[发明专利]一种焦磷酸盐改性生物炭的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种利用农林牧废弃物和焦磷酸盐改性开发的磷改性生物炭的制备方法，所述制备方法通过将农林牧业废弃物通过球磨、水热技术使原生物质在结构和维度方面进行重构，再与焦磷酸盐进行充分混合，然后对其进行400‑900℃高温碳化，使焦磷酸盐在热解过程中形成含磷基团并负载到生物炭上，最终形成焦磷酸盐改性生物炭。本发明的焦磷酸盐改性生态炭可以提高生物炭对水体和土壤重金属的吸附能力，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于改性生物炭技术领域，尤其涉及的是一种利用农林牧废弃物和焦磷酸盐制备改性生物炭的制备方法。

背景技术

近些年来，随着工业化和城市化的快速发展，大量含有重金属的工业废水被排放到环境中，许多水体和土壤的重金属含量已经超过了安全标准。铅、镉、锌、铬、铜等重金属离子富集且难以降解，不会被自然的生物/化学降解，会在水体和土壤中不断积累，造成水体和土壤污染。此外，重金属还具有毒性大、具有生物累积性等特点，进入人体后会对人体健康造成严重危害。因此，重金属通常被认为是高度危险的污染物。目前，去除污染水体重金属的处理方法主要有化学沉淀法、电化学和氧化还原法、离子交换法、吸附法和膜分离等方法，而土壤中仅能通过淋洗和固定化来处理。其中，吸附固定法由于其处理效率高、操作简单、吸附剂来源广和成本较低等优点在水土重金属污染治理中被广泛应用，具有良好的前景。吸附固定法的效果主要取决于吸附剂的比表面积、孔结构和表面官能团，因此，吸附剂的选择是影响吸附效果的关键因素。

生物炭是由木屑、农作物秸秆、动物尸体、粪便、污泥和树叶等生物质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。其具有较大的比表面积、类似活性炭的多孔结构、丰富的表面官能团和矿物成分等特性，与其他吸附剂相比来源广泛，制备便宜，操作简单，处理效果好，作为水体和土壤中重金属的吸附固定剂被广泛研究。但目前，普通生物炭的吸附能力有限，如何提高生物炭的对重金属的吸附性能是其工程化应用的重要方面。

磷酸和磷酸盐改性是提高生物炭对重金属吸附量的重要方法。该方法具有成本低，效果好、无二次污染等优点。国内外研究表明，由于铅(Pb2+)和镉(Cd2+)等重金属的磷酸盐化合物比其他的盐形态具有更强的不溶性，磷酸和磷酸盐改性生物炭材料对水体和土壤中的重金属有着良好的吸附固定效果。此外，磷改性生物炭可以增加表面官能团数量、孔隙和比表面积，从而提高生物炭的吸附能力。磷酸可以促进生物炭表面的热稳定磷络合物的形成并防止氧在微孔中扩散。目前，对于磷改性提高生物炭对重金属吸附固定能力的方法已多有报道，大多采用在高温热解前后通过磷酸及磷酸盐的吸附、络合和沉淀在生物炭表面引入磷素，来提高生物炭的对重金属的固定能力。经过申请人大量的检索，现有磷改性生物炭的研究中，尚无使用焦磷酸盐对生物炭进行改性吸附水中重金属的报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中水体和土壤中重金属污染的问题，提供一种焦磷酸盐改性生物炭制备方法，从而提高生物炭对水体和土壤中重金属的吸附能力。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

通过将农林牧废弃物通过球磨、水热技术使原生物质在结构和维度方面进行重构，在与焦磷酸盐进行充分混合，然后进行高温碳化，使焦磷酸盐在热解过程中形成含磷基团并负载到生物炭上，最终形成焦磷酸盐改性生物炭。

进一步的，本发明的焦磷酸盐改性生物炭包括如下步骤：

S1：农林牧废弃物的预处理；

S2:球磨处理，得到水热生物炭的前驱体；

S3：水热碳化，得到水热生物炭；

S4：焦磷酸盐的掺杂和热解碳化；

进一步的，所述S1包括如下步骤：将农林牧废弃物粉碎为1公分以下的段、块，并通过自然晾晒使其含水量达到35％以下。

需要说明的是，所述农林牧废弃物包括但不限于农林业生产过程中所产生的秸秆、残枝败叶、木材下脚料。