一种改性芦苇生物质炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种改性芦苇生物质炭的制备方法，具体为：芦苇秸秆经自然风干后研磨过筛，得到芦苇粉末；将MgCl2溶液与芦苇粉末混合，经干燥后，进行热解炭化，再经后处理得到改性芦苇生物质炭；MgCl2溶液的浓度为0.5～0.75mol/L，芦苇粉末与MgCl2溶液的质量体积比为0.1g/mL。该制备方法采用的原料来源广泛、工艺简单，制备得到的改性芦苇生物质炭比表面积大，可同时高效去除水体中的氮、磷，具有绿色环保、处理效率高、经济实用等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水污染处理领域，具体涉及一种改性芦苇生物质炭及其制备方法和应用。
技术介绍
目前，全球河流、湖泊都面临着不同程度的水体富营养化威胁，主要是由于规模化农业和工业生产导致大量的氮、磷等元素排入到流速缓慢、更新周期长的地表水体中，导致藻类等水生生物大量地繁殖生长，破坏了水生生态平衡。严重的水体富营养化会导致水华现象，主要表现为浮游植物大量繁殖，溶解氧下降，鱼类大量死亡，继而水体发黑发臭。吸附法是水污染处理中的常用技术，常见的吸附剂材料包括沸石、氧化铝、活性炭等。生物质炭作为一种新型的吸附材料也常被用于水污染处理领域，对水中氮或磷的吸附应用也有所报道。Sarkhot等(Sarkhot DV,Ghezzehei TA,Berhe AA.Effectiveness of biochar for sorption of ammonium and phosphate from dairy effluent[J].Journal of environmental quality,2013,42(5):1545-1554)用混合的木材锯末为原料制备生物质炭对奶牛场粪便废水中的氨氮进行处理，在初始废水氨氮浓度为800mg/L条件下，最大单位吸附量只有5.30mg/g。Jung等(Jung KW,Hwang MJ,Ahn KH,et al..Kinetic study on phosphate removal from aqueous solution by biochar derived from peanut shell as renewable adsorptive media[J].International Journal of Environmental Science and Technology,2015,12(10):3363-3372)分别采用花生壳、竹子、玉米渣、大豆秸秆、橡木等不同原料制备的生物质炭处理初始浓度为5.0mg/L的KH2PO4溶液，发现花生壳对磷的吸附效果最好，但单位吸附量也只有3.80mg/g。可见，采用生物质炭吸附水体氮磷普遍存在吸附量不高，吸附氮磷污染物比较单一等问题。芦苇作为一种具有大量地下根茎系和密集的地上组织的植物，在生长
阶段能够显著去除水体氮磷，降解有机物，减少环境污染。通过芦苇收割和生物质炭资源化利用，不仅可以去除芦苇富集的氮磷元素，防止其腐烂后的二次污染，而且可以利用所制备的生物质炭同时吸附水体氮磷，起到二次净化水质的作用。利用芦苇制备生物质炭进行吸附的研究也有报道，例如曾铮等(曾峥.水生态修复植物的生物质炭制备及对氨氮、磷的吸附效应[D].浙江大学,2013.)采用芦苇为原料制备生物质炭，但是发现对氨氮和磷的吸附效果并不理想，甚至出现负吸附。因此，有必要对生物质炭进行改性处理，提高其对氮磷的吸附量。之前的研究表明，化学改性能有效提高生物质炭对磷的吸附性能。如公开号为CN105170091A的中国专利文献中公开了一种铁改性芦苇生物炭的制备及其在处理含磷废水中的应用。铁改性芦苇生物炭的制备步骤为：对芦苇秸秆进行预处理；将预处理过的芦苇进行热解炭化；将热解炭化得到的生物炭冷却至室温，研磨过10～50目筛，用水清洗数次，去除表面灰分，烘干备用；取FeCl3溶于水中，加入烘干的生物炭搅拌混匀，保持铁炭质量比为0.56～1：1；置于烘箱中在85～105℃的温度下将水分蒸干，再热处理2h；取出用水洗至中性，烘干6～12h，得到铁改性芦苇生物炭成品。采用该铁改性芦苇生物炭，用于初始浓度为2mg/L的含磷溶液，单位吸附量为1.54mg/g；同时，铁改性生物质炭在水体中容易析出铁离子，造成集中式生活饮用地表水中铁超标(标准值：0.3mg/L)。因此，开发新的用于芦苇生物炭的改性方式，进而获得具有更高吸附量的改性芦苇生物炭是目前研究的热点。
技术实现思路
本专利技术提供了一种利用氯化镁活化改性芦苇生物质炭的方法，原料来源广泛、工艺简单，制备得到的改性芦苇生物质炭比表面积大，可同时高效去除水体中的氨氮、磷，具有绿色环保、处理效率高、经济实用等优点。一种改性芦苇生物质炭的制备方法，包括以下步骤：(1)芦苇秸秆经自然风干后研磨过筛，得到芦苇粉末；(2)将MgCl2溶液与芦苇粉末混合，经干燥后，进行热解炭化，再
经后处理得到所述的改性芦苇生物质炭；所述MgCl2溶液的浓度为0.5～0.75mol/L，芦苇粉末与MgCl2溶液的质量体积比为0.1g/mL。作为优选，步骤(1)中，所述芦苇秸秆经风干、研磨后过40目筛。作为优选，步骤(2)中，所述热解炭化在N2气氛下进行，温度为500～700℃，时间为1h，升温速率为10℃/min。作为优选，步骤(2)中，所述干燥的温度为80℃。作为优选，步骤(2)中，所述后处理包括洗涤、干燥及过60目筛。本专利技术还公开了根据上述的方法制备的改性芦苇生物质炭，以及该改性芦苇生物质炭在处理含磷、氮的实际富营养化水体中的应用。作为优选，所述的磷来源于PO43-，氮来源于NH4+。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术采用芦苇秸秆为生物质炭原料，属于可再生资源，来源广泛、价格低廉，为芦苇资源化利用提供了一种绿色环保、成本低廉的方法，为芦苇湿地净化水质提供了后续关键技术。(2)本方法通过将芦苇粉末与MgCl2溶液混合烘干后进行厌氧热解炭化，将芦苇中的碳元素转化为生物质炭，有效地减少了芦苇自然降解或焚烧带来的温室气体排放和大气污染，制备方法简单易行，适合工业大批量生产。(3)本专利技术制备的改性芦苇生物质炭的离子交换量增大，能够有效交换NH4-N；其表面会负载Mg的氧化物和羟基化物，与水体中的PO4-P通过化学反应沉淀，对水体NH4-N和PO4-P的最大理论单位吸附量分别超过了30mg/g和100mg/g。改性芦苇生物质炭可对实际富营养化水体中的氮磷同时进行吸附，达到改善区域水质的目的。吸附氮磷后的生物质炭可沉淀于底泥上，避免了二次污染，而且为后续芦苇种植提供了营养基质。具体实施方式以芦苇秸秆为原料，通过调节原料配比、热解工艺等条件制备生物质炭，得到一种有效去除水体氮磷的改性芦苇生物质炭。通过下列实施进一
步说明本专利技术，但不构成对本专利技术的限制。实施例1将芦苇秸秆自然风干，研磨过40目；预处理过后的芦苇粉末与0.5mol/L的MgCl2溶液混合振荡2h，芦苇粉末与MgCl2溶液的质量体积比为0.1g/mL；混合振荡完毕后置于烘箱中80℃条件下将水分蒸干；然后在N2气氛下600℃热解炭化1h，升温速率为10℃/min。所得生物质炭用蒸馏水洗涤数次后干燥并过60目筛。最终产品的比表面积达到190.37m2/g，孔径4.19nm。实施例2将芦苇秸秆自然风干，研磨过40目；预处理过后的芦苇粉末与0.75mol/L的MgCl2溶液混合振荡2h，芦苇粉末与MgCl2溶液的质量体积比为0.1g/mL；混合振荡完毕后置于烘箱中80℃条件下将水分蒸干；然后在N2气氛下600℃热解炭化1h，升温速率为10℃/min。所得生物质炭用蒸馏水洗涤数次后干燥并过60目筛。最终产品的比表面积达到183.54m2/g，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性芦苇生物质炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)芦苇秸秆经自然风干后研磨过筛，得到芦苇粉末；(2)将MgCl2溶液与芦苇粉末混合，经干燥后，进行热解炭化，再经后处理得到所述的改性芦苇生物质炭；所述MgCl2溶液的浓度为0.5～0.75mol/L，芦苇粉末与MgCl2溶液的质量体积比为0.1g/mL。

【技术特征摘要】
1.一种改性芦苇生物质炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)芦苇秸秆经自然风干后研磨过筛，得到芦苇粉末；(2)将MgCl2溶液与芦苇粉末混合，经干燥后，进行热解炭化，再经后处理得到所述的改性芦苇生物质炭；所述MgCl2溶液的浓度为0.5～0.75mol/L，芦苇粉末与MgCl2溶液的质量体积比为0.1g/mL。2.根据权利要求1所述的改性芦苇生物质炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述芦苇秸秆经风干、研磨后过40目筛。3.根据权利要求1所述的改性芦苇生物质炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述热解炭化在N2气氛下进行，温度为500～...

【专利技术属性】
技术研发人员：程丽华，龚宇鹏，倪智毅，徐新华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33