[发明专利]南荻基改性生物炭的制备方法及南荻基改性生物炭和应用

说明书

技术领域

本发明涉及农业生产与加工技术领域，具体涉及南荻基改性生物炭的制备方法及南荻基改性生物炭，还涉及南荻基改性生物炭的应用，用于重金属镉的吸附。

背景技术

重金属广泛存在于自然环境中，包括自然水体、农业土壤和大气，重金属含量过高就会对人类和其它生物造成危害，因为重金属不仅不能够被生物降解，还会通过生物链的累积富集使重金属含量逐级放大，其危害也就会随之而显著升高，而且这种危害是长期的、不可逆的，加之湖南省湘江流域当代工农业的迅猛发展，促使着冶金、电镀、金属釆矿、城市垃圾和农业化肥等快速发展，导致重金属废水的大量产生和向自然环境中不断涌入。因此，对湘江流域重金属的治理己经上升到国家程度。

目前，重金属污染的治理技术大都采取沉淀、离子交换、膜分离、生物处理、氧化还原和吸附。其中，沉淀法通常通过加入絮凝剂和碱使重金属沉淀，但会造成pH偏高和二次污染；离子交换法常利用离子交换剂(比如离子交换树脂)，但回收利用和投资管理都是问题；使用高分子薄膜材料作为介质进行膜分离，包括微滤、超滤、反渗透、电渗析等，目前还没有形成规模；微生物处理法通常采用微生物对重金属的吸附和吸收中作用去除重金属，然而，微生物菌环境敏感度高、专一性强等缺点限制微生物处理技术的应用；氧化还原法通常会加入氧化剂或者还原剂，目的是改变重金属离子的化学价态以降低其生物毒性，比如常见的是处理六价铬时加入还原剂将其转变为三价铬；吸附法大都釆用加入吸附剂的方法，常用的吸附剂比如活性炭、树脂、矿石等，其中生物炭由于其来源广、成本低廉、多孔性等特点而被广泛应用在重金属的吸附。比如，Uchimiya etal系统研究了不同热解温度(分别是200,350,500,650和800℃)条件下制备biochar的性质，并将该生物炭应用在土壤重金属Ni(II)、Cu(II)、PbCII)、Cd(II)的吸附，同时考查热解温度对biochar性质的影响。此外，Uchimiya etal还通过氧化法对棉籽壳生物炭表面进行基官能团化学改性，通过一系列的对比试验来研究改性后的生物炭对土壤重金属Cu(II)、Zn(II)和Pb(n)的固定效果。Wang etal利用农业废弃物麦稻秆制备的生物炭来研究其对重金属Pb(II)、Cu(II)和Cd(II)的竞争吸附，平衡吸附和动力学数据表明，该生物炭对三种重金属离子的选择性顺序是Pb(II)>Cu(II)>Cd(II)。Cao etal将废弃鸡粪制备成生物炭，变废为宝应用在农业土壤上，研究发现该生物炭可以同时固定土壤中的重金属Pb(II)和农药莠去津，仅仅200天左右的时间就可以将重金属Pb(II)的毒性降低70-89％，农药莠去津的毒性减少53-77％。

南荻是一种可进行有性繁殖和无性繁殖的多年生高生物量C4植物，为我国所特有，原产于长江中下游以南各地区，适合在河流、湖泊、沿海滩涂等水陆相接地带生长，具有重要的生态保护作用和经济利用价值。南荻植株高大，垄秆粗壮，莲秆中富含大量优质纤维，大约含有43-65％纤维细胞，其纤维产量和质量均优于杨树、柳树、声華、麻类和毛竹等，是一种理想的“非粮”生物质原料；而且南荻耐旱、耐湿、耐盐，能在环境条件恶劣的土地上生长。因此，除了作为生物质能源外，南荻还可以通过加工后作为生物炭材料，广泛应用环境治理，但到目前为止，以南荻为原料制备生物炭的研究尚未见报道，是生物炭材料研究领域未来的方向。同时，国内外在生物碳处理污水中的重金属研究主要集中在生物炭对重金属离子的吸附阶段，离子交换作用、络合作用和沉淀作用等吸附机理争议较多。

发明内容

为克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供南荻基改性生物炭的制备方法，以湖南特有物种南荻为原料制备南荻基生物炭，并以氢氧化钾和盐酸处理南荻基生物炭，制备出南荻基改性生物炭材料，并应用南荻基生物炭材料治理土壤中重金属镉污染，充分拓宽南荻这种“速生草”的应用途径，为南荻基改性生物炭材料治理重金属污染研究提供理论基础。

本发明的目的还在于提供由上述制备方法制得的南荻基改性生物炭。

本发明的目的还在于提供上述南荻基改性生物炭的应用，用于重金属镉的吸附。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

南荻基改性生物炭的制备方法，具体地，该方法包括如下步骤：

(1)南荻基生物炭制备：将南荻清洗后在70-90℃烘4-6h，取出冷却后剪成小段并打碎成粉末，取10-80g所述南荻粉末于坩锅并放入真空气氛炉中碳化2h，冷却得生物炭；