[发明专利]一种球磨氧化-巯基化改性生物炭及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种球磨氧化‑巯基化改性生物炭及其制备方法和应用，其制备方法包括以下步骤：(1)将原料热解得到生物炭，所述原料为农业生产过程中产生的作物秸秆和/或畜禽养殖过程中所产生的动物粪便；(2)将生物炭、双氧水和水按质量比1:15:15‑1:30:60混合，并球磨生物炭粒径到微纳米级，后经过滤获得固体球磨氧化改性生物炭；(3)按质量比1:20‑1:200将上述球磨氧化改性生物炭加入到含1％‑4％的3‑巯基丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液进行反应，反应后固化；(4)将固化后的生物炭进行抽滤洗涤，自然晾干，获得球磨氧化‑巯基化改性生物炭。本发明实现了农业和畜牧业废弃物的资源化再利用，改性后的生物炭可用于水体中重金属的去除或农田土壤中重金属的固定。

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，尤其涉及一种球磨氧化-巯基化改性生物炭及其制备方法和应用。

背景技术

一方面，重金属是一种常见的污染物，其特点为易被生物吸收、富集、传递，进而发生生物放大，不易被移除，因此，重金属特别是铅、镉等有毒重金属被世界各国列为环境优先控制污染物。重金属污染已成为全球性的环境问题，近几年更成为中国民众高度关注的污染问题之一。我国是农业大国，农业生产是我国主要的经济产业之一，而土壤和水资源是农业生产不可或缺的基础，直接关系到农产品产出的优劣。随着全球经济的快速增长，工业“三废”排放量日益增多，一些工矿废弃物未经处理便进入农田或农业用水水源中，导致了农业生态环境的污染和破坏。

另一方面，农业及规模化畜牧业养殖发展中易产生大量的作物秸秆和畜禽粪便，这些废弃物通常得不到妥善处理，随意排放，严重污染周围的水土资源和空气环境，影响人们正常的生产生活。农业和畜牧业废弃物的无害化处理、资源化利用，对农业和畜牧业的可持续发展具有十分重要的意义。目前，农业和畜牧业废弃物主要通过沼气发酵、全量收集直接还田、粪便堆肥还田等方式进行资源化利用，但受环境因素等限制较多，利用率低。

生物炭是由动植物残体以及畜禽粪便在无氧或限氧条件下经高温热解产生的一类稳定的、高度芳香化的碳质材料，可吸附镉铅等重金属，但其吸附能力有限，需要进行改性提高。目前，球磨法和氧化法是两种常用的生物炭改性技术。但，球磨法通常采用机械干磨的方式，存在着球磨效率低、生物炭与研磨介质分离过程中易产生生物炭固体粉尘等缺点；氧化法通常采用强氧化或腐蚀性物质如浓硫酸、浓硝酸进行改性，对环境和生产者的健康具有一定风险。因此，针对上述问题，有必要提出进一步地解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种球磨氧化-巯基化改性生物炭及其制备方法和应用，以克服现有技术中存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种球磨氧化-巯基化改性生物炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)将原料热解得到生物炭，所述原料为农业生产过程中产生的作物秸秆和/或畜禽养殖过程中所产生的动物粪便；

(2)将生物炭、双氧水和水按质量比1:15:15-1:30:60混合，并球磨生物炭粒径到微纳米级，后经过滤获得固体球磨氧化改性生物炭；

(3)按质量比1:20-1:200将上述球磨氧化改性生物炭加入到含1％-4％的3-巯基丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液进行反应，反应后固化；

(4)将固化后的生物炭进行抽滤洗涤，自然晾干，获得球磨氧化-巯基化改性生物炭。

优选地，所述原料在厌氧或无氧条件下以1-10℃/min的升温速率达到预设温度，并维持1-10h，所述预设温度为500-700℃。

优选地，所述原料在氮气条件下升温。

优选地，所述步骤(2)中将生物炭、双氧水和水在室温下混合，边球磨边氧化1-10h，使生物炭粒径达到0.1-10微米后，通过抽滤获得固体球磨氧化改性生物炭。