[发明专利]一种Fe改性生物炭复合材料的制备方法及其应用

说明书

一种Fe改性生物炭复合材料的制备方法及其应用，本发明涉及改性生物炭复合材料的制备方法及其应用领域。本发明要解决农田退水中的N、P营养物质的含量高，单纯的生物炭材料，吸附能力有限的技术问题。制备方法：以生物质为原料，利用FeCl₃通过在马弗炉进行热解反应，得到Fe改性生物炭复合材料。应用：该复合材料作为吸附剂应用于农田退水中对含N、P物质的吸附。本发明制备过程简单易操作，产出率可达50％以上，易于实现商品化，方法为农田退水中的N、P营养物质的去除提供了安全高效的途径。本发明制备的Fe改性生物炭复合材料作为吸附剂应用于农田退水中对含N、P物质的吸附。

技术领域

本发明涉及改性生物炭复合材料的制备方法及其应用领域。

背景技术

农田退水是指在农业生产过程中，由于降水和大规模漫灌造成的农田弃水，通过地表径流、壤中流等形式进入排水沟并最终回到河流或者湖泊中，对河流、湖泊等有一定的补给作用，是保障湿地水源的一种重要方式。吉林西部莫莫格湿地主要补给河流的上游，有大量的农田，湿地中的河流和湖泊每年可接受2-3次周围农田的退水。春季接受少量上游的退水；夏季丰水期，为保证正常的农业生产活动，多余的农田退水会大量排入湿地中；在秋季收割前后，也会接受上游的大量退水。农田、沟渠、湿地三者在空间结构上紧密相接，形成一个整体。但是由于化肥和农药的不合理使用，农田退水中的N、P营养物质的含量，一般要比河流高，若直接排入，会增加河流中营养物质的含量，提高水体富营养化程度。这些水体进入湿地中，导致湿地水质恶化，物种多样性受到威胁，对湿地生态服务功能造成巨大危害。因此，在农田退水进入沟渠、河流或湖泊前，高效去除农田退水中过量的N、P营养物质成为确保湿地良好水质的关键。关于水污染净化领域，现行的处理方法主要有物理方法、生物法，物理方法成本高、去除效率低，生物法在很大程度上受环境条件的制约，因此大范围推广应用比较困难，吸附法因为其较低的成本和较高的去除率受到越来越多的关注，常用的吸附剂有生物炭、沸石、金属盐等。但是，单纯的生物炭材料，吸附能力有限。因此，开发一种以生物炭为基底的吸附效率高，且安全无污染的新型复合材料，具有广阔的应用前景和推广价值。

发明内容

本发明要解决农田退水中的N、P营养物质的含量高，单纯的生物炭材料，吸附能力有限的技术问题，而提供一种Fe改性生物炭复合材料的制备方法及其应用。

一种Fe改性生物炭复合材料的制备方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：

一、将生物质原料依次清洗、切碎、烘干、磨碎和过筛，得到生物质粉末；

二、将FeCl₃溶液与步骤一得到的生物质粉末，放入恒温水浴振荡箱中混合均匀，得到混合溶液；

三、将步骤二得到的混合溶液，放入恒温水浴箱中，控制温度为80～85℃，进行反应，直至混合溶液上层清液消失，再转移到烘箱中，干燥，得到生物质材料；

四、向马弗炉中通入N₂，将步骤三得到的生物质材料转移到瓷坩埚中，并在N₂吹拂的条件下，将瓷坩埚放入马弗炉中，然后密闭，在10min内温度从室温升至550～555℃，热解30～32min，然后自然降到室温，再加入去离子水，洗涤，得到复合材料；

五、将步骤四得到的复合材料依次烘干、碾磨和过筛，得到Fe改性生物炭复合材料。

进一步的，步骤一中生物质原料为玉米秸秆、水稻秸秆和小麦秸秆中的一种或其中几种的混合。

进一步的，步骤一中切碎后生物质原料的尺寸﹤5cm；烘干温度为80～120℃，烘干时间为12～24h；过筛时筛子的孔径为0.22～0.45mm。

进一步的，步骤二中FeCl₃溶液中FeCl₃与去离子水的质量比为1∶(10～20)。