一种构树生物炭及其制备方法和构树炭基土壤重金属矿化剂及其应用技术

本发明专利技术提供了一种构树炭材料及其制备方法和构树炭基土壤重金属矿化剂及其应用，属于土壤修复技术领域。本发明专利技术构树炭材料的制备方法利用蒸汽爆破技术可以在较短的时间内有效改变构树物料致密的结构；高温碳化后使构树纤维内部孔隙率、比表面积大幅增加，丰富了表面官能团，提高了炭材料吸附重金属离子的效能；采用还原性浆液浸渍构树材料，使得制备得到的构树炭材料能够还原土壤中的高价重金属为毒性较小的低价重金属，减轻重金属对土壤的危害作用。本发明专利技术制备得到的构树炭材料质轻多孔，表面基团丰富，对多种重金属均有良好的吸附能力，能够高效修复重金属污染的土壤，同时显著降低植株的浸出毒性。降低植株的浸出毒性。降低植株的浸出毒性。

【技术实现步骤摘要】
一种构树生物炭及其制备方法和构树炭基土壤重金属矿化剂及其应用


[0001]本专利技术属于土壤修复
，具体涉及一种构树炭材料及其制备方法和构树炭基土壤重金属矿化剂及其应用。

技术介绍

[0002]土壤是植物生长的重要环境介质，也是微生物重要栖息的场所，决定着粮、菜、油、瓜果安全的首要环节，是关乎食品安全的民生问题。随着工农业的快速发展，土壤重金属污染日趋严重。重金属在土壤中长期累积，将改变农用地土壤的功能，并严重影响农作物的质量，最终通过食物链影响人类的身体健康。然而，如何修复农田土壤重金属污染，保障粮食作物安全生产，是当前土壤及环境领域刻不容缓的任务。
[0003]目前，土壤重金属污染的修复主要通过物理、化学和生物方法转移或钝化重金属，限制其向目标植物迁移。其中通过在吸附基材添加外源钝化材料改变土壤中重金属的化学赋存形态，是快速、高效降低土壤生态风险的有效且经济实用手段之一。
[0004]生物质炭作为一种新型土壤生态修复材料，引起了环境工作者的广泛关注，以生物质炭为吸附基材，添加如黏土矿物、粉煤灰、磷基肥、腐殖酸、金属氧化物等单一组分或复合的钝化材料都可以对重金属污染土壤进行修复，但效果一直不是很理想，主要原因有：一、简单的生物质碳化处理得到的生物质炭材料吸附容量较低，修复效果的稳定性和持久性不理想；二、无机钝化剂的养分含量低，导致农田土壤有机质不足，土壤质量低下；还有的生物相容性较差，容易造成二次污染。因此，开发经济高效、绿色环保的土壤重金属修复剂，提高修复效果及保持土壤肥效成为本领域亟待解决的问题之一。
[0005]
技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种构树炭材料的制备方法，能够综合利用构树资源、修复重金属污染的土壤。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种构树炭材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]采用还原性浆液对构树枝干蒸汽爆破产物和/或构树皮进行浸渍，得到构树负载材料；
[0010]将所述构树负载材料进行高温碳化，得到构树炭材料。
[0011]优选的，所述还原性浆液包括催化活性中心溶胶；所述催化活性中心溶胶包括以下组分：
[0012]非离子表面活性剂、硅溶胶和硫酸亚铁。
[0013]优选的，所述催化活性中心溶胶还包括改性溶液；所述改性溶液包括三乙胺、乙二胺、乙胺、尿素和氨水中的一种或几种。
[0014]优选的，所述浸渍包括真空负压阶段和正压保持阶段；
[0015]所述真空负压阶段的真空度为0.065～0.98MPa；所述真空负压的时间为10～15min；
[0016]所述正压保持阶段的压力为1～3MPa；所述正压保持的时间为5～10min。
[0017]优选的，所述浸渍的次数为2次；浸渍得到的构树负载材料的金属负载量为2～12wt.％。
[0018]优选的，所述高温碳化的方式为变温碳化；所述变温碳化的起始温度为24℃，以3～5℃/min的速度上升到150℃～350℃，恒温处理5～15min以后，以18～22℃/min的速度上升到450℃～600℃，恒温处理1h，自然降温。
[0019]优选的，所述蒸汽爆破的蒸汽压力为1.0～3.0MPa；所述蒸汽爆破的保压时间为30～240s。
[0020]本专利技术还提供了一种上述技术方案所述制备方法制备得到的构树炭材料。
[0021]本专利技术还提供了一种构树炭基土壤重金属矿化剂，包括以下质量份组分：上述技术方案所述构树炭材料1份、钝化剂0.05～0.15份、腐殖酸0.05～0.2份和木本泥炭0.08～0.3份。
[0022]本专利技术还提供了一种权利要求上述技术方案所述构树炭材料或者上述技术方案所述构树炭基土壤重金属矿化剂在修复土壤中的应用。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]本专利技术提供了一种构树炭材料的制备方法，包括：采用还原性浆液对构树枝干蒸汽爆破产物和/或构树皮进行浸渍，得到构树负载材料；将所述构树负载材料进行高温碳化，得到构树炭材料。本专利技术构树炭材料的制备方法利用蒸汽爆破技术可以在较短的时间内有效改变构树物料致密的结构，纤维质量进一步提高；高温碳化后使构树纤维内部孔隙率、比表面积大幅增加，并丰富了表面官能团，提高了炭材料吸附重金属离子的效能；采用还原性浆液浸渍构树材料，使得制备得到的构树炭材料能够还原土壤中的高价重金属为毒性较小的低价重金属，减轻重金属对土壤的危害作用。本专利技术所述制备方法制备得到的构树炭材料质轻多孔，表面基团丰富，对多种重金属均有良好的吸附能力，能够高效修复重金属污染的土壤，同时显著降低植株的浸出毒性。本专利技术构树炭材料的制备方法工艺设备成熟，适合大规模工业生产，容易实现工程应用，农业施加难度低，对农田土壤环境无毒害作用，生态环境效益良好。
附图说明
[0025]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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为构树皮碳材料、构树炭材料、泡桐炭材料和杨树炭材料的纤维长度对比。
[0027]图2为采用实施例1～9和对比例1～11制备得到的土壤修复剂处理土壤90d后土壤中镉Cd形态及含量的变化；
[0028]图3为实施例3所制备的构树碳材料的电镜图。
具体实施方式
[0029]本专利技术提供了一种构树炭材料的制备方法，包括以下步骤：
[0030]采用还原性浆液对构树枝干蒸汽爆破产物和/或构树皮进行浸渍，得到构树负载材料；
[0031]将所述构树负载材料进行高温碳化，得到构树炭材料。
[0032]本专利技术采用还原性浆液对构树枝干蒸汽爆破产物和/或构树皮进行浸渍，得到构树负载材料。
[0033]本专利技术优选将构树枝干粉进行蒸汽爆破，得到构树枝干蒸汽爆破产物。
[0034]在本专利技术中，所述构树枝干粉优选为构树枝干经粉碎得到。所述构树枝干优选为杂交构树枝干，更优选为杂交构树枝干经脱皮后的枝干。构树枝干脱皮前，本专利技术优选将所述杂交构树枝干进行切割和浸泡。所述切割的方式优选包括：将构树枝干切割成等长的小段；所述小段的长度优选为3～8公分，更优选为5公分。将构树枝干切割成小段后，本专利技术优选将构树枝干段进行浸泡。所述浸泡的时间优选为0.5～3h，更优选为2h。本专利技术所述浸泡优选在水中进行浸泡。本专利技术将构树枝干切割和浸泡有利于对构树枝干进行脱皮。本专利技术对构树枝干脱皮的方法没有特殊限定，采用本领域常规枝干脱皮方法即可。构树枝干脱皮后，本专利技术优选将脱皮后的构树枝干进行烘干。本专利技术对所述烘干的方式没有特殊限定，采用本领域常规烘干方式即可。本专利技术的实施例可以采用烘箱烘干也可以进行自然烘干。采用烘箱烘干时，所述烘干的温度优选为50℃～80℃，更优选为60℃。所述烘干优选烘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种构树炭材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用还原性浆液对构树枝干蒸汽爆破产物和/或构树皮进行浸渍，得到构树负载材料；将所述构树负载材料进行高温碳化，得到构树炭材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原性浆液包括催化活性中心溶胶；所述催化活性中心溶胶包括以下组分：非离子表面活性剂、硅溶胶和硫酸亚铁。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述催化活性中心溶胶还包括改性溶液；所述改性溶液包括三乙胺、乙二胺、乙胺、尿素和氨水中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍包括真空负压阶段和正压保持阶段；所述真空负压阶段的真空度为0.065～0.98MPa；所述真空负压的时间为10～15min；所述正压保持阶段的压力为1～3MPa；所述正压保持的时间为5～10min。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍得到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂宁，王品胜，梁博，高正龙，陈红，肖进彬，
申请(专利权)人：河南省科学院，
类型：发明
国别省市：