得到生物炭。
[0014]优选的，所述湿地植物为芦苇，所述粘合剂为淀粉，所述粉煤灰、芦苇、淀粉的质量比为2
‑
3:2
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3:1
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2。
[0015]优选的，所述粉煤灰、芦苇、淀粉的质量比为3:3:1。
[0016]优选的，S1中收集的湿地植物用水清洗后首先自然风干，然后于70℃的烘箱中烘干，烘干后粉碎过80目筛，将湿地植物、粉煤灰、粘合剂按照一定比例进行造粒，材料颗粒用水清洗至pH为中性，于60℃烘箱再次烘干至恒重。
[0017]优选的，S2中热解处理的过程以10℃
·
min
‑1升温至100℃保持1h，使原料受热均匀。
[0018]优选的，S2中炭化温度设定为300℃
‑
600℃，升温速率为5℃
·
min
‑1，保温为2h，冷却至室温后取出，得到生物炭。
[0019]优选的，S2中炭化温度设定为500℃。
[0020]优选的，所述清洗用水为去离子水。
[0021]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0022]本专利技术提供的利用工业固废与湿地生物质制备的生物炭及其制备方法，通过使用粉煤灰、湿地植物，使二者充分发挥各自优势，在减弱自身对环境造成压力的同时，实现了资源化利用，可有效解决传统湿地铺设的物质对污染物去除性能逐渐下降的问题。制备的生物炭在氮磷吸附效率上较高，尤其适用于西北广布存在的弱碱性富营养化水体的污染治理，在污水处理厂尾水水质提升上及天然河湖的生态治理上具有广泛应用前景，且制作方法简单、制作成本较低，是一种绿色环保、污染物去除性能佳的基质材料，符合国家相关政策要求。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实验例中模拟人工湿地的装置示意图。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]本专利技术提供一种技术方案：一种利用工业固废与湿地生物质制备的生物炭，该生物炭由粉煤灰、湿地植物和粘合剂经炭化制成。粘合剂的目的是将粉煤灰与湿地植物粘合在一起，便于生物炭的制备，种类多样，以不污染环境为选择要求。通过使用粉煤灰、湿地植物，使二者充分发挥各自优势，在减弱自身对环境造成压力的同时，实现了资源化利用，可以解决传统湿地铺设的物质对污染物去除性能逐渐下降的问题。炭化之前最好对湿地植物进行粉碎，然后将材料混合造粒，便于生物炭成型。
[0026]进一步的，湿地植物为芦苇，粘合剂为淀粉，粉煤灰、芦苇、淀粉的质量比为2
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3:2
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3:1
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2。芦苇是最常见的湿地植物，产量大，处理难度高，生长过程对污染物的吸附大，因此对芦苇收割转化为生物炭，可以有效避免芦苇在原生环境腐败污染水质。同时淀粉价格低，容易获取，对于价格较高的生物炭而言，是一个不错的原料，并且没有增加新的污染物，成本低廉无污染，能耗较低。
[0027]进一步的，粉煤灰、芦苇、淀粉的质量比为3:3:1。粉煤灰、芦苇、淀粉的质量比经试验测得，该比例下对污染物的吸附率最好。
[0028]本专利技术还提供了一种技术方案：一种利用工业固废与湿地生物质制备生物炭的方法，包括如下步骤：
[0029]S1、材料预处理：
[0030]收集湿地植物，用水清洗后烘干、粉碎，清洗可以洗去杂质，使成品更加纯正，烘干的主要目的是便于粉碎，将湿地植物、粉煤灰、粘合剂按照一定比例进行造粒，材料颗粒用水清洗至pH为中性，再次烘干至恒重；
[0031]S2、高温碳化：
[0032]将烘干后的材料颗粒放入马弗炉内，通入惰性气体保护进行热解处理，热解之后继续升温，对材料颗粒进行炭化，得到生物炭。
[0033]进一步的，湿地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用工业固废与湿地生物质制备的生物炭，其特征在于：所述生物炭由粉煤灰、湿地植物和粘合剂经炭化制成。2.根据权利要求1所述的利用工业固废与湿地生物质制备的生物炭，其特征在于：所述湿地植物为芦苇，所述粘合剂为淀粉，所述粉煤灰、芦苇、淀粉的质量比为2
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3:2
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2。3.根据权利要求2所述的利用工业固废与湿地生物质制备的生物炭，其特征在于：所述粉煤灰、芦苇、淀粉的质量比为3:3:1。4.一种利用工业固废与湿地生物质制备生物炭的方法，包括如下步骤：S1、材料预处理：收集湿地植物，用水清洗后烘干、粉碎，将湿地植物、粉煤灰、粘合剂按照一定比例进行造粒，材料颗粒用水清洗至pH为中性，再次烘干至恒重；S2、高温碳化：将烘干后的材料颗粒放入马弗炉内，通入惰性气体保护进行热解处理，热解之后继续升温，对材料颗粒进行炭化，得到生物炭。5.根据权利要求4所述的利用工业固废与湿地生物质制备生物炭的方法，其特征在于：所述湿地植物为芦苇，所述粘合剂为淀粉，所述粉煤灰、芦苇、淀粉的质量比为2
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【专利技术属性】
技术研发人员：齐娅荣，钟艳霞，贺婧，罗玲玲，
申请(专利权)人：宁夏大学，
类型：发明
国别省市：