【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及粪污处理，涉及一种壳聚糖改性生物炭及其制备与应用，具体涉及一种用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭及其制备与应用，尤其涉及一种用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭及其制备与其在粪污处理中用于吸附重金属、降低氨气排放和温室气体排放中的应用。
技术介绍
1、我国在处理畜禽粪污方面技术较为落后，对畜禽粪污综合利用率较低，对畜禽粪污的不当处理造成会较为严重的环境污染。堆肥是一种在利用微生物分解有机废弃物的过程中，将有机废弃物转化为有机肥料的方法，相比其他方式，其成本较为低廉、周期较短，所以好氧堆肥化处理成为我国目前处理农村畜禽粪污的主要方式。
2、但在堆肥过程中，大量氨气和氧化亚氮的释放不仅会加剧温室效应，而且氨气带有恶臭，在特定的条件下还会与大气中的硫氧化物发生化学反应形成pm2.5凝结核。除此之外，畜禽粪便中过量的重金属对环境带来的危害也不容小觑，其主要来自于食物链的积累和人为污染源。如不加以干预，畜禽粪污中游离的过量重金属对土壤，水体及生态系统会带来难以消除的危害，最终对人类和动物健康造成威胁。因此，抑制畜禽粪便堆肥过程中氨气，一氧化二氮的释放；高效地吸附畜禽粪便中过量的重金属，对于消除堆肥对环境的负面效应有十分重要的意义。
3、现有堆肥处理技术中多利用生物质材料的多孔结构、高比表面积和良好的吸附性能来过滤和吸附禽畜粪便中的重金属和病原菌。如：中国专利文献cn107522371b公开一种可降低重金属和病原菌的畜禽养殖废弃物处理方法，该方案通过生物质炭过滤层将畜禽养殖废弃物的重金属和病原菌附在生物质炭的空隙
4、但，这种由生物质原料(如木屑、秸秆、果壳等)经过高温热解或氧化处理后得到的炭质初产品，由于其产品结构限制，吸附和处理性能往往并不佳，因而往往会通过改性的方式来提高生物质材料的性能。如：中国专利文献cn116640577 a公开一种用于土壤修复的壳聚糖磁改性材料的制备方法及应用，包括以下步骤：s1、生物质预处理：对生物质进行预处理得到固相物质；s2、生物质炭制备：对固相物质进行热解、活化后得到生物质炭；s3、制备固体混合物：将生物质炭与壳聚糖混合制备固体混合物；s4、制备磁改性生物质炭材料：将环氧树脂固化形成球型，再将固体物质通过环氧树脂固定在球型固态树脂表面，得到磁改性生物质炭材料，本专利技术可有效提高重金属污染土壤的修复效率，降低污染土壤修复的成本。但该方案在对生物质炭材料的改性方法中，需要额外添加铁砂和环氧树脂以制得磁改性生物质炭材料，不仅成本高，而且引入的铁砂其实本身也是一种重金属。
5、因此，亟待研发一种制备简单、成本低同时吸附效率高的生物质炭材料，能吸附钝化堆肥中的重金属的同时减少氨气和温室气体的排放。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：提供一种用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭及其制备与应用。其目的在于，通过壳聚糖改性生物炭，使得生物炭负载更多的壳聚糖，提高壳聚糖的利用率和其在堆肥堆体中的稳定性，以更好地吸附钝化堆肥中的重金属，同时减少氨气和温室气体的排放。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，提供一种用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭的制备方法，具体包括如下步骤：
4、s1、将生物质原料进行干燥后，高温碳化得到初步改性生物炭；
5、s2、将壳聚糖溶解于醋酸溶液中制备高负载壳聚糖溶液；
6、s3、将步骤s2制得的高负载壳聚糖溶液负载到步骤s1制得的初步改性生物炭上，得到所述壳聚糖改性生物炭。
7、进一步地，步骤s1高温碳化的条件为300～800℃碳化1～1.5h，控制升温速率为10℃/min。
8、进一步地，高温碳化后，经过自然冷却、洗涤、风干得到所述初步改性生物炭。
9、本专利技术中的高温碳化过程一般在气氛炉中进行，对于所述气氛炉没有特殊限定，采用本领域熟知的气氛炉即可。
10、进一步地，步骤s1洗涤后的风干时间为12～16h。
11、进一步地，步骤s1的所述生物质原料为玉米秸秆、稻壳、木屑、果壳等。在本专利技术中，优选采用玉米秸秆作为生物质原料，其原料来源广泛且成本低廉。
12、进一步地，步骤s1中，在干燥前先将生物质原料粉碎至粒径小于5mm。
13、进一步地，步骤s2制备高负载壳聚糖溶液的方法具体如下：
14、称取壳聚糖粉末溶解于醋酸溶液中，在加入壳聚糖过程中匀速搅拌溶液直至壳聚糖完全溶解溶液呈现胶状，得到所述高负载壳聚糖溶液。
15、优选地，所述醋酸溶液体积浓度为1.5％～2％。本专利技术对于所述醋酸体积用量没有特殊限定，能够完全浸没生物质原料和壳聚糖即可。
16、进一步地，步骤s3制备壳聚糖改性生物炭的方法具体如下：
17、(1)将步骤s2制得的高负载壳聚糖溶液置于35～45℃恒温水浴中加热保温，随后加入步骤s1制得的初步改性生物炭，60～80r/min搅拌30～40min；
18、(2)随后向步骤(1)的反应系统中逐滴加入1％～3％体积浓度的戊二醛溶液，35～45℃条件下60～80r/min搅拌30～40min；
19、(3)然后逐滴加入氢氧化钠溶液，调节ph至8.5～9.5，在35～45℃条件下静置1～1.5h；
20、(4)将步骤(3)反应结束后的溶液过滤得到产物，然后加入去离子水，在恒温水浴锅中磁力搅拌1～1.5h后，抽滤得到的物料在100～110℃条件下干燥，直至重量不再变化(恒重)，即得所述壳聚糖改性生物炭。
21、进一步地，加入的所述戊二醛溶液与醋酸溶液的体积比为1：6～8。
22、进一步地，加入的醋酸溶液与去离子水的体积比为1:2～3。
23、进一步地，所述壳聚糖与所述初步改性生物炭的质量比为1：1～5，优选为1:1～2。
24、进一步地，所述氢氧化钠溶液浓度为1.0mol/l。
25、第二方面，本专利技术还提供一种上述方法制得的用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭。
26、第三方面，本专利技术还提供一种上述方法制得的用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭的应用，具体是用于吸附粪污堆肥中的重金属、减少堆肥过程中的氨气排放和温室气体排放。
27、本专利技术方案中，生物炭与壳聚糖的作用原理：
28、生物炭是指由生物质原料(如木屑、秸秆、果壳等)经过高温热解或氧化处理后得到的炭质产品，它具有多孔结构、高比表面积和良好的吸附性能。在堆肥过程中，加入生物炭可以提高肥料利用率、促进微生物活性、减少氨氧化物排放等。而且经过特定过程制备的生物炭对特定污染物有较强的吸附能力，作为一种对环境友好的添加剂，生物炭在改善堆肥品质方面具有巨大的潜力。
29、壳聚糖是一种由壳类动物(如虾、蟹、甲壳类动物)的外壳中提取得到的多糖化合物，它是由n-乙酰葡萄糖胺和葡萄糖组成的聚合本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤S1高温碳化的条件为300～800℃碳化1～1.5h，控制升温速率为10℃/min。
3.根据权利要求1所述的用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤S1中高温碳化后，经过自然冷却、洗涤、风干后得到所述初步改性生物炭，洗涤后的风干时间为12～16h。
4.根据权利要求1所述的用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤S1的所述生物质原料为玉米秸秆、稻壳、木屑或果壳；
5.根据权利要求1所述的用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤S2制备高负载壳聚糖溶液的方法具体如下：
6.根据权利要求1所述的用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤S3制备壳聚糖改性生物炭的方法具体如下：
7.根据权利要求6所述的用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭的制备方法，其特征在于，加入的戊二醛溶液与醋酸溶液的
8.根据权利要求6所述的用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖与所述初步改性生物炭的质量比为1：1～5。
9.权利要求1-8任一所述制备方法制得的用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭。
10.权利要求9所述的用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭的应用，具体是用于吸附粪污堆肥中的重金属、减少堆肥过程中的氨气排放和温室气体排放。
...【技术特征摘要】
1.一种用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤s1高温碳化的条件为300～800℃碳化1～1.5h，控制升温速率为10℃/min。
3.根据权利要求1所述的用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤s1中高温碳化后，经过自然冷却、洗涤、风干后得到所述初步改性生物炭，洗涤后的风干时间为12～16h。
4.根据权利要求1所述的用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤s1的所述生物质原料为玉米秸秆、稻壳、木屑或果壳；
5.根据权利要求1所述的用于粪污处理的壳聚糖改性生物炭的制备方法，其特征在于，步...
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