一种铝改性芦苇生物炭及其制备方法和在湿地中的应用技术

本发明专利技术公开了一种铝改性芦苇生物炭，由以下质量分数的原料制成：芦苇85

【技术实现步骤摘要】
一种铝改性芦苇生物炭及其制备方法和在湿地中的应用


[0001]本专利技术属于生态环保领域，具体涉及一种铝改性芦苇生物炭及其制备方法和在湿地中的应用。

技术介绍

[0002]生物炭是指生物质在缺氧或无氧条件下经中高温热裂解得到的一类富含碳素的、稳定的、高度芳香化的固体产物，生物炭表面主要是净负电荷，在水处理中，对常见的阴离子污染物(PO
43
‑
)去除很有限，仅是依靠较大比表面积的物理吸附，直接使用生物炭去吸附水中磷的效果十分有限，与常规吸附材料相比没有显著的优越性。为了拓展生物炭在含磷污水领域的应用，通过对生物炭进行改性来提高磷吸附能力，化学改性可利用炭材料表面特性引入对磷有吸附固定能力的金属羟基氧化物，从而强化炭材料磷吸附作用，赋予其特定功能。目前，对生物炭的改性方法主要集中在铁改性和镁改性，对铝改性生物炭的相关研究和应用还较少。
[0003]芦苇是多年水生或湿生的高大禾草，根状茎十分发达。秆直立，叶鞘长于节间，叶舌边缘密生一圈长约1毫米的短纤毛，易脱落；叶片披针状线形，无毛，顶端长渐尖成丝形。圆锥花序大型，分枝多数；小穗无毛；内稃两脊粗糙；花药黄色；颖果长约1.5毫米。芦苇为全球广泛分布的多型种，生于江河湖泽、池塘沟渠沿岸和低湿地，芦苇多种在水边，在开花季节特别漂亮，可供观赏。由于芦苇的叶、叶鞘、茎、根状茎和不定根都具有通气组织，所以它在净化污水中起到重要的作用。芦苇茎秆坚韧，纤维素和半纤维素含量高，是十分适合制造生物炭的原材料。
[0004]人工湿地在秋冬季节面临两个难题：1.秋冬季节，湿地中枯萎芦苇处置困难的问题，若不及时处理，枯萎的芦苇易造成污染；2.冬季由于植物枯萎，湿地对水体中污染物质的处理效果显著降低。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对上述问题，提供了一种铝改性芦苇生物炭及其制备方法和在湿地中的应用。提供一种铝改性芦苇生物炭的制备方法，该方法工艺简单，效果显著，适合规模化生产利用。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案:：
[0007]一种铝改性芦苇生物炭，由以下质量分数的原料制成：
[0008]芦苇
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85
‑
95％
[0009]改性材料
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
15％
[0010]进一步地，所述改性材料为氯化铝，所述芦苇为载体。
[0011]本专利技术中上述铝改性芦苇生物炭的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S1：收集芦苇秸秆，将秸秆叶片去除，用去离子水洗净，自然风干后剪成小段烘干，研磨成粉末；
[0013]S2：将芦苇粉末装入坩埚中压实加盖，放入气氛炉，抽真空通水泵进行热解处理，冷却至室温后取出，研磨成粉；
[0014]S3：配置氯化铝溶液，加入活性炭粉末，通过超声振捣，振捣后静置；
[0015]S4：过滤，蒸馏水清洗至无氯离子析出，干燥箱烘干后得到铝改性芦苇生物炭。
[0016]进一步地，步骤S1中，芦苇秸秆剪成5
‑
10cm小段，烘干温度为70
‑
100℃，时间为1
‑
3h。
[0017]进一步地，步骤S1中，芦苇研磨粉末过10
‑
50目筛。
[0018]进一步地，步骤S2中，热解处理过程以10℃
·
min
‑1先升温至150
‑
200℃保持0.5
‑
1.5h，使原料受热均匀，炭化温度设定为500
‑
700℃，温速率为5℃
·
min
‑1，保温为2
‑
3h。
[0019]进一步地，步骤S2中，芦苇研磨粉末过80
‑
100目筛，筛的孔径为0.150
‑
0.178mm。
[0020]进一步地，步骤S3中，配置氯化铝溶液的浓度为0.5
‑
2mol/L。
[0021]进一步地，步骤S3中，超声振捣时间为3
‑
6h，静置时间为30min。
[0022]进一步地，步骤S4中，干燥箱烘干温度为70
‑
100℃，烘干时间为1
‑
3h。
[0023]本专利技术中利用上述铝改性芦苇生物炭在湿地中的应用，包括以下步骤：
[0024](1)将铝改性芦苇生物炭作为氮磷吸附墙的填料，每幅吸附墙填充2.7m3铝改性芦苇生物炭；
[0025](2)湿地尾水处理，一部分湿地尾水通过吸附墙，尾水中的氮磷被铝改性芦苇生物炭吸附，另一部分尾水从吸附墙绕行，进入下一幅吸附墙，尾水中的氮磷被吸附墙中铝改性芦苇生物炭吸附。
[0026]进一步地，所述的吸附墙有多个，多个所述吸附墙间隔交错设置在水渠上。
[0027]本专利技术的作用机理：普通的芦苇生物炭具有较大的比表面积、多孔结构、丰富的表面官能团以及较低生产成本等。但由于生物炭表面呈电负性，阴离子交换量不高且缺少功能性基团，故对湿地水体中磷酸根的吸附能力很弱。然而，通过金属改性方法可以提高生物炭对磷的吸附能力，金属原子易与磷酸盐离子形成配位络合物，从而增强吸附剂对磷酸盐的吸附效果。金属磷酸盐的络合强度取决于其自由结合能，并与金属性质有关，铝(Al
3+
)的价态高，离子半径较小，用于改性芦苇生物炭有利于与湿地水体中磷酸根离子结合。
[0028]本专利技术与现有技术相比，具有以下效果和优点：
[0029]本专利技术使用芦苇制造改性生物炭可解决秋冬季节芦苇处置困难的问题，实现湿地废弃物的资源化利用；同时将该改性生物炭利用于冬季的湿地水体处理，能解决因季节因素造成的湿地处理能力下降的问题。两者的结合，实现了资源的内部循环。铝改性生物炭相较于其他改性生物炭，具有制造更加便捷，技术难度更低，铝改性生物炭与污染物磷的结合更加紧密，不易解吸，更加安全。
附图说明
[0030]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0031]图1为本专利技术一种铝改性芦苇生物炭在湿地中的应用的结构示意图。
具体实施方式
[0032]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0033]为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0034]如图1所示，一种铝改性芦苇生物炭，由以下质量分数的原料制成：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝改性芦苇生物炭，其特征在于，由以下质量分数的原料制成：芦苇
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85
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95％改性材料
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15％所述改性材料为氯化铝，所述芦苇为载体。2.一种权利要求1中铝改性芦苇生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：收集芦苇秸秆，将秸秆叶片去除，用去离子水洗净，自然风干后剪成小段烘干，研磨成粉末；S2：将芦苇粉末装入坩埚中压实加盖，放入气氛炉，抽真空通水泵进行热解处理，冷却至室温后取出，研磨成粉；S3：配置氯化铝溶液，加入活性炭粉末，通过超声振捣，振捣后静置；S4：过滤，蒸馏水清洗至无氯离子析出，干燥箱烘干后得到铝改性芦苇生物炭。3.根据权利要求2所述的一种铝改性芦苇生物炭的制备方法，其特征在于，步骤S1中，芦苇秸秆剪成5
‑
10cm小段，烘干温度为70
‑
100℃，时间为1
‑
3h。4.根据权利要求2所述的一种铝改性芦苇生物炭的制备方法，其特征在于，步骤S1中，芦苇研磨粉末过10
‑
50目筛。5.根据权利要求2所述的一种铝改性芦苇生物炭的制备方法，其特征在于，步骤S2中，热解处理过程以10℃
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min
‑1先升温至150
‑
200℃保持0.5<...

【专利技术属性】
技术研发人员：周宇健，刘晨，余湛，刘登峰，刘佳炜，闫利刚，于东雪，王京，
申请(专利权)人：北京中岩大地环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：