[发明专利]一种超支化甘油修饰的生物炭的制备方法和应用

说明书

一种超支化甘油修饰的生物炭的制备方法和应用，它涉及一种改性生物炭的制备方法及应用。本发明的目的是要解决现有重金属污染土壤使用的修复剂存在制备方法复杂，成本高，修复不稳定和修复效果不明显的问题。方法：一、制备生物炭；二、偶联剂改性；三、接枝超支化甘油。超支化甘油修饰的生物炭用于修复重金属污染土壤。本发明工艺简单，经济环保，适合工业化生产。本发明可获得一种超支化甘油修饰的生物炭。

技术领域

本发明涉及一种改性生物炭的制备方法及应用。

背景技术

重金属污染是当今污染面积最广、危害最大的环境问题之一，土壤中重金属因其长期性、不可逆性、隐蔽性等特点而备受关注。土壤中含有重金属，不仅影响作物的生长，作物的质量和品质，还可以通过食物链关系直接或间接的方式进入到人体中，严重威胁人体健康。目前，我国受污染的耕地约为总耕地的8.3％，大约有10万平方千米耕地被污染，而其中大约90％与重金属污染有关。

目前，重金属污染土壤治理方法主要包括物理法、化学法和生物修复技术，物理法包括翻土法、热处理分离和隔离包埋等。化学法包括固化法、生物解毒法、电动修复法、稳定化法等。传统的物理修复方法如填埋、物理喷淋、翻土修复等工程成本高，而且导致土壤结构破坏。生物修复方法存在修复效率低、成本高等问题。稳定化法是通过向污染土壤中掺入稳定剂以改变重金属的形态从而降低重金属污染溶解度、可迁移性和毒性，以降低土壤中重金属污染的生态环境危害性。但是，目前现有重金属污染土壤使用的修复剂存在制备方法复杂，成本高，修复不稳定和修复效果不明显的问题。

发明内容

本发明的目的是要解决现有重金属污染土壤使用的修复剂存在制备方法复杂，成本高，修复不稳定和修复效果不明显的问题，而提供一种超支化甘油修饰的生物炭的制备方法和应用。

一种超支化甘油修饰的生物炭的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、制备生物炭：

①、将玉米秸秆粉末与氢氧化钾溶液混合，再转移到聚四氟乙烯为内衬的不锈钢高压反应釜中，将不锈钢高压反应釜从室温以10℃/min～40℃/min的升温速率升温至190℃～200℃，再在190℃～200℃反应20h～24h，得到反应产物；

②、对步骤一①得到的反应产物进行干燥，再将干燥的反应产物置于管式炉中，向管式炉中通入氮气，再将管式炉升温至600℃～650℃，在氮气保护下热解，得到生物炭；

二、偶联剂改性：

将偶联剂分散到乙醇溶液中，调节乙醇溶液的pH值至3～4，得到水解的偶联剂溶液；将生物炭加入到水解的偶联剂溶液中，再转移到反应釜中，在温度为40℃～50℃、反应压力为15MPa～20MPa和搅拌条件下反应，反应结束后，将生物炭取出，使用去离子清洗至中性，得到偶联剂改性的生物炭；

三、接枝超支化甘油：

将偶联剂改性的生物炭浸入到超支化聚甘油的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，再在温度为100℃～150℃下改性3h～5h，得到超支化甘油修饰的生物炭。

本发明的原理及有益效果：

一、本发明以玉米秸秆粉末为原料，采用水热法制备类腐殖质然后进行热解制备生物炭，生物炭表面接枝偶联剂后再接枝超支化聚甘油，超支化聚甘油表面的羟基可以与土壤中的镉、铬、锌、铜和铅发生反应，使重金属形成稳定的化学形态并固定再材料表面，阻止了镉、铬、锌、铜和铅在环境中迁移和扩散；

二、本发明制备的超支化甘油修饰的生物炭表现出较高的表面活性，向土壤中添加本发明制备的超支化甘油修饰的生物炭显著降低了土壤中镉、铬、锌、铜和铅的含量，其中镉的吸附量可达45.33mg/g，铬的吸附量可达44.96mg/g，锌的吸附量可达45.92mg/g，铜的吸附量可达46.14mg/g，铅的吸附量可达46.35mg/g；