一种高效降低土壤砷污染的生物炭材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高效降低土壤砷污染的生物炭材料，制备方法如下：S1、将茶叶渣晾干、破碎，升温至500～600℃，保温2～3h，停止加热，研磨过筛备用；S2、将S1所得生物炭加至海藻酸钠水溶液中，搅拌3～4h，然后缓慢滴入CaCl

A biochar material with high efficiency to reduce arsenic pollution in soil and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高效降低土壤砷污染的生物炭材料及其制备方法
本专利技术属于水土污染处理
，具体涉及一种高效降低土壤砷污染的生物炭材料及其制备方法。
技术介绍
土壤是农业生产的基本资料，是农作物赖以生长发育的重要环境条件，世界上97％的粮食生产依赖于土壤，农业要持续健康发展，获得稳定增长的生产力，首先必须保证土壤的肥力和安全性，但近年来，由于自然风化、地球化学反应和生物作业等自然活动和人类活动，越来越多的被检测出土壤中含有重金属砷，冲击了我国原本就较少的农田数量，在砷含量累积乃至超标的农田中种植作物，不仅可导致作物的产量下降，还可导致相应农产品砷含量升高乃至超标。砷化物毒性大，对人体健康或动物将产生严重的影响，0.1g三氧化二砷就能使人死亡，长期食用含砷的食物会使人体器官癌变，砷污染土壤问题不可忽视。生物炭是一种由生物残体在高温(≤700℃)少氧或绝氧热解条件下生成的含碳固态物质，其具有致密的微孔结构，巨大的比表面积，丰富的表面含氧官能团和吸附位点，已经证实，生物炭作为一种新型环境材料，可用于重金属污染的处理。但是，目前生物炭的治理多针对水体污染，而土壤污染与水体污染有明显的差异，一方面土壤中环境复杂，含有多种有机质和微生物，这些均会影响生物炭的吸附效能；另一方面，土壤具有较大的缓冲性，被生物炭吸附后的重金属离子会缓慢的从土壤胶体或土壤矿物中释放出来，生物炭对砷的固定作用并不持久。因此，目前单独使用生物炭处理土壤砷污染的例子不多，效果有限，通常需要复配其他材料才能达到较好的效果。为了增强生物炭对砷的吸附作用，现有技术将生物炭与铁盐复配制成铁基生物炭，利用铁对砷的强亲和力，加强对土壤中砷的有效固定，但由于种植性土壤本身需要定期施肥，肥料中含有土壤所需铁元素，铁基生物炭的施用必然导致土壤中铁元素增加，土壤中铁的含量太高会影响植物对钙等其它营养元素的吸收，植物表现生长不良，因此会限制此类生物炭的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述技术问题，提供一种高效降低土壤砷污染的生物炭材料及其制备方法，所述生物炭材料对土壤中的有效砷能够维持高效而持久的吸附及固定作用，并且成分材料天然，对土壤中的营养及微量元素不会产生影响，进而不会影响种植作物的生长，并能有效降低种植作物中砷的含量。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：本专利技术提供了一种制备高效降低土壤砷污染的生物炭材料的方法，包括如下步骤：S1、将茶叶渣晾干、破碎，升温至500～600℃，保温2～3h，停止加热，研磨过筛备用；S2、将S1所得生物炭加至海藻酸钠水溶液中，搅拌3～4h，然后缓慢滴入CaCl2水溶液中，滴加过程中继续搅拌6～8h，过滤后用水反复冲洗，50～60℃真空干燥后备用；S3、将S2所得产物加至纤维二糖脂水溶液中，静置3～4h，然后超声30～60min，过滤，50～60℃真空干燥即得。作为本专利技术优选的实施方案，所述S1中茶叶渣是在550～580℃保温2.5～3h。作为本专利技术优选的实施方案，所述S1中加热后的茶叶渣研磨至粒径为0.2～0.3mm。作为本专利技术优选的实施方案，所述S2中海藻酸钠水溶液的浓度为1～1.5％，所述生物炭和海藻酸钠的重量比为3～4:1。作为本专利技术优选的实施方案，所述S2中CaCl2水溶液的浓度为4～5％，所述海藻酸钠水溶液和CaCl2水溶液的体积比为1:1～1.5。作为本专利技术优选的实施方案，所述S3中纤维二糖脂水溶液的浓度为10～15％。本专利技术还提供了一种优选的制备高效降低土壤砷污染的生物炭材料的方法，包括如下步骤：S1、将茶叶渣晾干、破碎，升温至560℃，保温3h，停止加热，研磨过筛至粒径为0.2～0.3mm备用；S2、将S1所得生物炭加至1.2％海藻酸钠水溶液中，生物炭和海藻酸钠的重量比为3.5:1,搅拌4h，然后缓慢滴入5％CaCl2水溶液中，海藻酸钠水溶液和CaCl2水溶液的体积比为1:1.2,滴加过程中继续搅拌6h，过滤后用水反复冲洗，55℃真空干燥后备用；S3、将S2所得产物加至12％纤维二糖脂水溶液中，静置3h，然后超声60min，过滤，55℃真空干燥即得。本专利技术所述方法制备的生物炭材料用于砷污染土壤的修复和治理，其中生物炭材料与土壤的重量比为1:100～500。综上，与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果为：一、本专利技术以茶叶渣作为生物质来源，经特定温度和时间制备的生物炭材料，经检测其具有0.4cm3/cm3的孔隙率，其中总微孔体积占总孔体积的22％，总中孔体积占总孔体积的28％，余下的是总大孔体积，由于含有较高比例的总微孔体积，此种结构更有利于吸附土壤中的有效态砷。二、本专利技术将茶叶渣制备的生物炭与海藻酸钠进行反应，制备海藻酸钠改性生物炭，与未改性的生物炭相比，可以增加生物炭的孔表面和微孔体积，增强生物炭在土壤中的渗透能力，提高对土壤有效态砷的吸附能力。三、本专利技术将海藻酸钠改性后的生物炭在生物表面活性剂纤维二糖脂水溶液中静置并进行超声处理，从生物炭表面和孔隙间除去诸如焦油等杂质，帮助土壤溶液渗透至生物炭的孔结构中，并增强对土壤中有效态砷的固定力，使生物炭材料对砷的吸附作用更稳定和持久。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
技术实现思路
所实现的技术均属于本专利技术的范围。一、不同改性生物炭的吸附性能对比对比例1未改性生物炭制备方法：将茶叶渣晾干、称取10kg破碎，升温至560℃，保温3h，停止加热，研磨过筛至粒径为0.2～0.3mm，得到生物炭。对比例2铁基生物炭A制备方法：S1、将谷壳晾干，称取10kg破碎，升温至500℃，保温9h，停止加热，研磨过筛至粒径为0.2～0.3mm，得到生物炭；S2、取250g硫酸铁固体，在搅拌条件下加至S1制备的生物炭中，搅拌反应1h，得到混粉；S3、将质量百分数为0.01％的硼氢化钠水溶液500ml缓慢滴加至S2的混粉中，搅拌反应2h，然后再缓慢滴加质量百分数0.05％的吐温-80水溶液1000ml，然后加热至800℃，保温2h，停止加热后冷却，粉碎，得到铁基生物炭材料。对比例3磁性壳聚糖生物炭制备方法：S1、取0.6mol/LFeCl3·6H2O与FeCl2·4H2O融入240mL水中，混匀，55℃下滴加1mol/L氢氧化钠溶液，直至pH为9，搅拌10min后，调节温度上升至65℃，再加入0.8ml吐温80，搅拌3omin后调pH至中性，洗涤，40℃超声40min，定容得到磁流体；S2、取2g壳聚糖溶于体积百分数2％的乙酸溶液中，配制成质量百分数为2％的壳聚糖溶液；S3、将壳聚糖溶液搅拌条件下，向其中滴加10ml磁流体，搅拌30min，加入对比例1制备的茶叶渣生物炭1g，搅拌60min，加入4mL25％戊二醛溶液后，搅拌形成凝胶，用1mol本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备高效降低土壤砷污染的生物炭材料的方法，包括如下步骤：/nS1、将茶叶渣晾干、破碎，升温至500～600℃，保温2～3h，停止加热，研磨过筛备用；/nS2、将S1所得生物炭加至海藻酸钠水溶液中，搅拌3～4h，然后缓慢滴入CaCl

【技术特征摘要】
1.一种制备高效降低土壤砷污染的生物炭材料的方法，包括如下步骤：
S1、将茶叶渣晾干、破碎，升温至500～600℃，保温2～3h，停止加热，研磨过筛备用；
S2、将S1所得生物炭加至海藻酸钠水溶液中，搅拌3～4h，然后缓慢滴入CaCl2水溶液中，滴加过程中继续搅拌6～8h，过滤后用水反复冲洗，50～60℃真空干燥后备用；
S3、将S2所得产物加至纤维二糖脂水溶液中，静置3～4h，然后超声30～60min，过滤，50～60℃真空干燥即得。


2.根据权利要求1所述的制备高效降低土壤砷污染的生物炭材料的方法，其特征在于所述S1中茶叶渣是在550～580℃保温2.5～3h。


3.根据权利要求1所述的制备高效降低土壤砷污染的生物炭材料的方法，其特征在于所述S1中加热后的茶叶渣研磨至粒径为0.2～0.3mm。


4.根据权利要求1所述的制备高效降低土壤砷污染的生物炭材料的方法，其特征在于所述S2中海藻酸钠水溶液的浓度为1～1.5％，所述生物炭和海藻酸钠的重量比为3～4:1。


5.根据权利要求1所述的制备高效降低土壤砷污染的生物炭材料的方法，其特征在于所述S2中CaCl2水溶液的浓度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：程俊，
申请(专利权)人：景德镇一牧堂陶瓷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36