【技术实现步骤摘要】
：本专利技术属于改性生物炭制备以及污水处理，涉及一种菱镁尾矿改性生物炭及其制备方法和应用。
技术介绍
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技术介绍
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1、畜禽养殖废水中含有高浓度氮磷，若不及时处理，大量集中的氮磷元素进入河海湖等天然水体将会导致水体富营养化，对环境造成二次污染。生物炭作为吸附介质，其简单灵活、环境友好且易于再生被广泛用于水体污染净化领域。利用农林废弃物热解制备生物炭是一种重要的资源化处理思路，但未改性生物炭对水体中氮磷的吸附去除能力普遍较低，为提高其吸附性能通常需要对生物炭进行改性以期优化生物炭的结构和性质，扩展生物炭在富营养化水体的应用。
2、常见的生物炭改性方法有酸改性、碱改性以及金属离子改性等，畜禽养殖废水中因同时含有高浓度的氮和磷，有文献报道镁改性生物炭可提高氮和磷的回收率。镁改性生物炭的制备受到多个因素的影响，不同条件下制备的生物炭理化性质差异较大。前处理镁改性是将生物质材料预先浸渍于镁试剂中进行处理后再炭化，在此过程中热解与活化步骤同时进行，只需要进行一次炭化，但需要投入镁试剂和其他或酸性或碱性活化试剂。试剂与生物质材料的浸渍比(ν:w)较大，试剂投入成本较高，比如mgcl2溶液，mgcl2改性生物炭在碳化过程中还会生成污染性的hcl气体，对环境造成不利影响。而后处理镁改性包括生物质的炭化和活化改性两个步骤，能改善生物质炭的物化性质，提高其对特定污染物的吸附性能，但需要进行二次炭化，增加了制备成本，制备方法较为复杂，且对生物质炭的稳定性具有较高要求，在改性过程中可能造成二次污染问题。因此，通过何种方式制备镁改
3、菱镁矿(亦称菱镁石，化学式mgco3)是我国优势矿产资源，是镁的主要来源。菱镁矿在工业上应用较为广泛，在生产耐火材料、高温制镁砂以及轻烧氧化镁等领域较为成熟，其开发利用为人类社会创造了巨大经济效益。在水处理领域中，通常是将菱镁矿制成氧化镁和氢氧化镁，来发挥菱镁矿的环境价值。而工业上的大量应用使得菱镁矿开采规模较大，开采量居高不下，目前菱镁矿综合利用率又极低，导致菱镁矿尾矿的产生量也随之增加。菱镁矿尾矿现阶段主要是采取堆存处理，由于矿石经过处理后会因粒度变细而增大表面积，堆存时具有潜在的流动或塌漏风险，危害性较强，若处理不当，将会危害自然生态以及人民生命财产安全，所以菱镁矿尾矿的处理以及再利用成为亟待解决的问题。
4、菱镁矿尾矿的成分与菱镁矿近似，mgo含量较多，以mgco3的形式存在，占30％-35％，其焙烧产物mgo在水环境中水化为mg(oh)2，能够与水中酸性物质和金属离子发生中和反应和化学沉淀反应，而且尾矿一般粒度较细、表面积相对较大，活性有一定的提高，故将菱镁矿尾矿预处理后也能作为吸附剂用于处理酸性废水和重金属污染废水。国内外对菱镁矿尾矿的综合利用报道相对较少，对菱镁矿尾矿改性生物炭处理同时含有高浓度的氮和磷的畜禽养殖废水的研究更少，理论和实际应用可行性还存在一定的不足。
5、综上所述，利用菱镁矿尾矿开发制备一种便捷廉价、性能更好的镁改性生物炭，不仅对水体富营养化的处理至关重要，也对处理大宗固废实现资源化再利用具有重要实际意义。
技术实现思路
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技术实现思路
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1、为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种菱镁尾矿改性生物炭及其制备方法和应用，以菱镁矿的尾矿和生物秸秆为原材料，制备一种经济高效、绿色环保的吸附材料，用于吸附畜禽养殖废水中的氮磷，对控制水体富营养化具有重要意义。镁改性操作简单，原料廉价易得，技术可实施性强，将菱镁矿尾矿中的成分综合利用，为处理大宗固废实现资源化再利用提供依据。
2、为实现上述目的，本专利技术提供技术方案如下：
3、一种菱镁尾矿改性生物炭制备方法，所述方法包括以下步骤：
4、s1，将农作物秸秆清洗、烘干、粉碎后过筛得到生物质粉末；
5、s2，将生物质粉末、过筛后的菱镁尾矿粉和水湿混均匀后得到混合物；
6、s3，将步骤s2中的混合物烘干、粉碎，在氮气氛围下热解处理后得到炭化产物；
7、s4，将步骤s3中的炭化产物洗涤、烘干，碾碎后过筛得到菱镁尾矿改性生物炭。
8、进一步地，所述步骤s1中农作物秸秆为水稻秸秆，烘干温度为105℃，过100目筛。
9、进一步地，所述步骤s2中混合物的制备过程包括：
10、s2.1，将生物质粉末和过100目筛后的菱镁尾矿粉按照重量比1:1混合均匀，得到混合粉末；
11、s2.2，将去离子水加入混合粉末，搅拌均匀，得到浆状混合物，混合粉末与去离子水的质量体积比为2g:1ml。
12、进一步地，所述步骤s3中烘干温度为105℃，热解处理方法为以5℃/min的升温速度升至700℃热解2h，氮气流速为200ml/min，自然冷却至室温。
13、进一步地，所述步骤s4中，洗涤方法为以去离子水洗涤数遍去除灰分，烘干温度为70℃，过100目筛。
14、本专利技术还提供一种利用上述制备方法得到的菱镁尾矿改性生物炭。
15、进一步地，所述菱镁尾矿改性生物炭孔径为7.28nm，bet比表面积为30.72m2/g，孔道内固载的菱镁尾矿改性生物炭颗粒粒径为10-50nm，镁的重量百分比为12.24％。
16、本专利技术还提供一种菱镁尾矿改性生物炭在畜禽养殖废水处理中的应用。
17、进一步地，一种畜禽养殖废水中脱氮除磷的方法，所述方法以上述的菱镁尾矿改性生物炭作为吸附剂。
18、进一步地，所述的畜禽养殖废水中脱氮除磷的方法，包括以下步骤：向畜禽养殖废水中加入所述菱镁尾矿改性生物炭吸附剂，在搅拌条件下处理所述废水，控制废水的ph值为7，控制菱镁尾矿改性生物炭在废水中的浓度为3g/l，控制废水处理时间为24h。
19、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
20、本专利技术使用水稻秸秆作为制备优质活性炭的原料，减少废弃水稻秸秆的资源浪费，具有绿色环保、廉价易得、制备简便的优点，有明显的环境、经济和社会效益。
21、本专利技术使用菱镁尾矿作为生物炭的改性材料，与现有的将菱镁尾矿预处理直接作为吸附剂不同，后者是利用菱镁尾矿焙烧后遇水形成mg(oh)2使amd呈强碱性，继而使金属离子和硫酸根转化为氢氧化物、硫酸盐沉淀等沉淀物而被去除；而本专利技术利用菱镁尾矿对生物炭改性，改性后生物炭的吸附机制不完全是物理吸附，改性后的炭化水稻秸秆表面有很多含镁的氧化物，本专利技术将菱镁尾矿与水稻秸秆本身的物理化学性质以及结构特征结合起来，既能提高生物质材料的炭化程度，促进含氧官能团的形成，为吸附过程提供更多的活性位点，两种材料的相互结合具有广阔的回收利用前景与协同利用空间，在实现固废处理的同时达到资源化再利用的目的。
22、本专利技术的改性生物炭制备方法与现有的前处理方法即浸渍-热解方法不同，前者是生物质粉与矿粉按比例混合再本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种菱镁尾矿改性生物炭制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中农作物秸秆为水稻秸秆，烘干温度为105℃，过100目筛。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中混合物的制备过程包括：
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中烘干温度为105℃，热解处理方法为以5℃/min的升温速度升至700℃热解2h，氮气流速为200mL/min，自然冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，洗涤方法为以去离子水洗涤数遍去除灰分，烘干温度为70℃，过100目筛。
6.根据权利要求1至5任一项所述方法制备得到的菱镁尾矿改性生物炭。
7.根据权利要求6所述的菱镁尾矿改性生物炭，其特征在于：所述菱镁尾矿改性生物炭孔径为7.28nm，BET比表面积为32.87m2/g，孔道内固载的菱镁尾矿改性生物炭颗粒粒径为10-50nm，镁的重量百分比为12.24％。
8.权利要求7所述的菱镁
9.一种畜禽养殖废水中脱氮除磷的方法，其特征在于，所述方法以权利要求7所述的菱镁尾矿改性生物炭作为吸附剂。
10.根据权利要求9所述的畜禽养殖废水中脱氮除磷的方法，其特征在于，包括以下步骤：向畜禽养殖废水中加入所述菱镁尾矿改性生物炭吸附剂，在搅拌条件下处理所述废水，控制废水的pH值为7，控制菱镁尾矿改性生物炭在废水中的浓度为3g/L，控制废水处理时间为24h。
...【技术特征摘要】
1.一种菱镁尾矿改性生物炭制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中农作物秸秆为水稻秸秆，烘干温度为105℃，过100目筛。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中混合物的制备过程包括：
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中烘干温度为105℃，热解处理方法为以5℃/min的升温速度升至700℃热解2h，氮气流速为200ml/min，自然冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，洗涤方法为以去离子水洗涤数遍去除灰分，烘干温度为70℃，过100目筛。
6.根据权利要求1至5任一项所述方法制备得到的菱镁尾矿改...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋繁永，傅晓文，李天元，黄玉杰，张闻，赵庆庆，季蕾，王加宁，张新建，周方园，
申请(专利权)人：山东省科学院生态研究所山东省科学院中日友好生物技术研究中心，
类型：发明
国别省市：
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