[发明专利]控制和去除生物炭制备过程中多环芳烃产生的方法

说明书

技术领域

本发明涉及环保生物炭的制备，具体涉及一种控制和去除生物炭制备过程中多环芳烃产生的方法。

背景技术

生物炭是生物质低温限氧条件下，热解制备的一种高度芳香化含碳有机固体物。研究表明，生物炭施入土壤，可以修复土壤污染，减少温室气体，改善土壤结构与理化性质，延缓肥料在土壤中的养分释放，降低养分损失，提高肥料养分利用率，提高作物产量，是一种新型土壤添加剂。

然而，由于生物炭制备过程的实质是对生物质进行高温热解的过程，因此在这一过程中不可避免会产生多环芳烃。多环芳烃在环境中往往含量低、难降解，属持久性有机污染物，施入土壤后，会给农产品带来安全隐患。孙克静等(2014)以木屑、小麦秸秆和玉米秸秆为原料制备生物炭，GC-MS测定其16种多环芳烃含量，其浓度分别为3.29，2.02，2.45mg/kg(农业环境科学学报，2014年33卷第11期)。Hilber等(2012)研究表明，以葡萄藤木、象草、松木为原料热解制备的生物炭，其16种多环芳烃的总量分别为9.82、62.73、355.30mg/kg(Journal of agricultural and food chemistry,2012,60(12):3042－3050)。仓龙(2012)报道，在高施用量的条件下，生物炭中含有的多环芳烃容易使土壤中多环芳烃含量达到中度或重度污染的程度(农业工程学报，2012年28卷第15期)。

经检索文献发现，中国专利“一种抑制氮肥淋失的牛粪生物炭制备方法”(公开号：CN104030862A)、“一种有机废物制备生物炭的工艺(公开号：CN103951149A)”均利用农林动植物废弃物，进行炭化处理，制备生物炭。这些技术主要不足是未考虑生物炭本身存在的多环芳烃去除问题，将其直接或者与其他物质结合施用于土壤，必然会给土壤及其农产品带来安全风险。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中生物炭制备过程中存在的不足，提供一种控制和去除生物炭制备过程中多环芳烃产生的方法。本发明利用农林废弃物炭化产物、多环芳烃降解菌及多种有益微生物制备得到环保生物炭；实现了制备的生物炭具有安全、环保、高效等突出优点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种控制和去除生物炭制备过程中多环芳烃产生的方法，所制备的生物炭具有环保、安全特征，是通过包括如下步骤的方法制得的：

步骤一、将农林废弃物风干、粉碎；

步骤二、将步骤一所得的粉碎物，在300℃～800℃下，分两阶段热解，冷却至室温，研磨，过筛，得生物炭；所述两阶段热解具体为：第一阶段，快速升温至300℃～600℃，限氧热解0.5～5小时(更优选0.5～2小时)，第二阶段，慢速升温至600℃～800℃，限氧热解1～5小时(更优选4～5小时)；当第一阶段升温温度小于300℃，热解产生的生物炭芳香化程度低，比表面积和孔隙度小；当第一阶段温度大于600℃，农林废弃物过度芳香化，将产生大量多环芳烃；

步骤三、将菌液浓度为10⁶～10⁸cfu/ml的多环芳烃复合降解菌剂与所述生物炭混合发酵10～48h，固液分离，得环保型生物炭，室温保存。

优选的，所述农林废弃物为园林树枝、小麦秸秆、草、竹子、牛粪、沼渣中的一种或几种。

优选的，所述过筛为过20～100目筛。

优选的，所述生物炭的粒径为80～100目。

优选的，所述第一阶段的升温速率为5℃/min～15℃/min。该阶段，升温速率相对较快，可以有效避免大量多环芳烃的产生，同时兼顾生物炭的比表面积和孔隙度的大小。更优选升温速率为10℃/min～15℃/min。

优选的，所述第二阶段的升温速率为1℃/min～5℃/min。该阶段，升温速率相对较慢，农林废弃物具有更长的时间炭化，使其更好的芳香环化，增大生物炭的比表面积和孔隙度，同时大大降低多环芳烃等有机污染物的产生。

优选的，所述多环芳烃复合降解菌剂中降解菌为枯草芽孢杆菌、多粘类芽孢杆菌、假单胞菌、放线菌、氮单胞菌、克雷伯氏菌、曲霉中的一种或几种的混合。最佳菌液浓度为10⁸cfu/ml。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

克服了目前市面上的生物炭本身含有多环芳烃的不足，防止多环芳烃随着生物炭直接施入土壤，给土壤及其农产品的带来安全风险。

附图说明