[发明专利]一种碱熔粉煤灰-秸秆共热解制备生物炭的方法及其应用

说明书

本发明提供了一种碱熔粉煤灰‑秸秆共热解制备生物炭的方法及其应用，涉及农业与工业生产废弃物资源化技术领域，包括以下步骤，1)生物质预处理：将玉米秸秆生物质烘干、粉碎、研磨，过筛；2)粉煤灰碱改性：将粉煤灰与氢氧化钠混合后在马弗炉中焙烧，产物经洗涤、烘干从而得到碱熔粉煤灰；3)共热解：将玉米秸秆生物质与碱熔粉煤灰充分混合，混合物加入水，搅拌、烘干、研磨、过筛，置于镍舟内，然后放入管式炉热解，研磨过筛，即得到碱熔粉煤灰‑秸秆共热解生物炭材料。本发明成本低廉，将粉煤灰和玉米秸秆生物质资源化的同时增强了水和土壤中生物炭对铅的吸附性能，可用于强酸性高浓度的重金属废水吸附和偏酸性重金属污染土壤修复。

技术领域

本发明属于农业与工业生产废弃物资源化技术领域，特别涉及一种碱熔粉煤灰-秸秆共热解制备生物炭的方法及其应用。

背景技术

随着城镇化进程逐渐进入快速增长期及工农业的蓬勃发展，大量未经处理的工业废水、生活污水和农业灌溉用水等不断被排到水体中，从而导致水体重金属污染趋势加剧。另外土壤是重金属污染生态环境的一个重要媒介，土壤中的重金属可以被植物和其他生物吸收或者渗入地下水，从而转移到其他区域。重金属由于具有不可生物降解性、高毒性和致癌性的特点，导致其很难在环境中分解和清除，总金属的不断迁移和转化会导致更复杂的多毒性污染。此外，重金属会通过生物链富集并逐渐积累，最后在人体中达到较高的浓度，超出人体的承受阈值后，便会引发各种疾病进而危及人体健康，对人类的生存环境构成极大威胁。

铅和铅化合物对人体有极强的毒性，由于铅在人体中的半衰期较长，且很难从人体中排出，它通过与人体内的蛋白质或某些酶结合对人体产生极大的伤害。例如：铅容易引起神经系统错乱、危害人体消化系统、较快的溶入血液后引起体内血铅超标，从而导致心血管疾病、或者以盐的形式储存于骨骼中，这对于骨骼尚在发育期的儿童产生的危害更大。为了确保人类健康和环境安全，有必要选择适当的方法从废水中去除这些重金属。

粉煤灰是火力发电厂燃烧煤炭产生的一种固体废弃物，世界各地的工厂和火电厂排放的粉煤灰数量不断增加，粉煤灰的资源化是一个备受关注的问题。由于粉煤灰中含有一定量的残碳和微珠及大量金属氧化物(SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等)，近年有学者根据粉煤灰的特性对其进行提质或综合利用。

生物炭作为一种多功能材料，由于其孔隙率高、比表面积大、具有高度稳定的芳香化结构，以及表面具有的羟基或酚羟基(-OH)、羧基(-COOH)、酯基 (-COOR)、脂肪双键(C＝C)等使得生物炭表面呈现出亲水和酸碱等性质，对重金属有较好的去除能力，在环境污染方面起着重要的作用。目前，将粉煤灰与秸秆生物质这两种常见易获得的原料合理应用于重金属去除逐渐受到重视。

因此，如何更为有效的将粉煤灰、秸秆生物质利用到去除重金属中，是目前需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于对工业粉煤灰和农业玉米秸秆两种废物进行无害化再利用，提供了一种碱熔粉煤灰-秸秆共热解制备生物炭的方法及其应用，获得的生物炭可作为吸附剂应用于去除水体和土壤中包括铅、铜、镉、镍和汞在内的多种重金属。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种碱熔粉煤灰-秸秆共热解制备生物炭的方法，包括以下步骤：

1)生物质预处理：将玉米秸秆生物质烘干、粉碎、研磨，并过筛、备用；

2)粉煤灰碱改性：将粉煤灰(FA)与氢氧化钠(NaOH)混合后在马弗炉中焙烧，产物经洗涤、烘干从而得到碱熔粉煤灰(AFFA)；