一种分析鉴别生物炭种类的方法技术

本发明专利技术提供一种分析鉴别生物炭种类的方法，该方法准确性高、重复性好，可以准确地鉴别生物炭的种类，有利于根据使用需要准确挑选符合要求的生物炭；本发明专利技术还提供一种用于吸附重金属的生物炭组合物，由生物炭、交联羧甲基淀粉、丙烯碳酸酯、硅酸铝、邻苯二甲酸醋酸纤维素和三乙二醇二硬脂酯制备而成，该生物炭组合物在吸附重金属离子方面性能优良，并且吸附各种不同重金属离子的效果均较为理想，可广泛用于水源和土壤的净化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学分析
，尤其涉及一种分析鉴别生物炭种类的方法及一种用于吸附重金属的生物炭组合物。
技术介绍
生物炭是生物有机质在无氧或缺氧条件下经高温热裂解后生成的固体产物，其碳含量高，可溶性低，孔隙度和比表面积大，吸附力、抗氧化力和抗生物分解能力强，可以广泛应用于土壤改良、固碳减排、水源净化等领域。生物炭的生产成本低于活性炭，而其吸附重金属的效果比活性炭更佳，可以为净化水源和土壤提供有效的解决方案。生物炭的原料丰富且来源广泛，包括各种木材、秸秆、杂草、木屑、畜禽粪质等。不同原料生产的生物炭具有不同的结构特征和理化性能，应用领域也相应存在区别，使用生物炭时往往需要对生物炭进行理化性能和结构特征的鉴别，从中筛选出具有特定材料性能的生物炭，满足使用要求。但各种原料生产的生物炭外观相似，肉眼观察不易区分甄别，为生物炭的选择使用造成了一定的困难。采用松木和甘蔗渣制备的生物炭吸附重金属的效果比其他种类原料制备的生物炭更好，但其吸附重金属离子的能力还是不够理想，而且存在对不同重金属离子吸附能力差异较大的问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种分析鉴别生物炭种类的方法，包括以下步骤：(1)收集已知不同种类的生物炭，测试各种生物炭的各项理化性能，每种生物炭的每一项理化性能测试5-10个样本，并计算出同一品种生物炭不同样本的每一项理化性能的平均值；(2)使用红外光谱仪扫描各种生物炭的样本，获得每种生物炭的红外光谱图，分析得到每种生物炭中所含有的化学官能团的种类以及各种化学官能团在该种生物炭中的相对百分含量；(3)将各种生物炭的品种名称、各项理化性能的平均值、所含有的化学官能团的种类和各种化学官能团的相对百分含量制作成差异统计表；(4)对每种生物炭的各项理化性能平均值及其所含各种化学官能团的相对百分含量进行主成分分析，按主成分方差贡献率大小，取所述的贡献率最大的前三个主成分Z1、Z2、Z3，使用p个变量来描述每种生物炭的各项理化性能平均值及其所含各种化学官能团的相对百分含量，分别用X1、X2…Xp表示，Xp表示第p个变量的值，使用SPSS软件对数据进行处理分析，得到前三个主成分的负荷系数uij，其中i＝1、2、3,j＝1、2…p，并按照下式计算各主成分的得分：Z1＝u11X1+u12X2+u13X3+……+u1pXp；Z2＝u21X1+u22X2+u23X3+……+u2pXp；Z3＝u31X1+u32X2+u33X3+……+u3pXp；根据计算出的前三个主成分Z1、Z2、Z3，得到每种生物炭的三维中心坐标为Zk＝(Zk,1,Zk,2,Zk,3)t；(5)测试待鉴别生物炭的各项理化性能，使用红外光谱仪扫描待鉴别生物炭的样本，获得待鉴别生物炭样本的红外光谱图，分析得到待鉴别生物炭中所含有的化学官能团的种类以及各种化学官能团在待鉴别生物炭中的相对百分含量；(6)将待鉴别生物炭的各项理化性能、所含有的化学官能团的种类以及各种化学官能团的相对百分含量与步骤(3)制作的差异统计表中的各种生物炭的相关性能数据进行比对，如果待鉴别生物炭的各项理化性能、所含有的化学官能团的种类以及各种化学官能团的相对百分含量与所述差异统计表的其中一种生物炭的相应性能数据均相同或者处于测量误差范围内，即可将待鉴别生物炭样本归类到相应的生物炭品种；(7)对经过步骤(6)不能进行准确归类的待鉴别生物炭，将其各项理化性能及其所含各种化学官能团的相对百分含量进行主成分分析，按主成分方差贡献率大小，取所述的贡献率最大的前三个主成分Z1、Z2、Z3，方法同步骤(4)；计算各主成分的得分值，从而得到待鉴别生物炭样本的三维中心坐标；计算待鉴别生物炭样本与每一品种的三维中心坐标之间的马氏距离；根据待鉴别生物炭样本到每一品种三维中心坐标之间的最小马氏距离，将待鉴别生物炭样本归类到相应的生物炭品种。生物炭的各项理化性能的测试方法可以采用相关的常规测试方法，但对不同种类生物炭的同一项理化性能的测试均应选用同一种测试方法在同样的测试条件下进行测试，减少测量误差，方便进行比对。本专利技术提供的分析鉴别生物炭种类的方法准确性高、重复性好，可以准确地鉴别生物炭的种类，有利于根据使用需要准确挑选符合要求的生物炭。进一步的，所述生物炭的理化性能包括生物炭的热值、比表面积、孔隙度和pH值。选用热值、比表面积、孔隙度和pH值四项理化性能对生物炭进行表征可以更好地体现每种生物炭的特性。热值是指单位质量的燃料完全燃烧后冷却到原来的温度所放出的热量，体现生物炭储存能量的大小，一般采用量热仪进行测量；比表面积是指单位质量生物炭所具有的总面积，是影响吸附性能的重要因素，比表面积大的生物炭具有更好的吸附能力，一般采用GB/T19587－2004气体吸附BET法进行测量；孔隙度是指生物炭颗粒间的空间，孔隙度的大小与生物炭的原料有很大关系，丰富的孔隙结构特征有利于提高生物炭的吸附能力，一般采用加速表面积孔分析仪对生物炭孔大小和体积进行分析；PH值的测定参照木质活性炭pH值的测定方法(GB/T12496.7－1999)，生物炭的pH大多为偏碱性，pH值偏大的生物炭可用来调节土壤酸碱度，提高土壤碱基饱和，保持土壤肥力。进一步的，所述步骤(2)和步骤(5)中的红外光谱仪的扫描波长范围为400nm～2500nm、扫描速度为2500～3000nm/min、狭缝宽度为5～7nm、扫描间隔6～10nm。进一步的，所述步骤(2)和步骤(5)中的红外光谱仪的扫描时间为25～35min。本专利技术还提供一种用于吸附重金属的生物炭组合物，主要由下列重量份的原料制备而成：生物炭10-20交联羧甲基淀粉5-10丙烯碳酸酯1-3硅酸铝1-3邻苯二甲酸醋酸纤维素0.5-1三乙二醇二硬脂酯0.5-1。用生物炭添加交联羧甲基淀粉、丙烯碳酸酯、硅酸铝、邻苯二甲酸醋酸纤维素、三乙二醇二硬脂酯制备的生物炭组合物，吸附重金属的效果优于普通生物炭，且对各种类型重金属离子的吸附能力均较好，不存在仅能有效地吸附部分种类重金属离子的问题。进一步的，所述生物炭组合物还包括重量份数如下的原料：水杨酸甲酯1-2萜油醇1-2聚甘醇酸0.5-1。在生物炭组合物中加入水杨酸甲酯、萜油醇和聚甘醇酸，可以有效防止生物炭组合物在湿润条件下生霉，保证生物炭组合物的使用效果。进一步的，所述生物炭为松木生物炭或甘蔗渣生物炭。使用松木生物炭或甘蔗渣生物炭制作生物炭组合物比其他种类的生物炭制作的生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分析鉴别生物炭种类的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)收集已知不同种类的生物炭，测试各种生物炭的各项理化性能，每种生物炭的每一项理化性能测试5‑10个样本，并计算出同一品种生物炭不同样本的每一项理化性能的平均值；(2)使用红外光谱仪扫描各种生物炭的样本，获得每种生物炭的红外光谱图，分析得到每种生物炭中所含有的化学官能团的种类以及各种化学官能团在该种生物炭中的相对百分含量；(3)将各种生物炭的品种名称、各项理化性能的平均值、所含有的化学官能团的种类和各种化学官能团的相对百分含量制作成差异统计表；(4)对每种生物炭的各项理化性能平均值及其所含各种化学官能团的相对百分含量进行主成分分析，按主成分方差贡献率大小，取所述的贡献率最大的前三个主成分Z1、Z2、Z3，使用p个变量来描述每种生物炭的各项理化性能平均值及其所含各种化学官能团的相对百分含量，分别用X1、X2…Xp表示，Xp表示第p个变量的值，使用SPSS软件对数据进行处理分析，得到前三个主成分的负荷系数uij，其中i＝1、2、3,j＝1、2…p，并按照下式计算各主成分的得分：Z1＝u11X1+u12X2+u13X3+……+u1pXp；Z2＝u21X1+u22X2+u23X3+……+u2pXp；Z3＝u31X1+u32X2+u33X3+……+u3pXp；根据计算出的前三个主成分Z1、Z2、Z3，得到每种生物炭的三维中心坐标为Zk＝(Zk,1,Zk,2,Zk,3)t；(5)测试待鉴别生物炭的各项理化性能，使用红外光谱仪扫描待鉴别生物炭的样本，获得待鉴别生物炭样本的红外光谱图，分析得到待鉴别生物炭中所含有的化学官能团的种类以及各种化学官能团在待鉴别生物炭中的相对百分含量；(6)将待鉴别生物炭的各项理化性能、所含有的化学官能团的种类以及各种化学官能团的相对百分含量与步骤(3)制作的差异统计表中的各种生物炭的相关性能数据进行比对，如果待鉴别生物炭的各项理化性能、所含有的化学官能团的种类以及各种化学官能团的相对百分含量与所述差异统计表的其中一种生物炭的相应性能数据均相同或者处于测量误差范围内，即可将待鉴别生物炭样本归类到相应的生物炭品种；(7)对经过步骤(6)不能进行准确归类的待鉴别生物炭，将其各项理化性能及其所含各种化学官能团的相对百分含量进行主成分分析，按主成分方差贡献率大小，取所述的贡献率最大的前三个主成分Z1、Z2、Z3，方法同步骤(4)；计算各主成分的得分值，从而得到待鉴别生物炭样本的三维中心坐标；计算待鉴别生物炭样本与每一品种的三维中心坐标之间的马氏距离；根据待鉴别生物炭样本到每一品种三维中心坐标之间的最小马氏距离，将待鉴别生物炭样本归类到相应的生物炭品种。...

【技术特征摘要】
1.一种分析鉴别生物炭种类的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)收集已知不同种类的生物炭，测试各种生物炭的各项理化性能，每种生物炭的每一
项理化性能测试5-10个样本，并计算出同一品种生物炭不同样本的每一项理化性能的平均
值；
(2)使用红外光谱仪扫描各种生物炭的样本，获得每种生物炭的红外光谱图，分析得到
每种生物炭中所含有的化学官能团的种类以及各种化学官能团在该种生物炭中的相对百
分含量；
(3)将各种生物炭的品种名称、各项理化性能的平均值、所含有的化学官能团的种类和
各种化学官能团的相对百分含量制作成差异统计表；
(4)对每种生物炭的各项理化性能平均值及其所含各种化学官能团的相对百分含量进
行主成分分析，按主成分方差贡献率大小，取所述的贡献率最大的前三个主成分Z1、Z2、Z3，
使用p个变量来描述每种生物炭的各项理化性能平均值及其所含各种化学官能团的相对百
分含量，分别用X1、X2…Xp表示，Xp表示第p个变量的值，使用SPSS软件对数据进行处理分析，
得到前三个主成分的负荷系数uij，其中i＝1、2、3,j＝1、2…p，并按照下式计算各主成分的
得分：
Z1＝u11X1+u12X2+u13X3+……+u1pXp；
Z2＝u21X1+u22X2+u23X3+……+u2pXp；
Z3＝u31X1+u32X2+u33X3+……+u3pXp；
根据计算出的前三个主成分Z1、Z2、Z3，得到每种生物炭的三维中心坐标为Zk＝(Zk,1,
Zk,2,Zk,3)t；
(5)测试待鉴别生物炭的各项理化性能，使用红外光谱仪扫描待鉴别生物炭的样本，获
得待鉴别生物炭样本的红外光谱图，分析得到待鉴别生物炭中所含有的化学官能团的种类
以及各种化学官能团在待鉴别生物炭中的相对百分含量；
(6)将待鉴别生物炭的各项理化性能、所含有的化学官能团的种类以及各种化学官能
团的相对百分含量与步骤(3)制作的差异统计表中的各种生物炭的相关性能数据进行比
对，如果待鉴别生物炭的各项理化性能、所含有的化学官能团的种类以及各种化学官能团
的相对百分含量与所述差异统计表的其中一种生物炭的相应性能数据均相同或者处于测
量误差范围内，即可将待鉴别生物炭样本归类到相应的生物炭品种；
(7)对经过步骤(6)不能进行准确归类的待鉴别生物炭，将其各项理化性能及其所含各
种化学官能团的相对百分含量进行主成分分析，按主成分...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉虎，侯国军，赵远，杨泽平，孙辰鹏，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京;11