一种同时具有固碳和减污作用的硫掺杂生物炭及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种同时具有固碳和减污作用的硫掺杂生物炭及其制备方法与应用，属于生物炭技术领域。本发明专利技术中同时具有固碳和减污作用的硫掺杂生物炭的制备方法为：将生物质原料粉碎、研磨和风干后，过筛，得到粉末状生物炭前驱体，与含硫钠盐进行混合，加水溶解后匀速搅拌，充分浸渍后置于马弗炉中升温加热，得到硫掺杂生物炭。本发明专利技术中的硫掺杂生物炭材料价格低廉、制备简单且稳定性好，相比于原始生物炭，硫掺杂生物炭不仅具有固碳作用，同时对Cr污染土壤有显著的修复效果。壤有显著的修复效果。

【技术实现步骤摘要】
一种同时具有固碳和减污作用的硫掺杂生物炭及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于生物炭
，涉及一种同时具有固碳和减污作用的硫掺杂生物炭及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]Cr在土壤中主要以Cr(III)和Cr(VI)的形式存在，其中Cr(VI)是土壤和水系统中毒性最强的污染物之一，是具有高毒性、致突变性和致畸性的A类致癌物，被美国环保署列为土壤和水环境中的优先污染物之一。在环境中，Cr(VI)主要来源于人为活动，由于其在电镀、鞣革、颜料、防腐、金属冶炼和钢铁制造等化工行业中有着广泛的应用，大量的Cr(VI)被释放到环境，尤其在与铬酸盐有关的工业活动场地的土壤和地下水中存在着严重的铬污染。Cr(VI)极易在土壤和孔隙水中迁移，甚至扩散到地表水或地下水中，被动植物所吸收并产生毒害作用，甚至通过饮用水或食物链富集到人体内，对人类健康构成严重威胁，在急性接触下会导致恶心、腹泻、肝肾损伤、皮炎、内出血和呼吸系统问题。因此，将Cr(VI)还原为Cr(III)，降低Cr的迁移性、生物有效性和毒性是目前修复Cr(VI)土壤的主要有效方法。
[0003]传统的土壤铬污染修复技术如电动力、淋洗、化学还原等具有能耗大、成本高，以及二次污染的风险，而生物修复存在修复周期长、筛菌困难等局限，难以应用于工程实践。开发简单、高效、经济和环境友好的Cr(VI)污染去除技术至关重要。生物炭是一种简单有效的土壤重金属稳定剂，因其具有成本低、原料来源广泛、效率较高和污染较少等优点，而受到广泛的关注。生物炭是生物质在缺氧条件下热解生成的稳定碳材料，具有比表面积大、孔隙率高、表面官能团多等特性，可以提供大量的活性位点，具有可观的吸附能力，同时已证明生物炭具有提供电子的能力，对Cr(VI)具有吸附还原降低毒性的作用，在修复Cr污染土壤中显示出潜力。生物炭还具有碳储存能力，并且可降低或者抑制土壤中CO2的排放。生物炭的施入能够增加土壤有机碳的含量，并与土壤有机质之间产生激发效应。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种同时具有固碳和减污作用的硫掺杂生物炭的制备方法及应用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种硫掺杂生物炭，所述硫掺杂生物炭的制备原料包括生物质原料和含硫钠盐，所述生物质原料与含硫钠盐的质量比为1：(1
‑
4)；
[0007]所述硫掺杂生物炭的制备方法包括以下步骤：
[0008]S1、将粉末状的生物炭原料与含硫钠盐进行混合，加水溶解后匀速搅拌，充分浸渍后干燥，得到预混物；
[0009]S2、将所述步骤S1中的预混物于缺氧条件下以10℃/min的升温速率升温加热至300℃～700℃，保持1
‑
3h，冷却后即得所述硫掺杂生物炭。
[0010]所述步骤S1中粉末状的生物炭原料可以直接采用现有技术中已有的粉末状生物炭原料，也可以自制，自制方法包括但不限于将生物质原料粉碎、研磨和风干后，过20目筛，即制得粉末状的生物炭原料；搅拌方式及搅拌时间依生物质原料而定，例如可以加水溶解后在磁力搅拌器上匀速搅拌12h；干燥方式及干燥时间包括但不限于放入烘箱中在105℃下烘48h。
[0011]所述步骤S2中缺氧条件下升温加热的方式包括但不限于将预混物放入铁罐密封后装入马弗炉内升温加热。
[0012]所述硫掺杂生物炭清洗除杂的方式包括但不限于用高纯水对硫掺杂生物炭进行清洗，洗去生物炭表面杂质，直至滤液电导率≤18uS/cm。最后将洗净的硫掺杂生物炭烘干、研磨，过筛(如100目筛)后保存待用。
[0013]本专利技术制备的硫掺杂生物炭具有较大的比表面积和较低的官能团含量。硫掺杂后的生物炭成功引入含硫基团(
‑
SO3H、C＝S、C
‑
S)，并且含氧官能团含量增多、极性增强，而直接由生物质热解产生的生物炭往往含有较少的含硫官能团。
[0014]作为本专利技术所述硫掺杂生物炭的优选实施方式，所述生物质原料与含硫钠盐的质量比为1：3。
[0015]在本专利技术中所述含硫钠盐含量过低或过高均会导致制备得到的硫掺杂生物炭材料修复Cr污染的效果显著降低，申请人经过大量实验发现在所述生物质原料与含硫钠盐的质量比为1：3时制备得到的硫掺杂生物炭材料修复Cr污染的效果最佳。
[0016]作为本专利技术所述硫掺杂生物炭的优选实施方式，所述生物质原料包括秸秆、芒萁、芒草、稻壳中的至少一种。
[0017]作为本专利技术所述硫掺杂生物炭的优选实施方式，所述含硫钠盐为Na2S2O3。
[0018]熔盐法是采用惰性盐作为密封活化介质制备生物炭的常用策略。熔盐法制备的生物炭广泛应用于环境处理、气体吸附、储能装置等领域。本专利技术采用在熔盐介质中作为绿色低毒添加剂的Na2S2O3，以生产富含S的生物炭，从而有效地从土壤中吸附重金属，Na2S2O3不仅对环境友好，而且相比于其他含硫钠盐，Na2S2O3制备得到的硫掺杂生物炭材料修复Cr污染的效果最佳。
[0019]作为本专利技术所述硫掺杂生物炭的优选实施方式，所述硫掺杂生物炭的直径≤0.15mm。
[0020]作为本专利技术所述硫掺杂生物炭的优选实施方式，所述硫掺杂生物炭的比表面积为100～120m2/g，总孔容为0.05～0.1cm3/g，介孔容积＞0.04cm3/g，微孔容积0.01～0.05cm3/g，平均孔径为2～4nm。
[0021]第二方面，本专利技术提供了所述硫掺杂生物炭的制备方法，包括以下步骤：
[0022]S1、将粉末状的生物炭原料与含硫钠盐进行混合，加水溶解后匀速搅拌，充分浸渍后干燥，得到预混物；
[0023]S2、将所述步骤S1中的预混物于缺氧条件下升温加热至300℃～700℃，保持1
‑
3h，冷却后即得所述硫掺杂生物炭。
[0024]本专利技术所述制备方法效率高、成本低、高效稳定、经济环保、回收能源高，易于应用，且通过本专利技术所述制备方法在较低温度(300～700℃)即可制得对Cr(VI)有很强吸附能力的硫掺杂生物炭，可以有效的降低能量消耗。
[0025]第三方面，本专利技术提供了所述硫掺杂生物炭在修复Cr污染中的应用。
[0026]作为本专利技术所述硫掺杂生物炭在修复Cr污染中的应用的优选实施方式，所述硫掺杂生物炭在修复土壤Cr污染中应用。
[0027]所述硫掺杂生物炭在修复土壤Cr污染中应用包括以下步骤：
[0028]将干燥污染土壤与所述硫掺杂生物炭混合均匀后，培养7～21天，取样，获得污染修复土壤。
[0029]本专利技术制备的硫掺杂生物炭能有效修复土壤Cr污染，降低碱性土壤的pH值，在修复土壤Cr污染领域具有良好的发展潜力。
[0030]作为本专利技术所述硫掺杂生物炭在修复Cr污染中的应用的优选实施方式，干燥污染土壤中所述硫掺杂生物炭的质量百分比为1.5％～3.5％。
[0031]与现有技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫掺杂生物炭，其特征在于，所述硫掺杂生物炭的制备原料包括生物质原料和含硫钠盐，所述生物质原料与含硫钠盐的质量比为1：(1
‑
4)；所述硫掺杂生物炭的制备方法包括以下步骤：S1、将粉末状的生物炭原料与含硫钠盐进行混合，加水溶解后匀速搅拌，充分浸渍后干燥，得到预混物；S2、将所述步骤S1中的预混物于缺氧条件下以10℃/min的升温速率升温加热至300℃～700℃，保持1
‑
3h，冷却后即得所述硫掺杂生物炭。2.如权利要求1所述的硫掺杂生物炭，其特征在于，所述生物质原料与含硫钠盐的质量比为1：3。3.如权利要求1所述的硫掺杂生物炭，其特征在于，所述生物质原料包括秸秆、芒萁、芒草、稻壳中的至少一种。4.如权利要求1所述的硫掺杂生物炭，其特征在于，所述含硫钠盐为Na2S2O3。5.如权利要求1所述的硫掺杂生物炭，其特征在于，所述硫掺杂生物炭的直径≤0.15mm。6.如权利要求1所述的硫掺杂生物炭，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵楠，罗茜，杨再宽，刘坤源，徐倩婷，章卫华，仇荣亮，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：