[发明专利]沼渣基生物炭材料及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及沼渣基生物炭材料及其制备方法和用途，属于生物炭吸附材料领域。具体而言，本发明提供一种生物炭的制备方法，包括将有机物质发酵残余物在惰性气氛下热解得到生物炭，其中所述热解的温度为400至700℃。本发明以沼渣为原料制备得到了具有优异除磷效果的生物质材料，有利于更有效地通过吸附除去和回收对环境不利的磷，继而解决磷资源浪费及匮乏问题，更将沼渣合理利用，有利于再生资源的可持续化生产。本发明的方法以沼渣为原料，成本较低，方法简便，适于规模化生产。

技术领域

本发明涉及沼渣基生物炭材料及其制备方法和用途，属于生物炭吸附材料领域。

背景技术

作为生命的必需营养元素，磷在生态环境和人类活动中有着不可替代的作用，是构成核酸及ATP的关键元素、植物生长的限制因子、重要的细胞成分，参与生命的新陈代谢作用。在自然界中，磷主要存在于土壤和水体中，一般来说，水体中磷的背景浓度较低，但随着人类生产、生活活动的频繁进行，全球磷循环平衡受到了影响，近年来，水体中磷浓度日益增高。

另一方面，磷又是一种不可再生的有限资源，在农业方面饰演不可替代的角色。与氮不同，磷不能从空气中提取，也无法像能源系统中的碳一般，用其他可再生资源代替。到2050年，世界人口预计达到91亿，发达国家和发展中国家的农业生产水平需要分别提高70％和100％，才能养活不断增长的人口。经2005-2009年的统计，开采的磷中，80％用于化肥(大部分用于牛饲料补充剂，食品防腐剂以及洗涤剂和工业清洁剂的生产)，17％用于制作叉子或筷子。其中，有45％的磷由于农场的土壤淋溶和侵蚀而损失。为减少此类损失，人们采取了一些办法，例如计算更精准的施肥时间和方式，或进行免耕种植等，但这些方法并未得以广泛应用。与此同时，每年大约有30％至40％的食物被破坏或浪费，计算下来，每年被浪费的磷达到将近100万吨。据统计，中国的磷储量为37亿吨，占全球总储量的5.52％。2015年的磷酸盐岩矿的产量为1亿吨)，中国的矿石可能会在37年内耗尽，且富磷比例较小，以富矿计算，只能维持我国使用10-15年。因此，解决磷资源浪费及匮乏问题，并找到适合中国的磷回收技术是当前较为重要的课题。

目前人们对吸附法除磷大多都停留在对吸附材料的研发和实验室模拟的研究阶段，对于吸附材料在实际废水中的去除效果和实际工程中的应用研究仍然较少。随着城镇综合废水和农村生活污水治理的需求日渐增大，寻求一种经济、高效地吸附材料，将其应用于污水处理设施中，有效地吸附磷并最大可回收化，已经变得越来越重要，磷吸附材料有着不可估量的研究意义。

对于吸附除磷在实际工程中的应用，可以根据不同吸附剂的特点与废水水质和处理设施的条件，选择不同类型的除磷材料。对于集中式污水处理设施，将较大范围内的污水统一收集再处理，可利用金属氧化物类吸附剂，利用集中式污水处理产生的污泥中的金属对吸附剂进行改性，缓解污泥带来的环境污染问题，实现废物资源化，同步解决污泥污染与磷回收问题。对于离网式污水处理设施，在污水产生的源头就地收集、就地处理后达标排放或回用，可利用纤维素类吸附剂高强度及可生物降解的优势，高效快速地吸附回收磷。对于磷含量较低的河、湖水等，则可使用硅藻盐类进行处理。但是，对于生物炭类吸附剂，由于目前的研究与评估仍较少，还需进一步进行研究。

发明内容

为了改善上述技术问题，本发明提供一种生物炭的制备方法，包括将有机物质发酵残余物在惰性气氛下热解得到生物炭，其中所述热解的温度为400至700℃。

根据本发明的实施方案，所述有机物质发酵残余物选自沼渣，例如餐厨垃圾厌氧消化沼渣。

根据本发明的实施方案，所述沼渣的含碳量大于40％。

根据本发明的实施方案，所述沼渣的碳氮比低于20；例如，所述沼渣的碳氮比高于10。

根据本发明的实施方案，所述沼渣包含木质素、蛋白质、钙、铁和/或铝。