[发明专利]过腹转化提高玉米秸秆生物炭镉吸附固定能力的方法

说明书

本发明公开了过腹转化提高玉米秸秆生物炭镉吸附固定能力的方法，将新鲜玉米秸秆拌入0.1％的食盐，以唯一饲料喂养牛，通过牛过腹转化，收集牛排泄的牛粪，烘干后放入马弗炉中，在氮氛围下控制升温速率为20℃/min，在600‑700℃条件下热解3小时制备生物炭。通过牛的过腹转化，生物炭性质得到显著改变，对镉的最大吸附量为161.2‑175.4mg/g，过腹转化制备的生物炭对土壤镉的固定能力提高了45.1‑47.2％。该方法具有能耗低、质量好等显著特点，既实现了玉米秸秆资源的多级循环利用，又为镉污染土壤的钝化修复提供了很好的修复材料。

技术领域

本发明涉及农业废弃物资源化和土壤重金属钝化修复领域，具体涉及一种过腹转化提高玉米秸秆生物炭镉吸附固定能力的方法。

背景技术

我国土壤重金属等污染形势严峻，严重威胁农产品安全和人体健康，修复重金属污染土壤十分迫切。土壤重金属污染原位钝化修复技术具有成本低廉、操作简便、见效快、适合大面积污染治理等优点，在土壤修复应用中备受关注。重金属原位钝化修复的关键在于钝化剂的开发，其原料主要为石灰性物质、黏土矿、含磷材料和有机肥等。由于原料来源短缺、钝化效果不一、或者存在二次污染等原因，使原位钝化修复技术的推广受到了限制。因此，开发低廉高效、环境友好的原位钝化剂成为该领域的热点。近年来的研究表明，用农林废弃物生产的生物炭具有微孔结构丰富、比表面积大、吸附力强、pH值高、抗分解能力强等独特的结构和理化性质，在土壤改良、污染治理、固碳减排、环境治理等方面具有广阔的应用前景。生物炭作为重金属污染土壤修复的原位钝化剂，对重金属有很强的吸附能力，且可以有效降低土壤重金属的有效性，减少其对植物的毒害和植物中重金属含量，修复潜力巨大。

另一方面，目前中国秸秆年产量突破8×10⁸t，长期以来，我国秸秆资源利用方式单一、产业链条短、经济效益差、产业化程度低，严重制约了秸秆综合利用水平的提高。近年来，生物炭资源利用技术，即利用秸秆制备生物炭已经成为秸秆资源化利用技术研究的前沿。然而该技术并不能把秸秆中的蛋白质、氨基酸、糖类等养分物质充分利用起来，同时由于秸秆生物量大，含水率高等特点，在生物炭制备过程需要消耗大量能源。因此，按照循环农业的理念，通过发展以秸秆多级循环利用为特征的秸秆循环型农业，从而增加秸秆资源的附加值，提高秸秆资源的利用率，同时结合生物炭资源利用技术，将多级利用产物制备生物炭，用于重金属污染土壤的钝化修复，将有助于实现秸秆资源利用经济效益及环境效益的最大化。

为了提高玉米秸秆资源化利用效率，本研究试图通过将玉米秸秆喂牛，经过腹转化，再利用慢热解方法制备生物炭，提高其对镉的吸附固定能力。既实现了玉米秸秆资源的多级利用，又为镉污染土壤的钝化修复提供了很好的修复材料。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种提高玉米秸秆生物炭镉吸附固定能力的方法。为实现上述目的，通过将玉米秸秆喂牛进行过腹转化，收集排泄物牛粪，利用慢热解方法制备生物炭，利用该生物炭吸附固定土壤中的镉。该方法既实现了玉米秸秆资源的多级利用，又为镉污染土壤的钝化修复提供了很好的钝化剂材料。

过腹转化提高玉米秸秆生物炭镉吸附固定能力的方法，具体包括以下步骤：

(1)玉米秸秆过腹转化：取新鲜玉米秸秆，铡成2-3cm大小均匀的小段，拌入0.1％的食盐，作为唯一饲料喂养牛，连续喂养4天以上；

(2)牛粪收集与处理：从喂养的第二天开始收集牛粪，连续收集3天以上，收集的牛粪在室温条件下风干，含水量控制在15-20％；

(3)生物炭的制备：将上述干燥处理后的牛粪放入坩埚中，放入烘箱，在65-70℃条件下烘22-24小时，控制含水量在4-8％；然后将烘干处理后的牛粪放入马弗炉中，采用一步法慢热解制备生物炭；热解条件为在氮气氛围中以20℃/min升温至600-700℃，保温3小时，冷却后得到的生物炭磨细，过40目筛即可。