[发明专利]一种氧化铁改性的巨菌草生物炭的制备方法

说明书

本发明涉及土壤污染治理领域，具体涉及氧化铁改性的巨菌草生物炭的制备方法。利用巨菌草生物量大的特点制备生物炭，同时通过氧化铁改性生成负载铁的生物炭，强化生物炭的吸附及离子交换能力。本发明的改性生物炭对重金属的吸附性能大大提高，且制备方法简易，能够提高生物质资源利用效率，解决了农林生物质废弃物难于降解、再利用的难题，具有极其深远的社会意义和经济价值。

技术领域

本发明涉及土壤污染治理领域，具体涉及绿色改性生物炭材料、其制备方法及应用。

背景技术

生物炭结构高度稳定，在环境中可以长期稳定存在。生物炭是碳素循环的重要组成部分，具有碳库的功能，与其他形式的有机物质相比，生物炭具有超强的固持养分的功能，是目前倍受到关注的新型环境材料。生物质炭的来源十分广泛，工农业废弃物、畜禽粪便、污泥都是生物炭的原料，对这些物质进行资源化的利用不仅可以降低对环境的危害，还具有丰富的正生态效应。

生物质炭一般呈碱性且富含多种养分元素，可以结合养分离子，降低土壤酸度，吸附有毒金属离子，改善土壤结构，尤其在低肥力的土壤中，生物质炭可以在土壤肥力和生产力上起到积极作用。生物炭表面的官能团和碱性基团可通过影响土壤化学性质从而对土壤进行修复和改良，由于缓冲功能的存在，对各种类型的土壤，均有较好的修复效果。

发明内容

本发明提出一种在无氧通氮裂解条件下获得负氧化铁的巨菌草生物炭的方法，旨在提高生物炭在稳定土壤重金属方面的应用。本发明充分利用巨菌草生物量大的特点制备生物炭，同时通过氧化铁改性生成负载铁的生物炭，强化生物炭的吸附及离子交换能力，从而达到稳定土壤中重金属离子的目的。

本发明提供一种氧化铁改性的巨菌草生物炭的制备方法，包括如下步骤：

步骤1.生物炭制备：采取厌氧慢速热解的方法制备生物质炭，具体制备过程如下：将巨菌草(Pennisetum sp.)原材料放入热解舟中，推入真空管式炉，预先通入惰性保护器N₂(流量300ml/min)10min排净管式炉内的空气，选用两种方法处理，其中方法1：以10℃/min的速度升温至200℃，保持1h，再以10℃/min的速度升至350℃，保持4h，制得生物炭记为OC350(origin carbon at 350℃)；方法2：以10℃/min的速度升温至200℃，保持1h，再以10℃/min的速度升至700℃保持4h，制得生物炭记为OC700(origin carbon at 700℃)；

步骤2.生物炭的处理：分别取上述制得生物炭研磨，过40目筛，然后进行三种处理：1.不做任何处理，记为OC350、OC700；2.用去离子水反复洗涤生物炭，直到洗出液澄清为止，将混合物过滤烘干至恒重，所得产物记为WC350、WC700(washedcarbon at 350℃、washed carbon at 700℃)；3.用去离子水反复洗涤生物炭，直到洗出液澄清为主。然后以质量：体积＝1:10，将洗出生物炭放入4mol/l的HNO3中，于80℃保持2h，反复洗去酸并用氨水调节其酸碱度直到中性偏碱为止，将混合物过滤烘干至恒重所得产物分别记为MC350、MC700(modified carbon at 350℃、modified carbon at 700℃)；

步骤3.生物炭复配：生物炭的作用机理主要为物理性的空穴吸附和官能团化学吸附作用，氧化铁主要以化学吸附过程为主，将两者进行复配来以得到新类型材料的性能同时降低成本很有必要，取步骤2的生物炭与氧化铁粉末混合搅拌5－12h，然后静置过滤，取滤渣在70－90℃烘干至恒重即得，优选生物炭与氧化铁粉末重量比为1：0.5-1：3。

进一步地，选择质量比为1:1做实验复配比例：