一种α-氧化铁修饰的生物炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种α

【技术实现步骤摘要】
一种
α
‑
氧化铁修饰的生物炭及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及土壤修复
，具体涉及一种α
‑
氧化铁修饰的生物炭及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近几十年来，随着工业制造、金属冶炼、采矿等行业的高速发展以及农药和化肥的不当使用，大量的重金属进入自然环境中，造成了严重的土壤污染问题。土壤中过量的重金属不仅会造成粮食减产，而且重金属还可以通过食物链进入人体并在人体中积累，导致严重的人体健康问题。土壤中的重金属具有很强的流动性、持久性和不可生物降解性，处理难度很大，亟需开发有效的土壤修复技术。
[0003]土壤中重金属的毒性与其形态有关，而通过施加钝化剂以降低重金属的生物有效性成为了近年来的研究热点。原位化学钝化方法在时间和成本上能够更好地满足重金属污染土壤修复的要求，更加适用于农田污染土壤，而该项技术的关键之一是钝化剂。目前，常见的土壤钝化剂包括石灰材料、生物炭、有机堆肥和金属氧化物等，它们可以在一定程度上降低土壤中重金属的迁移性。然而，现有的土壤钝化剂要么对重金属的修复效率较低，要么对植物的生长会造成伤害，均难以进行大规模实际应用。
[0004]因此，开发一种修复效果好、制备简单、成本低廉、环境友好的土壤钝化剂具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种α
‑
氧化铁修饰的生物炭及其制备方法和应用。
[0006]本专利技术所采取的技术方案是：
[0007]一种α
‑
氧化铁修饰的生物炭的制备方法包括以下步骤：将畜禽粪便置于保护气氛中进行第一次煅烧制成生物炭，再将生物炭分散在亚铁氰化钾溶液中，再加入FeCl3，再分离出固体物置于保护气氛中进行第二次煅烧，即得α
‑
氧化铁修饰的生物炭。
[0008]优选的，所述畜禽粪便为猪粪、鸡粪、鸭粪、牛粪中的至少一种。
[0009]优选的，所述畜禽粪便为可以过20目筛的干畜禽粪便。
[0010]优选的，所述第一次煅烧的具体操作为：以5℃/min～10℃/min的升温速率从室温(25℃
±
5℃)升温至500℃～700℃，保温1h～3h。
[0011]优选的，所述生物炭、亚铁氰化钾溶液中的亚铁离子的质量比为4:1～10:1。
[0012]优选的，所述生物炭在亚铁氰化钾溶液中分散浸泡的时间为20min～40min。
[0013]优选的，所述亚铁氰化钾溶液中的亚铁离子、FeCl3中的铁离子的质量比为1:2～1:4。
[0014]优选的，所述第二次煅烧的具体操作为：以4℃/min～10℃/min的升温速率从室温升温至250℃～550℃，保温1h～3h。
[0015]一种α
‑
氧化铁修饰的生物炭，其由上述方法制备得到。
[0016]一种重金属污染土壤修复方法包括以下步骤：将上述α
‑
氧化铁修饰的生物炭分散到重金属污染土壤中，调节土壤含水量后进行土壤修复。
[0017]优选的，所述α
‑
氧化铁修饰的生物炭的投加量为重金属污染土壤质量的0.5％～1.5％。
[0018]优选的，所述土壤含水量为田间持水量的60％～70％。
[0019]优选的，所述土壤修复的时间为70天～110天。
[0020]本专利技术的有益效果是：本专利技术的α
‑
氧化铁(α
‑
Fe2O3)修饰的生物炭可以降低土壤中铜、镉和铅等重金属的有效性，提高土壤的pH值，大幅降低作物中铜、镉和铅等重金属的含量，保障了农产品的安全生产，且其制备工艺简单、生产成本低，适合进行大规模生产应用。
[0021]具体来说：
[0022]1)本专利技术的α
‑
Fe2O3修饰的生物炭表面聚集的大量纳米α
‑
Fe2O3颗粒和本身含有的CaCO3成分可以增强对土壤中重金属的固化能力，降低重金属的生物有效性，且不会对环境造成污染，安全可靠；
[0023]2)本专利技术的α
‑
Fe2O3修饰的生物炭在降低土壤中重金属的生物有效性的同时，还可以有效减少农作物中重金属的积累以及提高土壤的有机质含量和pH值，进而可以进一步改善土壤理化性质；
[0024]3)本专利技术以畜禽粪便为原料来制备α
‑
Fe2O3修饰的生物炭，不仅实现了养殖业废弃物的资源化利用，而且还可以有效消除养殖业废弃物这一潜在的环境污染源。
附图说明
[0025]图1为实施例1中的α
‑
氧化铁修饰的生物炭的SEM图。
[0026]图2为实施例1中的生物炭和α
‑
氧化铁修饰的生物炭的XRD图。
[0027]图3为不同α
‑
Fe2O3/BC投加量对土壤pH的影响结果图。
[0028]图4为不同α
‑
Fe2O3/BC投加量对土壤中DTPA提取态重金属含量的影响结果图。
[0029]图5为不同α
‑
Fe2O3/BC投加量对大豆植株重金属积累的影响结果图。
具体实施方式
[0030]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的解释和说明。
[0031]实施例1：
[0032]一种α
‑
氧化铁修饰的生物炭，其制备方法包括以下步骤：
[0033]1)将鸡粪干燥和粉碎后过20目筛，再置于氮气氛围中以10℃/min的升温速率从室温升温至600℃，保温2h，得到生物炭(记为BC)；
[0034]2)将10g的生物炭加入200mL浓度0.2mol/L的亚铁氰化钾溶液中，搅拌30min，再加入23.2g的FeCl3，搅拌至溶液变成蓝色，过滤，滤得的固体用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，再将固体物置于氮气氛围中以5℃/min的升温速率从室温升温至350℃，保温2h，即得α
‑
氧化铁修饰的生物炭(记为α
‑
Fe2O3/BC)。
[0035]性能测试：
[0036]1)本实施例中的α
‑
氧化铁修饰的生物炭(α
‑
Fe2O3/BC)的扫描电镜(SEM)图如图1所示。
[0037]由图1可知：α
‑
氧化铁修饰的生物炭为颗粒状，呈现出均匀的八面体结构。
[0038]2)本实施例中的生物炭(BC)和α
‑
氧化铁修饰的生物炭(α
‑
Fe2O3/BC)的X射线单晶衍射(XRD)图如图2所示。
[0039]由图2可知：BC存在SiO2、CaCO3和KCl的特征吸收峰，而α
‑
Fe2O3/BC除了保留有BC的上述3个特征峰以外，还在33.1
°
、35.4
°
、40.7
°
、43.2<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种α
‑
氧化铁修饰的生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将畜禽粪便置于保护气氛中进行第一次煅烧制成生物炭，再将生物炭分散在亚铁氰化钾溶液中，再加入FeCl3，再分离出固体物置于保护气氛中进行第二次煅烧，即得α
‑
氧化铁修饰的生物炭。2.根据权利要求1所述的α
‑
氧化铁修饰的生物炭的制备方法，其特征在于：所述畜禽粪便为猪粪、鸡粪、鸭粪、牛粪中的至少一种。3.根据权利要求2所述的α
‑
氧化铁修饰的生物炭的制备方法，其特征在于：所述畜禽粪便为可以过20目筛的干畜禽粪便。4.根据权利要求1～3中任意一项所述的α
‑
氧化铁修饰的生物炭的制备方法，其特征在于：所述第一次煅烧的具体操作为：以5℃/min～10℃/min的升温速率从室温升温至500℃～700℃，保温1h～3h。5.根据权利要求1～3中任意一项所述的α
‑
氧化铁修饰的生物炭的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹华，李英超，戚鑫，党志，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：