[发明专利]一种修复土壤汞污染的生物炭材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种修复土壤汞污染的生物炭材料，制备方法如下：S1、生物质粉碎干燥，氮气氛围下在300~400℃炭化60~90min，得中间产物A；S2、将中间产物A置于10%氢氧化钠溶液中，加热至60~70℃，搅拌1.5~2h，加入马来酸酐，升温至100~150℃，搅拌反应2~3h，离心分离得到固体，水洗干净，得中间产物B；S3、将中间产物B在70~80℃干燥12~18h，氮气氛围下在500℃~600℃继续炭化2~3h，冷却后研磨过100目筛，即得，本发明采用马来酸酐对生物炭进行化学改性，增加生物炭对汞的吸附及固定作用，并且使用时不受土壤pH的影响，在酸碱条件下均能与汞离子产生强而稳定的作用。

技术领域

本发明属于水土污染修复技术领域，具体涉及一种修复土壤汞污染的生物炭材料及其制备方法。

背景技术

土壤是农业生产的基本资料，是农作物赖以生长发育的重要环境条件，世界上97%的粮食生产依赖于土壤，农业要持续健康发展，获得稳定增长的生产力，首先必须保证土壤的肥力和安全性，但近年来，由于自然风化、地球化学反应和生物作业等自然活动和人类活动，越来越多的被检测出土壤中含有大量重金属，冲击了我国原本就较少的农田数量。其中，汞，作为一种具有易累积性、剧毒性及在环境中持久性的污染物，通过大气传播，流动性非常强，沉降之后转化为甲基汞，引起土壤环境污染和相应的生态危害，目前对于汞污染土壤的研究和治理并不多，效果亦不显著，给环境带来不小的压力。

生物炭是一种由生物残体在高温（≤700℃）少氧或绝氧热解条件下生成的含碳固态物质，其具有致密的微孔结构，巨大的比表面积，丰富的表面含氧官能团和吸附位点，已经证实，生物炭作为一种新型环境材料，可用于重金属污染的处理。一方面，其能使重金属元素在土壤中形成稳定的化合物，另一方面，能够影响土壤中的重金属化学形态，降低重金属的迁移性。但是，已有研究表明，外界环境条件对生物炭吸附重金属的效能有显著影响，尤其是pH值，会影响重金属离子的赋存形态和生物炭表面的电荷分布，当pH过高或者过低时，均不利于对重金属离子的吸附，因此，一些生物炭对特定的金属离子一般都有适宜的pH范围，例如，研究表明，稻草炭对溶液中铜离子的吸附作用在pH为4.5-6.0时最强。本发明申请人在研究中发现，生物炭对土壤中汞的修复作用受土壤pH值的影响较大，这也限制了一般生物炭的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种修复土壤汞污染的生物炭材料及其制备方法，这种改良后的生物炭材料对较大pH区间范围的汞污染土壤均有良好的修复效果，其使用不受土壤pH值的限制，因此修复效果更好，使用范围更广，最大限度的发挥了生物炭在土壤治理和修复上的潜力。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种制备修复土壤汞污染的生物炭材料的方法，包括如下步骤：

S1、取生物质，粉碎，干燥至含水量低于10%，氮气氛围下在300~400℃炭化60~90min，取出，放冷，得到中间产物A；

S2、将中间产物A置于质量分数为10%的氢氧化钠溶液中，搅拌条件下，将溶液加热至60~70℃，搅拌1.5~2h，然后加入马来酸酐，继续升温至100~150℃，搅拌反应2~3h，反应后离心分离得到固体，水洗干净，得到中间产物B；

S3、将中间产物B在70~80℃干燥12~18h，然后在氮气氛围下在500℃~600℃继续炭化2~3h，冷却后研磨过100目筛，即得。

作为本发明优选的实施方案，步骤S1中，所述生物质是秸秆和骨粉按重量比3~4:1混合而成。

作为本发明优选的实施方案，所述马来酸酐与生物质的重量比为1:10~15。

作为本发明优选的实施方案，所述氢氧化钠溶液与中间产物A的重量比为20~30:1。

本发明还提供了一种更为优选的制备修复土壤汞污染的生物炭材料的方法，包括如下步骤：