[发明专利]一种以芦苇、鸡粪为原料制备生物炭吸附剂的方法

说明书

本发明公开了一种以芦苇、鸡粪为原料制备生物炭吸附剂的方法。该方法以湿地绿色成熟期芦苇、鸡粪为主要原料利用热解法将芦苇和鸡粪转变成生物炭，通过活化剂硅酸钾和CO₂两次活化作用，调配芦苇和鸡粪不同配比制备生物炭，进一步提高了生物炭的比表面积、微孔体积等，提高了其吸附污染物能力。成熟期的芦苇地上部分吸收并储存湿地系统中氮磷的能力最强，而鸡粪本身不仅富含氮磷等营养物质，也富含钙、镁、铁、锌等结构复杂的物质，因此结合芦苇和鸡粪的优缺点制备生物炭，不仅能改进生物炭的吸附性能，又能削弱化学物质添加引起的二次污染，也能有效防止生物炭中钙、镁、铁、锌等物质流失。

技术领域

本发明涉及一种以芦苇、鸡粪为原料制备生物炭吸附剂的方法，属于湿地、农业固体废弃物资源利用及水环境污染控制领域。

背景技术

水体中氮、磷等物质超过水体自身承载量，将导致水体及周边生态系统失去平衡，进而造成水体污染程度恶化。在生态修复水污染技术中，新型吸附材料如生物炭已经被应用在水污染治理中。常见的生物炭原料有小麦秸秆、稻壳、木材、草、畜禽粪便等，目前也有利用芦苇秸秆、鸡粪制备生物炭进行吸附污染物的报道。例如中国专利CN 106000334 A“一种改性芦苇生物质炭及其制备方法和应用”、CN 108970583 A“一种芦苇基生物炭吸附材料的制备方法”、CN 105170091 A“铁改性芦苇生物炭的制备及其在处理含磷废水上的应用”、CN 108236917 A“一种基于芦苇秸秆的改性生物炭及在铅污染中的应用”，以及王博等人(王博,叶春,李法云,曲乾,陈鑫.水生植物制生物炭对硝态氮的吸附规律研究[J].中国环境科学,2017,37(1):116-122.)利用盐酸改性的芦苇生物炭对硝酸氮的最大吸附量为14.6661mg/g。这些关于芦苇生物炭的报道对磷、铅、硝态氮等污染物吸附效果较好，而对铵态氮吸附能力有待进一步提高，而且这些专利主要集中在芦苇秸秆上，也就是晚秋或冬季的芦苇，而这个时期芦苇茎叶等吸收利用的氮磷又再次转移至植物根部或降解回到土壤，此时通过收割地上芦苇而减少二次污染的力度较小。此外，芦苇植物制作的生物炭在环境治理中的应用需要通过添加CaCl₂、MgCl₂、ZnCl₂、FeCl₂等化学物质通过负载进行改性，但是添加这些外源化学物质，不仅增加经济成本，还存在金属离子脱负的可能性，致使其具有潜在的污染风险。

另外，一些有关鸡粪生物炭去除污染物的研究，如中国专利CN 108144580 A“一种利用发酵鸡粪制备生物炭吸附剂的方法及生物炭吸附剂”、CN 108786736 A“一种以鸡粪为原料制备的生物炭以及在鸡场废水净化中的应用”、CN 103864169 A“一种利用生物炭去除污水中除草剂的方法”、CN 108326023 A“翅荚决明和生物炭联合修复尾矿库的方法”，这说明鸡粪为原料的生物炭能有效去除磷、抗生素、除草剂、重金属等，但是目前有关鸡粪生物炭吸附铵态氮的研究尚缺乏。

为了实现湿地芦苇植物、鸡粪在环保中的安全利用，减少其对环境的负面影响，本发明提供了一种以湿地芦苇、鸡粪为原料制备的组合生物炭，制备环保型生物炭，旨在为了提高生物炭吸附铵态氮和磷酸盐的能力，同时能吸附去除其他水中污染物。

发明内容

本发明克服了上述现有技术的不足，提供了一种以芦苇、鸡粪为原料制备生物炭吸附剂的方法。该方法以湿地绿色芦苇(成熟期芦苇，10月下旬或11月初，根据不同地区时期不同)、鸡粪为主要原料利用热解法将芦苇和鸡粪转变成生物炭，通过活化剂硅酸钾和CO₂两次活化作用，调配芦苇和鸡粪不同配比制备生物炭，进一步提高了生物炭的比表面积、微孔体积等，提高了其吸附污染物能力。本发明制作成的芦苇-鸡粪生物炭，具有较大的比表面积和羟基官能团，其吸附能力强，能够吸附重金属、铵态氮、硝态氮、磷酸盐、有机污染物等，因此可以作为填充基质用于人工湿地等污水处理系统中，不仅改进单一芦苇、单一鸡粪生物炭的性能，也能有效提高污水去除污染物的能力。

本发明的技术方案是：一种以芦苇、鸡粪为原料制备生物炭吸附剂的方法，其特征是，包括以下步骤：