一种镁负载改性竹质生物炭及其制备与应用制造技术

本发明专利技术涉及一种镁负载改性竹质生物炭及其制备与应用，制备方法包括：将竹屑洗净后干燥，研磨成粉，高温热解后研磨过筛，得到初级竹质生物炭；将所述初级竹质生物炭加入乙酸镁溶液中，搅拌均匀，烘干后得到富镁生物炭粉末；将所述富镁生物炭粉末煅烧，自然冷却至室温后即得镁负载改性竹质生物炭。本发明专利技术通过理化方式调整生物炭的特性，增强其对磷酸盐的吸附、去除能力，能够从含磷废水中高效回收磷，并应用于土壤改良中。提供了低成本、高效、环境友好的磷污染治理方案，具有广泛的实际应用前景。具有广泛的实际应用前景。具有广泛的实际应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种镁负载改性竹质生物炭及其制备与应用


[0001]本专利技术涉及生物炭制备
，尤其是一种镁负载改性竹质生物炭及其制备与应用。

技术介绍

[0002]过量使用磷肥会导致地表水富营养化，造成环境问题，如有害的藻类泛滥和鱼类死亡。同时，磷也是一种不可再生资源，根据美国地质调查局的数据，中国磷储量的静态利用周期仅为37年。因此，从富磷水体中回收磷是缓解磷资源危机的重要举措。另外一方面，土壤中磷含量相对较低且土壤对磷具有较高的固定能力，施入土壤的磷肥由于土壤的吸附作用无法被植物利用，最终导致土壤中有效磷含量匮乏从而成为影响植物生长的限制因素。而生物炭的施加可增加土壤阳离子交换容积和细菌溶解性能，增大土壤表面对磷的排斥，从而降低土壤对有效磷的吸附。因此，通过生物炭的吸附从水体中回收磷并用于农业生产具有十分重要的意义。
[0003]生物炭作为一种农业废弃物资源化利用过程中开发的新型材料，在环境污染修复和土壤改良方面均具有巨大的应用潜力。然而一般的生物炭表面含有丰富的负电荷，对磷的吸附性能差，需要进行物理化学改性，才能提升其对磷的吸附能力。目前的改性方法主要是碱改性，碱改性生物炭具有表面积大、表面带正电荷、含氧基团丰富等特点，有利于静电吸引和配体交换、吸附带负电荷的磷。金属元素的加载也是一种有效方法，通过铁浸渍制备的含铁生物炭可以去除人工废水中85％以上的总磷。稀有金属因其独特的性质，被提出用于生物炭的磷吸附改性，由城市污泥制备的镧改性生物炭的最大吸附容量为93.91mg/g。除了物理或化学方法外，还包括一种新的生物再处理方法，涉及在食物垃圾中生长的细菌生物膜覆盖生物炭表面，增加平均孔径并改善吸附性能。
[0004]然而以上的生物炭改性技术制备过程相对复杂，且可能会引入金属离子污染，而且不利于磷的资源化利用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种镁负载改性竹质生物炭及其制备与应用，目的是以高效低成本的方式获得改性生物炭，提升生物炭的磷吸附性能。并提供低成本、高效、环境友好的磷污染治理与资源化利用方案。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本申请提供一种镁负载改性竹质生物炭的制备方法，包括：
[0008]S1、将竹屑洗净后干燥，研磨成粉，高温热解后研磨过筛，得到初级竹质生物炭；
[0009]S2、将所述初级竹质生物炭加入乙酸镁溶液中，搅拌均匀，烘干后得到富镁生物炭粉末；
[0010]S3、将所述富镁生物炭粉末煅烧，自然冷却至室温后即得镁负载改性竹质生物炭。
[0011]进一步技术方案为：
[0012]步骤S1中，于管式炉中在惰性气氛及700℃条件下高温热解，时间为2h，升温速率为10℃/min。
[0013]步骤S1中，将竹屑洗净后置于105℃的鼓风干燥箱干燥24h。
[0014]步骤S2中，将所述初级竹质生物炭与四水合乙酸镁按质量比1：(8～12)混合，将混合物在磁力搅拌器上80℃水浴条件下搅拌6h，烘干后得所述富镁生物炭粉末。
[0015]步骤S2中，乙酸镁溶液溶度为0.5～1mol/L。
[0016]步骤S2中，在磁力搅拌器中搅拌，转速为300rpm/min，搅拌时间为6h。
[0017]步骤S3中，于管式炉中在惰性气氛及600℃条件下煅烧，时间为2h，升温速率为10℃/min。
[0018]本申请还提供一种镁负载改性竹质生物炭，根据所述的镁负载改性竹质生物炭的制备方法制得。
[0019]本申请还提供一种所述镁负载改性竹质生物炭的应用，将所述镁负载改性竹质生物炭与含磷废水接触，使其在一定时间内吸附废水中的磷，将使用完毕后的附磷生物质炭回收后作为缓释肥料进行回田。
[0020]所述含磷废水为农业废水，包括沼液。
[0021]本专利技术的有益效果如下：
[0022]本专利技术的制备方法，利用农林废弃物竹屑为原料，通过简单的高温热解、浸渍再煅烧制备得到含镁生物炭。与现有技术中单一利用高温热解法制备生物炭的方法相比，在高温热解形成初级生物炭后，经过进一步的镁盐浸渍和再煅烧反应，从而形成更利于磷吸附的官能团氧化镁，使得磷的吸附量显著增加。
[0023]本专利技术的含镁生物炭与其他磷吸附生物炭相比，具备制备方法简单、原料价廉易得、使用绿色环保、吸附性能优异等优点。用在磷的吸附回收上可显著提高磷的回收率。且由于磷以MgHPO4和Mg(H2HPO4)2沉淀形式存在，并不是永久沉淀物，磷得以在适当环境下慢慢释放出来，从而可以进一步作为植物的磷控释肥进行应用。
[0024]本专利技术利用的生物质原料为自然环境中天然存在的农林废弃物，将其制成生物炭用于磷吸附，这样既可以实现农林废弃物的资源化利用，又可以实现磷的资源回收利用。
[0025]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例1制备的含镁生物炭的XRD图谱。
[0027]图2为本专利技术实施例1制备的含镁生物炭的XPS图谱。
[0028]图3为本专利技术实施例1至3制备的生物炭的最大平衡吸附量结果。
[0029]图4为本专利技术实施例1制备的生物炭及普通生物炭应用于种植拟南芥幼苗的生长效果。
具体实施方式
[0030]以下结合附图说明本专利技术的具体实施方式。
[0031]本申请提供一种镁负载改性竹质生物炭的制备方法，包括：
[0032]S1、将竹屑洗净后干燥，研磨成粉，高温热解后研磨过筛，得到初级竹质生物炭；
[0033]S2、将所述初级竹质生物炭加入乙酸镁溶液中，搅拌均匀，烘干后得到富镁生物炭粉末；
[0034]S3、将所述富镁生物炭粉末煅烧，自然冷却至室温后即得镁负载改性竹质生物炭。
[0035]本申请还提供一种镁负载改性竹质生物炭，根据所述的镁负载改性竹质生物炭的制备方法制得。
[0036]本申请还提供一种所述的镁负载改性竹质生物炭的应用，将所述镁负载改性竹质生物炭与含磷废水接触，使其在一定时间内吸附废水中的磷；将使用完毕后的附磷生物质炭回收后用作缓释肥料进行回田。
[0037]所述含磷废水为沼液等农业废水。
[0038]本申请通过S1的高温热解，得到初级竹质生物炭，再将初级竹炭经过乙酸镁浸渍和煅烧后制成，从而形成更利于磷吸附的官能团氧化镁，使得磷的吸附量显著增加。而镁对磷的吸附，虽然形成的MgHPO4和Mg(H2HPO4)2属于沉淀，但是MgHPO4和Mg(H2HPO4)2并不是永久沉淀物，在适当环境下会慢慢释放出来，因而可以进一步作为植物的磷控释肥进行应用。
[0039]本申请的镁负载改性竹质生物炭的应用，去除了废水中的过量磷，降低了生态环境污染的风险和提高了土壤肥力。具有低成本和环境友好的特点，适用于大规模生产，其生产过程对环境无污染。
[0040]以下以具体实施例进一步说明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁负载改性竹质生物炭的制备方法，其特征在于，包括：S1、将竹屑洗净后干燥，研磨成粉，高温热解后研磨过筛，得到初级竹质生物炭；S2、将所述初级竹质生物炭加入乙酸镁溶液中，搅拌均匀，烘干后得到富镁生物炭粉末；S3、将所述富镁生物炭粉末煅烧，自然冷却至室温后即得镁负载改性竹质生物炭。2.根据权利要求1所述的镁负载改性竹质生物炭的制备方法，其特征在于，步骤S1中，于管式炉中在惰性气氛及700℃条件下高温热解，时间为2h，升温速率为10℃/min。3.根据权利要求1所述的镁负载改性竹质生物炭的制备方法，其特征在于，步骤S1中，将竹屑洗净后置于105℃的鼓风干燥箱干燥24h。4.根据权利要求1所述的镁负载改性竹质生物炭的制备方法，其特征在于，步骤S2中，将所述初级竹质生物炭与四水合乙酸镁按质量比1：(8～12)混合，将混合物在磁力搅拌器上80℃水浴条件下搅拌6h，烘干后得所述富镁生物炭粉末。5.根据权利要求1所述的镁负载改性...

【专利技术属性】
技术研发人员：王楚亚，周恒灯，王琪，朱光灿，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：