一种原位氮掺杂磁改性猪粪炭制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种原位氮掺杂磁改性猪粪炭制备方法及其应用，属于农业废弃物资源利用和土壤改良技术领域。具体为：将干猪粪粉与水葫芦粉末混合后，加入粘合剂和去离子水进行水热炭化，过滤、烘干，得到氮掺杂水热炭；然后将所述氮掺杂水热炭与香蒲根粉末混合后进行高温热解炭化，即得所述原位氮掺杂磁改性猪粪炭。本发明专利技术还提供了一种原位氮掺杂磁改性猪粪炭的制备方法制备的原位氮掺杂磁改性猪粪炭，以及其在土壤改良中的应用。本发明专利技术经济高效，利用于土壤修复的同时，还能促进废弃物的高值化利用，且制备过程不需要额外添加化学药剂，避免二次污染，属于绿色环保和可持续发展的新型工艺技术。型工艺技术。型工艺技术。

【技术实现步骤摘要】
一种原位氮掺杂磁改性猪粪炭制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于农业废弃物资源利用和土壤改良
，具体涉及一种原位氮掺杂磁改性猪粪炭制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]土壤是农业的基础，土壤健康是指土壤作为重要的生命系统维持植物、动物和人类生存的持续能力，随着人口数量日益增长以及工业的飞速发展，未经处理的生活垃圾，随意排放的工业废水，农业化肥的肆意使用，都对土壤健康产生了巨大的威胁。生物炭是生物质在完全或部分缺氧条件下，经热解炭化产生的一类富炭、高度芳香化和稳定性高的固态有机物质。目前，学者们尝试通过调整炭化条件、酸碱改性、化学修饰表面有机官能团等方法改善利用生物炭修复土壤的性能，但是，效果均不太明显。现有技术中，常利用化学共沉淀方法在生物炭上负载铁离子，但这种方法造价高，操作复杂，同时会造成金属溶出等问题。
[0003]水葫芦作为一种外来入侵物种，生长繁殖能力强，不仅会挤压水体中动植物生存空间，对生存生长造成极大的危害，还会引发如堵塞农田灌溉，造成河道拥挤等诸多社会问题。此外，香蒲是一种多年生水生或沼生草本植物，生长快速，是我国湿地优势的物种。香蒲根系发达，其本身的铁含量就就比较高，且对很多金属如Cd、Cr等均有较强的耐受能力，因此，常作为植物修复技术广泛使用于人工湿地。但目前，少有将上述两种植物结合至改善生物炭性能之中。
[0004]因此，如何将生物炭、水葫芦和香蒲根进行结合并加以利用来达到修复土壤的性能是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种原位氮掺杂磁改性猪粪炭制备方法及其应用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种原位氮掺杂磁改性猪粪炭的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将干猪粪粉与水葫芦粉末混合后，加入粘合剂和去离子水进行水热炭化，过滤、烘干，得到氮掺杂水热炭；
[0009](2)将所述氮掺杂水热炭与香蒲根粉末混合后进行高温热解炭化，即得所述原位氮掺杂磁改性猪粪炭。
[0010]有益效果：本专利技术提供的原位氮掺杂磁改性猪粪炭具有疏松多孔的结构和较高的表面吸附性能，同时表面官能团丰富使之具有疏松土壤、改良土壤结构和保水保肥的良好农艺效果，能够显著提高低肥力土壤的质量；本专利技术以畜禽粪污猪粪、废弃生物质水葫芦及香蒲根为原材料，其中水葫芦对氮与磷元素的营养的吸收具有较强的特异性，将其作为氮源掺杂到生物炭中，不仅能够有效解决水葫芦泛滥的危害，还能够提高生物炭的氮含量，修
饰生物炭表面极性，提高生物炭对离子电荷的吸附能力，有效降低生物炭表面电负性。香蒲根自身具有比较高的铁含量，且对多种金属具有较强的金属耐受能力，因此，可以实现废弃生物质资源化利用，做到以废治污，经济成本低。
[0011]进一步地，步骤(1)中所述干猪粪粉为：将猪粪经脱水、酸洗、干燥和粉碎制得干猪粪粉；所述水葫芦粉末为：将水葫芦进行清洗、粉碎和干燥，得到水葫芦粉末；所述香蒲根粉末为：将香蒲根进行清洗、粉碎和干燥，得到香蒲根粉末。
[0012]有益效果：本专利技术采用的原料均是以农林废弃物为基础，实现了资源化高值利用。本专利技术中先将原料猪粪进行脱水、酸洗干燥和粉碎，目的是为了将原料猪粪进行净化从而去除杂质；其中酸洗是为了洗出易溶解的不稳定金属离子。
[0013]更进一步地，所述脱水为：将猪粪脱水至含水率80
‑
85％；所述酸洗采用的酸洗液为H3PO4溶液或HNO3溶液，所述酸洗液的浓度为1
‑
3mol/L；所述猪粪的干燥温度为85
‑
100℃，干燥时间为12
‑
20h；所述粉碎为：粉碎至粒径＜0.1mm；所述水葫芦、香蒲根的干燥温度为90
‑
105℃，干燥至含水量为0％；所述粉碎为粉末状，过100目筛。
[0014]进一步地，步骤(1)中所述干猪粪粉和水葫芦粉末的质量比为1：(2.5
‑
4)；所述粘合剂为NaSO4，且添加量为干猪粪粉与水葫芦粉末质量之和的0.5
‑
1.5％；所述去离子水的添加量为60
‑
90mL。
[0015]进一步地，步骤(1)中所述水热炭化为：在加热速率≤5℃/min，温度为180
‑
250℃的条件下反应18
‑
24h；所述烘干的温度为85
‑
100℃，烘干时间为24h。
[0016]更进一步地，步骤(2)中经过过滤后水热生物炭的含水率为10
‑
25％，烘干后，制得的氮掺杂水热炭中氮掺杂量为3
‑
5％。
[0017]进一步地，步骤(2)中所述氮掺杂水热炭与香蒲根粉末的质量比为4：(1
‑
2)；所述高温热解之前先放入100
‑
200mL浓度为1
‑
3mol/L的盐酸溶液使其均匀分散，然后在温度为85
‑
100℃，进行烘干60
‑
120min后，在以N2为保护气的环境下高温热解炭化。
[0018]更进一步地，所述高温热解炭化为：以10
‑
15℃/min的升温速率升温至400
‑
600℃，密闭保持2
‑
5h；所述原位氮掺杂磁改性猪粪炭负载铁的量为1
‑
2％。
[0019]进一步地，步骤(2)中所述高温热解炭化后，还需将所得物质加入到体积为100
‑
200mL浓度为1
‑
3mol/L的NaOH溶液中，在温度为80℃下保持2
‑
4h，再用去离子水洗净残留的NaOH溶液后，在温度为85
‑
100℃下烘干24h。
[0020]本专利技术还提供一种采用上述任一种原位氮掺杂磁改性猪粪炭的制备方法制备的原位氮掺杂磁改性猪粪炭。
[0021]本专利技术还提供一种原位氮掺杂磁改性猪粪炭在土壤改良中的应用。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]本专利技术以畜禽粪污猪粪、废弃生物质水葫芦及香蒲根为原材料，通过水热炭化和磁改性等技术来制备原位氮掺杂磁改性猪粪炭。磁改性生物炭具有更大的比表面积和更丰富的含氧官能团，其中比表面积可达到75m2/g，可以为反应提供更多的吸附位点以及更高的金属结合能力，促进土壤根际的微生物降解过程中的电子传递效率。磁改性后的生物炭还能通过外部磁场控制，易于分离，减少二次污染。并且，本专利技术通过水热炭化和高温炭化等技术，制备出原位氮掺杂磁改性猪粪炭，并应用于土壤改良，经济高效，制备过程易于操作，适用土壤改良工程化应用或现有工程改良。
附图说明
[0024]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地介绍，显而易见地，下面描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位氮掺杂磁改性猪粪炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将干猪粪粉与水葫芦粉末混合后，加入粘合剂和去离子水进行水热炭化，过滤、烘干，得到氮掺杂水热炭；(2)将所述氮掺杂水热炭与香蒲根粉末混合后进行高温热解炭化，即得所述原位氮掺杂磁改性猪粪炭。2.根据权利要求1所述的一种原位氮掺杂磁改性猪粪炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述干猪粪粉制备方法为：将猪粪经脱水、酸洗、干燥和粉碎制得干猪粪粉；所述水葫芦粉末制备方法为：将水葫芦进行清洗、粉碎和干燥，得到水葫芦粉末；所述香蒲根粉末制备方法为：将香蒲根进行清洗、粉碎和干燥，得到香蒲根粉末。3.根据权利要求2所述的一种原位氮掺杂磁改性猪粪炭的制备方法，其特征在于，所述脱水为：将猪粪脱水至含水率80
‑
85％；所述酸洗采用的酸洗液为H3PO4溶液或HNO3溶液，所述酸洗液的浓度为1
‑
3mol/L；所述猪粪的干燥温度为85
‑
100℃，干燥时间为12
‑
20h；所述粉碎为：粉碎至粒径＜0.1mm；所述水葫芦、香蒲根的干燥温度为90
‑
105℃，干燥至含水量为0％；所述粉碎为至粉末状，过100目筛。4.根据权利要求1所述的一种原位氮掺杂磁改性猪粪炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述干猪粪粉和水葫芦粉末的质量比为1：(2.5
‑
4)；所述粘合剂为NaSO4，且添加量为干猪粪粉与水葫芦粉末质量之和的0.5
‑
1.5％；所述去离子水的添加量为60
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90mL。5.根据权利要求1所述的一种原位氮掺杂磁改性猪粪炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅建舟，庄海峰，杨飞，梁汝婷，谢博伊，赵宇飞，干满水，
申请(专利权)人：浙江科技学院，
类型：发明
国别省市：