[发明专利]一种载镁生物炭及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种载镁生物炭及其制备方法和应用。所述载镁生物炭的制备方法是将粉碎的农林废弃物在氯化镁溶液中浸泡，超声，烘干后在厌氧条件下烧制。该载镁生物炭既可以提高纯生物炭对镉的吸附能力，又可以有效吸附砷。除净化镉砷污染的水体外，还可以同时钝化土壤中的镉和砷，减小镉和砷的移动性和有效性。

技术领域

本发明涉及一种载镁生物炭及其制备方法和应用，属于重金属污染治理技术领域。

背景技术

我国农田土壤重金属污染严重，且多为多种重金属共存的复合污染，首次土壤污染调查公报显示Cd和As的土壤超标率位于第一和第三位。一方面含As、Cd的污水灌溉是造成土壤污染的原因之一，另一方面受污染土壤中的重金属可经过地表径流等作用进入水体，造成水体重金属污染。As、Cd等重金属污染严重威胁人类的食品安全和健康。

生物炭作为一种新型修复材料，具有比表面积大、孔性好、富含富氧官能团，且稳定性好，可以有效吸附去除水体中的重金属，如镉、铅等，但对以阴离子存在的砷几乎没有吸附作用；而将生物炭施入土壤中后，虽然降低了镉和铅等重金属的移动性和有效性，但却增加了砷的移动性和有效性。目前还没有一种可以有效的同时吸附和固定As、Cd的修复材料与方法。因此，开发制备一种同时具备吸附镉和砷能力的吸附材料有重要实际意义。

CN104587958A“负载铁氧化物的生物炭复合材料材料及其制备方法与应用”采用在超声波作用下强化三价铁盐溶液浸渍生物质原料，然后在缺氧条件下高温碳化制备负载铁的生物炭复合材料，虽然该材料能有效吸附水体中的砷，但在实际应用中三价铁离子可以转化为二价铁离子而溶解，丧失吸附能力，特别是在水稻-土壤体系淹水的厌氧条件下；而且也没有提高生物炭对金属离子如镉的吸附能力。CN106669603A“一种氧化镁-稻壳生物炭复合材料的制备方法及应用”将氧化镁悬浊液直接用来浸泡生物炭，然后进行二次热裂解，制得负载氧化镁的生物炭材料，氧化镁很难高度分散并负载在生物炭上，并且生物炭本身显碱性，氧化镁会快速沉淀到生物炭表面而很难进入生物炭的微孔，还有可能因为堵塞生物炭孔隙而减小生物炭吸附能力；除操作繁琐外，其应用只限于吸附水或土壤环境中的镉。

发明内容

针对目前还没有有效的修复剂同时具备对镉和砷的吸附作用，本发明特提供一种载镁生物炭。该载镁生物炭既可以提高纯生物炭对镉的吸附能力，又可以有效吸附砷。除净化镉砷污染的水体外，还可以同时钝化土壤中的镉和砷，减小镉和砷的移动性和有效性。

本发明采用的技术方案如下。

一种载镁生物炭的制备方法，将粉碎的农林废弃物在氯化镁溶液中浸泡，超声，烘干后在厌氧条件下烧制。

所述农林废弃物为秸秆等农林废弃物。为了获得更好的效果，所述农林废弃物在制备前先于80-105℃烘干，粉碎为小于5mm粒径(优选2-3mm)的秸秆等农林废弃物。

所述氯化镁溶液中氯化镁的浓度为0.2-2mol/L，优选0.4-0.6mol/L，更优选0.5mol/L。

所述农林废弃物与氯化镁溶液的质量体积比为1:5-20(g:mL)，优选1:9-11。

所述原材料在氯化镁溶液中浸泡后超声，浸泡时间为0.5-1h，超声1-2h，80℃烘干。

本发明所述浸泡、超声、烘干后的农林废弃物在通氮气的厌氧条件下烧制或者将农林废弃物压实填入密闭的不锈钢罐中烧制。所述烧制温度为500-700℃；同时为了确保烧制效果，须以10-20℃/min的速度升温至烧制温度(500-700℃)并保持3-5h。

作为本发明优选的实施方式，所述载镁生物炭的制备方法包括如下步骤：

(1)先将农林废弃物在制备前于80-105℃烘干，粉碎为小于5mm粒径；

(2)将步骤(1)处理后的农林废弃物在浓度为0.2-2mol/L的氯化镁溶液中浸泡，超声，烘干；