[发明专利]一种新型铁基生物炭的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型铁基生物炭的制备及其应用领域，特别涉及用于污染土壤处理的新型铁基生物炭修复材料的制备方法。

背景技术

土壤是农业生产和人类赖以生存的物质基础，然而土壤污染已经成为全世界亟待解决的环境问题之一，在人均耕地占有量低于世界平均水平的中国，土壤污染问题更为突出，2014年4月国家有关部委发布《全国土壤污染状况调查公报》，显示全国土壤总超标率已达到16.1％，重金属污染的农业土地面积约2500万平方米，因重金属污染而导致粮食减产高达1000多万吨，合计经济损失至少200亿元；土壤污染已成为影响农产品安全、制约农业可持续健康发展、关系国计民生的重大环境问题，引起国内外的广泛关注。

目前，国内处理土壤污染的方法众多，其中，生物炭作为一种有效的土壤修复材料被广泛推崇。生物炭来源广泛，含有丰富的有机大分子与空隙，并具有高度芳香化的结构，含有大量酚烃基、羧基和羰基，这些基本性质使生物炭具备了良好的吸附特性及稳定性。生物炭的施用能够对土壤中重金属、有机污染物起到吸附、固定作用，降低其生物有效性，同时能增强土壤中微生物的活性，从而也增强了微生物对有机污染物的降解能力。

由于生物炭对土壤中污染物的固定效果不理想，因此，如果直接将生物炭施用于污染土壤，往往使用量较大，而生物炭的土壤施用是一个不可逆的过程，施加大量的生物炭虽然可以有效地降低污染物的生物有效性，但成本也会提高，而且由于生物炭具有高度的稳定性，在土壤中可长期存在，可能导致土壤肥力的降低以及对土壤动植物的毒害。此外，有研究表明：在土壤中添加生物炭能够提高As迁移能力，如Zheng等研究发现，将生物炭施用于重金属污染的水稻土壤后，水稻根中Cd、Zn和Pb的浓度分别下降了98％、83％和72％，而砷的浓度增加了327％。因此，如何改性生物炭，使其对土壤中各种污染物(特别是砷)的去除效果得到提升成为人们下一步的研究重点。

零价铁是一种被广泛应用于污染地下水及土壤处理的材料，由于其具有较强的还原性与电负性，能够与包括氯代苯类与重金属类在内的多种污染物发生还原反应，从而达到去除污染物的目的；同时，铁氧化物/氢氧化物由于对砷有较高的亲和力而受到了更多的关注。因此，如何将生物炭、零价铁与铁氧化物/氢氧化物的环境作用结合，制备出铁基生物炭复合材料，从而提升土壤中各种污染物的去除效果，具有重要的意义。

本发明新型铁基生物炭的制备方法，主要是将载有铁氧化物的生物质原料放入干馏炉中进行厌氧干馏，生物质经过还原、裂解和聚合反应，产生能量转换，分离出还原性气体CO与H₂，在适当温度下，将部分负载在生物质表面的铁氧化物逐步还原为零价铁；由于铁、碳之间存在电极电位差，在土壤溶液中会形成微原电池，而且残留在生物炭表面的铁氧化物对砷有很好的去除能力，从而很好的增强了对土壤中污染物的处理效果；本发明将生物炭、零价铁与铁氧化物的环境作用结合，既克服了生物炭修复功能缺失的问题，又提高了修复效率，扩大了它在土体污染治理方面的应用潜力。

利用生物质原料与铁氧化物厌氧干馏制备铁基生物炭的方法在国内还未见报道，本发明以此为出发点，提出了一种新型铁基生物炭的制备方法。

发明内容

本发明旨在提供一种用于提高土壤中污染物处理效果的新型铁基生物炭及其制备方法，以解决现有材料存在的不足。

所述新型铁基生物炭的制备方法包括以下步骤:

a.生物质原料的制备：在50～90℃下，将生物质原料(包括锯末、刨花、树枝、树干林业废弃物木质类；稻草、麦秸、谷草、玉米秸秆等秸秆类)烘干5～10h，经粉碎机加工成1～20mm粉末，备用。

b.生物质原料预处理：将一定量铁氧化物(Fe₂O₃/Fe₃O₄)溶于乙醇与水的体系(V(醇):V(水)＝8:2)中，与适量的上述粉末状生物质原料混合均匀，超声条件下浸渍1～5h；随后低温(70～90℃)加热去除溶剂并干燥，将析出的氧化铁负载在生物质材料表面，随后，过50目筛去除未负载的氧化铁粉末，待用。