[发明专利]一种超富集植物资源化利用的方法

说明书

本发明提供一种超富集植物资源化利用的方法，属于重金属污染治理及超富集植物处理技术领域。该方法首先对超富集植物预处理补水加入超临界釜中，并加入1‑5wt％碱性催化剂，开始反应前Ar或N₂吹扫反应系统保持釜内惰性环境，将反应物料加热至超临界状态，反应完成后获得高附加值富氢气体、粗生物油及生物炭。超过99.1％的重金属积累到生物炭中并主要以稳定形态存在，可降低重金属的环境风险，生物炭经过进一步处理后可用于吸附水溶液中重金属，本发明对于超富集植物减量化效果显著，可同时实现超富集植物的“无害化”和“资源化”。本发明解决了超富集植物后续处置问题，为植物修复技术的工程化应用提供了保障。

技术领域

本发明涉及重金属污染治理及超富集植物处理技术领域，特别是指一种超富集植物资源化利用的方法。

背景技术

土壤重金属污染具有隐蔽性、不可逆性、长期性和难治理性等特点。我国土壤资源有限，土壤污染造成可利用的土壤资源的严重浪费，严重影响我国经济的可持续发展。与传统的修复技术相比，植物修复技术由于其原位治理土壤、修复后的土壤可再利用、治理成本低廉、管理操作简易、环境美学兼容等特点，在重金属污染治理中具有不可替代的优势，符合可持续发展的要求，具有广阔的应用前景。植物修复过程中产生的大量的超富集植物中含有高浓度重金属，若不及时处置，又将成为二次污染源。因此，含高浓度重金属的超富集植物的后续处理对于避免重金属二次污染及植物修复技术的工程化应用具有重要意义。

超富集植物的处理技术主要包括焚烧、热解、堆肥、压缩填埋及超临界水技术等。焚烧可有效实现超富集植物的减量化，产生的热能可用于供电；但焚烧过程中有机物分解，重金属主要以氧化物的形式被释放，飞灰中重金属含量通常超标，易造成大气污染，仍需寻找适合的方法进行后续处理，且设备及运行费用高昂。热解能够显著减少超富集植物的生物量，并产生高附加值产物，如裂解气、生物油可作为燃料使用；但生物质需预先进行干燥，含水率限值为30％，且热解过程需要较高温度，导致重金属挥发，因此需要先进的烟气净化系统，增加投资运行成本。堆肥处理周期长，且需要后续处理，检测和运行费用昂贵，通常被看作预处理技术。压缩填埋产生的残余植物生物质和渗滤液仍需作为废弃物处置，易造成二次污染。水在超临界状态(374℃，22.1MPa)下，具有低密度、低粘度、高扩散系数等特点，由极性变为强极性溶解介质，可溶解气体和有机化合物，大大减少生物质质量。处理过程中，超临界水作为反应介质、反应物和催化剂，因此无需进行干燥处理，减少能耗。超临界水技术通过超临界水气化或液化过程，将生物质转化为气体(CO、CO₂、CH₄、H₂等)和液体(用作液体燃料或化学品)的高附加值产品。

修复后的超富集植物既含有高浓度重金属，又是一种生物质资源。超临界水气化处理超富集植物可产生氢气；在超临界状态下重金属先释放到溶液中，然后与氧化物、含氧官能团、有机配体及矿物成分结合富集到生物炭上，转化成稳定的残渣态，降低环境风险。生物炭进一步处理后用作吸附剂，吸附水溶液中的重金属。由于超临界水处理后，重金属主要迁移到生物炭中，液相中重金属浓度很低，产生的粗生物油可进行收集，水相收集循环利用。

碱性催化剂一方面可促进水煤气转换反应，增加氢气产率，同时由于生物炭上的氧化物和有机物具有一定数量的可变电荷，随着体系pH值的升高，生物炭表面的负电荷增强，从而使生物炭对金属阳离子的吸附力增强；且pH增加，金属阳离子在氧化物表面的专性吸附增加，这促进了生物炭对重金属的吸附及重金属向生物炭表面的迁移积累。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种超富集植物资源化利用的方法，该方法很大程度上实现超富集植物减量化，且处理过程中无需对超富集植物进行干燥预处理，从而实现超富集植物的无害化处理和资源化利用。

该方法首先对超富集植物预处理补水加入超临界釜中，并加入催化剂，开始反应前吹扫反应系统保持釜内惰性环境，将反应物料加热至超临界状态，反应完成后获得高附加值富氢气体、粗生物油及生物炭，生物炭经过进一步处理后可用于吸附水溶液中重金属。