CN106365139A - 利用单户庭院富集植物收获物制备的生物炭及制法和应用 - Google Patents

利用单户庭院富集植物收获物制备的生物炭及制法和应用 Download PDF

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Abstract

一种利用单户庭院富集植物收获物制备的生物炭：1)将富集重金属Fe2+的植物生物质烘干并破碎；2)破碎后的植物体颗粒于二氧化碳气氛中，150‑200min内从室温上升至800‑900℃，保持100‑120min，150‑200min内降至室温，将生物质碳化；3)碳化后生成的生物炭在300W‑700W微波辐射功率下微波辐射，用氯化锌浸泡洗涤活化；4)活化后的生物炭烘干，冰水浴下滴加硼氢化钠溶液还原亚铁离子为零价铁；5)水洗至pH为中性后烘干制得活化的生物炭。本发明还公开了上述生物炭的制备方法。本发明的生物炭可用于土壤改良。

Description

利用单户庭院富集植物收获物制备的生物炭及制法和应用
技术领域
本发明涉及一种利用单户庭院超富集植物收获物制备的生物炭。
本发明还涉及上述生物炭的制备方法。
本发明还涉及上述生物炭在改良土壤中的应用。
背景技术
植物提取修复环境重金属污染会产生大量的重金属富集植物生物质，作为植物提取修复的重要组成部分，重金属富集植物生物质的处置被认为是制约植物修复商业化应用的重要因素之一，值得关注的是，基于减量化、无害化和资源化原则，近年来众多研究者致力于利用焚烧法、灰化法、堆肥法、压缩填埋法、高温分解法、液相萃取法和植物冶金等技术处置重金属富集植物生物质，应将研究重点放在资源化利用而非简单的无害化或减量化处置，只有通过资源化处置获得较高的附加值，才能更好地推动植物提取修复技术的工程化应用，获得良好的环境和经济效益。利用最新的科学技术手段，重点开发基于资源化利用的新处置技术，既能获得较好的经济收益，又能避免二次污染，减小环境风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用单户庭院超富集植物收获物制备的生物炭。
本发明的又一目的是提供一种制备上述生物炭的方法。
为实现上述目的，本发明提供的利用单户庭院富集植物收获物制备的生物炭，通过下述方法获得：
1)将富集重金属Fe2+的植物生物质烘干并破碎；
2)破碎后的植物体颗粒于二氧化碳气氛中，150-200min内从室温上升至800-900℃，保持100-120min，150-200min内降至室温，将生物质碳化；
3)碳化后生成的生物炭在300W-700W微波辐射功率下微波辐射，用氯化锌浸泡洗涤活化；
4)活化后的生物炭烘干，冰水浴下滴加硼氢化钠溶液还原亚铁离子为零价铁；
5)水洗至pH为中性后烘干制得活化的生物炭。
所述的生物炭中，富集重金属Fe2+的植物是在植物生长过程中添加氯化亚铁以及鼠李糖脂。
所述的生物炭中，植物生物质的破碎粒径为3-5mm。
所述的生物炭中，氯化锌质量分数为30％-60％，浸泡时间12-24h；硼氢化钠溶液浓度为15-20mM。
本发明提供的制备上述生物炭的方法，步骤如下：
1)将富集重金属Fe2+的植物生物质烘干并破碎；
2)破碎后的植物体颗粒于二氧化碳气氛中，150-200min内从室温上升至800-900℃，保持100-120min，150-200min内降至室温，将生物质碳化；
3)碳化后生成的生物炭在300W-700W微波辐射功率下微波辐射，用氯化锌浸泡洗涤活化；
4)活化后的生物炭烘干，冰水浴下滴加硼氢化钠溶液还原亚铁离子为零价铁；
5)水洗至pH为中性后烘干制得活化的生物炭。
所述的制备方法中，富集重金属Fe2+的植物是在植物生长过程中添加氯化亚铁以及鼠李糖脂。
所述的制备方法中，植物生物质的破碎粒径为3-5mm。
所述的制备方法其中，氯化锌质量分数为30％-60％，浸泡时间12-24h；硼氢化钠溶液浓度为15-20mM。
本发明的利用重金属富集植物生物质制备的生物炭，可以有效影响土壤中水分存在形式，生物炭孔隙通路改善土壤中水分流动特性，在干旱季节可以释放水分，调节土壤含水率；制备的生物炭在梅雨季节，可以锁住水分，减缓雨水对土壤冲刷，保留土壤中营养物质；制备的生物炭在植物生长过程中可以释放水分和营养物质，直达植物根系，提高植物生长速度和产量；生物炭影响土壤中的微生物活性。制备的生物炭可以有效将重金属锁扣在生物炭纤维结构内，不但避免了重金属元素重新释放到环境中形成“二次污染”。
具体实施方式
本发明采用的单户庭院超富集植物收获物是在植物生长过程中添加氯化亚铁以及鼠李糖脂，待植物成熟后收获，将富集重金属Fe2+的植物生物质烘至全干，根据需要将整株植物体破碎成粒径但不限于3-5mm的颗粒；
破碎后的植物体颗粒放置入管式马弗炉中，在管式马弗炉内通满二氧化碳驱除空气，200min内从室温20℃上升至900℃，保持900℃120min，200min内从900℃降低至20℃，将生物质碳化；
碳化后生成的生物炭在微波辐射下(微波辐射功率为300W-700W)，用氯化锌质量分数为30％-60％的氯化锌浸泡洗涤活化，浸泡时间24h；
活化后的生物炭烘干，在低温(冰水浴)的环境下滴加浓度为20mM的硼氢化钠溶液还原亚铁离子为零价铁；
去离子水洗涤至pH接近中性后烘干制得活化的生物炭。
本实施例制备的生物炭，可以有效影响土壤中水分存在形式，生物炭孔隙通路改善土壤中水分流动特性，在干旱季节可以释放水分，调节土壤含水率稳定在20％-50％；制备的生物炭在梅雨季节，可以锁住水分，减缓雨水对土壤冲刷，保留土壤中营养物质；制备的生物炭在植物生长过程中可以释放水分和营养物质，直达植物根系，提高植物生长速度1.5-3.5倍和产量1.5-3.5倍；生物炭影响土壤中的微生物活性。制备的生物炭可以有效将重金属锁扣在生物炭纤维结构内，避免了重金属元素重新释放到环境中形成“二次污染”。土壤中有益活菌量提升1～2个数量级，达到10.0～11.0lg CFU/g。

Claims (9)

1.一种利用单户庭院富集植物收获物制备的生物炭，通过下述方法获得：
1)将富集重金属Fe2+的植物生物质烘干并破碎；
2)破碎后的植物体颗粒于二氧化碳气氛中，150-200min内从室温上升至800-900℃，保持100-120min，150-200min内降至室温，将生物质碳化；
3)碳化后生成的生物炭在300W-700W微波辐射功率下微波辐射，用氯化锌浸泡洗涤活化；
4)活化后的生物炭烘干，冰水浴下滴加硼氢化钠溶液还原亚铁离子为零价铁；
5)水洗至pH为中性后烘干制得活化的生物炭。
2.根据权利要求1所述的生物炭，其中，富集重金属Fe2+的植物是在植物生长过程中添加氯化亚铁以及鼠李糖脂。
3.根据权利要求1所述的生物炭，其中，植物生物质的破碎粒径为3-5mm。
4.根据权利要求1所述的生物炭，其中，氯化锌质量分数为30％-60％，浸泡时间12-24h；硼氢化钠溶液浓度为15-20mM。
5.权利要求1所述生物炭的制备方法，步骤如下：
1)将富集重金属Fe2+的植物生物质烘干并破碎；
2)破碎后的植物体颗粒于二氧化碳气氛中，150-200min内从室温上升至800-900℃，保持100-120min，150-200min内降至室温，将生物质碳化；
3)碳化后生成的生物炭在300W-700W微波辐射功率下微波辐射，用氯化锌浸泡洗涤活化；
4)活化后的生物炭烘干，冰水浴下滴加硼氢化钠溶液还原亚铁离子为零价铁；
5)水洗至pH为中性后烘干制得活化的生物炭。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，富集重金属Fe2+的植物是在植物生长过程中添加氯化亚铁以及鼠李糖脂。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其中，植物生物质的破碎粒径为3-5mm。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其中，氯化锌质量分数为30％-60％，浸泡时间12-24h；硼氢化钠溶液浓度为15-20mM。
9.权利要求1所述的生物炭在改良土壤中的应用。
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