【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新材料，具体涉及一种固废改性秸秆生物炭及其制备方法和应用。
技术介绍
1、砷，是一种有害的类金属元素，其在土壤中的超标点位高达2.7％，已成为我国土壤污染的主要元素之一。砷易在农作物中累积，影响农作物产量，并通过食物链进入人体，可对神经系统、生殖系统和呼吸系统等造成严重伤害。由于生物炭孔隙结构发达、比表面积大，具有高度生物化学稳定性和较强的吸附性能，被广泛应用在土壤改良、修复和质量提升等方面。但是，生物炭有机质含量高、表面带有负电荷以及官能团不足，导致其对砷的吸附性能不佳，并且不稳定生物炭溶解性有机质存在促进砷释放的风险。
2、生物炭传统制备方法主要集中研究炭化条件(如炭化温度、炭化时间等)和原料类型等对生物炭稳定性的影响，研究结果表明生物炭的稳定性通常随炭化温度的升高和炭化时间的增加而增强，但炭化温度的提升和炭化时间的延长会显著增加生物炭制备的能耗，无法实现节能环保，且难以用于生物炭大规模生产。近年来，国内外学者利用矿物改性提高生物炭的稳定性。有研究表明，生物炭在土壤应用中可以和土壤中矿物成分形成有机金属络合物或形成新的矿物显著增强了生物炭的氧化稳定性。添加矿物还能促进生物炭中芳香碳的形成提高了碳保留率和稳定性。此外，矿物质可通过阳离子桥接、配体交换、氢键、离子交换和范德华吸引等一系列机制与生物炭溶解性有机质结合，从而增强固碳作用。溶解性有机质释放的减少还能抑制微生物生长，从而减少生物炭矿化释放co2。虽然现有技术中公开了矿物改性生物炭技术，但存在操作复杂，制备成本高和难以用于大规模生产的问题。因此，
技术实现思路
1、为了解决上述问题中的至少一种，本专利技术提供了一种一种固废改性秸秆生物炭及其制备方法和应用。该固废改性秸秆生物炭不仅合成方法简单，有效微观形貌可控，而且可以有效抑制土壤中砷和铁释放。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用了如下技术手段：
3、本专利技术的第一方面提供了一种固废改性秸秆生物炭的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)将硅铝铁矿物固废置于破碎机中进行破碎处理，获得破碎混匀的矿物原料；
5、(2)将(1)中的矿物原料与纯水以质量体积比1：(15～30)充分混合，ph为10～12，置于烘箱中90～120℃下进行加热1～2h，获得混合浆液；加热使矿物活化，经活化的矿物更容易附着在生物质原料上；
6、(3)将h2o2溶液缓慢加入至(2)中的混合浆液中，调节ph至中性，通过磁力搅拌器搅拌4～6h，过滤后获得固体沉淀物；
7、(4)将(3)中的固体沉淀物与秸秆以(1～3)：10的比例充分混合破碎处理，置于烘箱中烘干，取出得到生物炭原料；
8、(5)将(4)中的生物炭原料放入马弗炉中，在缺氧环境下高温热解处理，冷却至室温后研磨过0.10～0.20mm筛，得到固废改性秸秆生物炭。
9、在本专利技术的实施方案中，步骤(1)中硅铝铁矿物固废包括煤矸石、粉煤灰以及赤泥，煤矸石35～45份，粉煤灰35～45份，赤泥10～30份。
10、在本专利技术的实施方案中，步骤(3)中h2o2溶液的质量百分比为30％，原料质量与h2o2体积比为1：(6～10)。采用h2o2溶液处理可以活化矿物，生成自由基，有利于生物炭表面生成更多含氧官能团，含氧官能团有助于砷的稳定，并且h2o2的ph值在4～6之间，可以用于调节ph值保持中性：因为硅铝铁矿物固废的ph为碱性，尤其是赤泥碱性很强，碱性材料不利于土壤中砷的稳定，用h2o2不仅可以活化矿物，而且可以调节ph值。
11、在本专利技术的实施方案中，步骤(5)中高温热解处理的条件为在450～600℃的马弗炉中解热2～3小时，升温速率为15～20℃/min。热解处理使挥发性物质分解逸散生成孔状结构，短链碳在高温条件下聚合生成芳香性结构或侧链化生成羧基、羰基等含氧官能团，矿物原料与秸秆混合后，热解时附着在多孔结构中或与含氧官能团结合。
12、在本专利技术的实施方案中，步骤(1)中硅铝铁矿物固废破碎处理后粒径小于2mm，步骤(4)中固体沉淀物与秸秆混合破碎处理后粒径小于0.5mm。
13、在本专利技术的第二方面提供了一种采用第一方面所述的方法制备得到的固废改性秸秆生物炭。
14、在本专利技术的第三方面提供了一种第二方面所述的固废改性秸秆生物炭在抑制污染土壤中砷和铁释放中的应用。
15、在本专利技术的实施方案中，应用步骤如下：在污染土壤中加入固废改性秸秆生物炭进行混合均匀，加纯水淹没土壤，进行室温培养30～60天。
16、在本专利技术的实施方案中，所述固废改性秸秆生物炭与污染土壤的重量比为(4-6)：100。
17、本专利技术的有益效果
18、相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
19、秸秆生物炭通过添加矿物改性，矿物可以和有机质形成稳定的c-o-m络合物，采用本专利技术提供的方法制备的固废改性秸秆生物炭，形貌结构特征呈现出均匀的纤维状多孔结构，并且孔状结构表面附着矿物颗粒，高分子量的芳香碳结构的形式，不易被微生物分解生成低分子量碳和co2，从而热稳定性和化学稳定性高。
20、砷主要吸附于土壤含铁矿物中，将本申请中的固废改性秸秆生物炭使用在土壤改良及修复中，使得释放溶解性有机质量减少，减少了微生物利用量从而降低生长速度和呼吸速率，能够显著降低土壤孔隙水中砷和铁的总量。
21、这是由于固废改性秸秆生物炭其溶解性有机质释放量显著降低，溶解性有机质释放减少，能够抑制微生物生长和电子传递等方式带来的铁矿物还原溶解，从而抑制原来稳定的砷释放，同时，由于矿物中含有ca2+、al3+等阳离子在一定程度上削弱了静电排斥砷，也能减少土壤中原有的砷释放出来，同时，还减少了土壤中铁的释放。
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1.一种固废改性秸秆生物炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种固废改性秸秆生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中硅铝铁矿物固废包括煤矸石、粉煤灰以及赤泥，煤矸石35～45份，粉煤灰35～45份，赤泥10～30份。
3.根据权利要求1所述的一种固废改性秸秆生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中H2O2溶液的质量百分比为30％，原料质量与H2O2体积比为1：(6～10)。
4.根据权利要求1所述的一种固废改性秸秆生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(5)中高温热解处理的条件为在450～600℃的马弗炉中解热2～3小时，升温速率为15～20℃/min。
5.根据权利要求1所述的一种固废改性秸秆生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中硅铝铁矿物固废破碎处理后粒径小于2mm，步骤(4)中固体沉淀物与秸秆混合破碎处理后粒径小于0.5mm。
6.一种采用权利要求1～5任一项所述的方法制备得到的固废改性秸秆生物炭。
7.一种权利要求6所述的固废改性秸秆生物炭在抑制污染土壤中砷和铁释放中
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，应用步骤如下：在污染土壤中加入固废改性秸秆生物炭进行混合均匀，加纯水淹没土壤，进行室温培养30～60天。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述固废改性秸秆生物炭与污染土壤的重量比为(4-6)：100。
...【技术特征摘要】
1.一种固废改性秸秆生物炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种固废改性秸秆生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中硅铝铁矿物固废包括煤矸石、粉煤灰以及赤泥，煤矸石35～45份，粉煤灰35～45份，赤泥10～30份。
3.根据权利要求1所述的一种固废改性秸秆生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中h2o2溶液的质量百分比为30％，原料质量与h2o2体积比为1：(6～10)。
4.根据权利要求1所述的一种固废改性秸秆生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(5)中高温热解处理的条件为在450～600℃的马弗炉中解热2～3小时，升温速率为15～20℃/min。
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈敏，孙远，陆胜勇，陈孝杨，丁佳敏，彭亚旗，王冠杰，郭轩豪，朱慧萍，
申请(专利权)人：浙江大学台州研究院，
类型：发明
国别省市：
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