[发明专利]一种制备高氮、磷吸附性能生物炭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及农林废弃物资源化利用和环境污染治理领域，尤其涉及的是一种制备高氮、磷吸附性能生物炭的方法。

背景技术

我国每年农作物秸秆和林业残枝锯末等农林废弃生物质产生量超过8.72亿吨，如此巨大的资源，采用常规的处置和利用方式，如：焚烧、堆肥等，不仅资源利用率水平低，同时还存在潜在的环境风险。因此，如何科学合理地处置农林废弃物，使其既能被高效的资源化利用，又能降低潜在的环境风险，已成为关注的焦点。将农林废弃生物质经过热解工艺制备生物炭是目前较为新兴的一种废弃生物质资源化利用方式。生物炭疏松多孔、环境性质稳定，主要的功能和应用领域集中于以下几个方面：（1）还田固碳，大气中的CO₂以植物光合作用形成碳基化合物，再经过贫氧热解碳化为生物炭，施入土壤后，实现CO₂以碳单质的形式固存于土壤，在一定程度上降低大气中的CO₂，缓解全球温室效应。（2）土壤改良，生物炭一般具有pH偏碱、容重轻、孔隙度大、持水能力强、阳离子交换量大、吸附能力强、含丰富矿物质等特点，施入土壤后能够提高土壤肥力、改善土壤理化性质，实现农作物增质增产。（3）功能吸附剂，因生物炭具有比表面积大、官能团丰富、带负电且电荷密度高等特点，使其可作为水溶解体系吸附剂用于去除各种具有污染性的无机离子或有机物。

氮、磷是引起水体富营养化的主要物质因素，同时也是作物从土壤中获取的必需养分元素。在长期的传统农业生产中，由于土壤理化性质的退化，其氮、磷的固定能力差，导致大量氮、磷的流失，是地表水体氮、磷富集，产生水体富营养化的主要原因之一。鉴于生物炭具有固碳、土壤改良以及吸附等能力，以农林废弃生物质为原料，开发一种具有良好固定或吸附氮、磷功能的生物炭基材料，对于开发农林废弃物的资源化利用新方式、减少温室气体排放、改善土壤理化性能以及治理水体富营养化具有重要的意义和作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术在农林废弃物利用、温室气体减排、土壤质量改善以及水体富营养化治理等方面存在的问题，提供了一种制备高氮、磷吸附性能生物炭的方法。

本发明的技术方案如下：

一种制备高氮、磷吸附性能生物炭的方法，包括以下步骤：

（1）将收集的农林废弃生物质原料经自然风干后，清理泥沙、塑料非生物质杂质，粉碎过40目筛；

（2）称取稀土氯化盐，溶解于蒸馏水中，配制稀土氯化盐溶液；

（3）将（1）所述处理后的生物质原料和（2）所述稀土氯化盐溶液混合，搅拌均匀，使生物质原料完全浸没，密封浸渍12h；然后真空抽滤，置于105℃下烘干，并置于干燥环境保存；

（4）取（3）中的原料置于管式炉中以氮气作为保护气，进行贫氧热解；热解完成后，待热解体系冷却至室温后，得到高氮、磷吸附性能生物炭。

所述的农林废弃生物质原料为农作物秸秆和林木废弃物。

所述的稀土氯化盐为氯化镧、氯化铈、氯化镨或氯化钕；其配制的稀土氯化盐溶液浓度为0.05-0.15mol/L。

所述的方法，步骤（3）中，生物质原料和稀土氯化盐溶液的质量比为1:10～1:30。

所述的方法，步骤（4）中，贫氧热解温度为400-600℃，热解时间为30-120min，升温速率为5-20℃/min；氮气流速为0.1m³/h。

本发明以农林废弃物为原料，利用轻稀土元素的催化性能，通过高温贫氧热解，制备出高氮、磷吸附性能生物炭。本发明所使用原料来源广泛，所采用稀土催化剂成本较低，所制得生物炭对氮、磷吸附速率快，吸附容量大。NO₃^-、NH₄⁺、PO₄^3-三者的最大吸附量分别可达38.44mg/g、15.58mg/g、19.74mg/g。本发明工艺操作过程简单、设备要求低、成本低廉、产品回收率高，应用价值高。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1稀土氯化盐催化热解不同生物质原料，制备生物炭对氮、磷的吸附

（一）材料

1、生物质原材料：玉米秸秆、菊芋秸秆、橡木锯末、松木锯末

2、稀土氯化盐催化剂：LaCl₃·7H₂O

（二）方法

1、将收集的玉米秸秆、菊芋秸秆、橡木锯末、松木锯末分拣杂质并风干后，粉碎过40目筛。