CN111250050A - 一种改性生物炭的制备方法及改性生物炭 - Google Patents

一种改性生物炭的制备方法及改性生物炭 Download PDF

Info

Publication number
CN111250050A
CN111250050A CN202010058622.5A CN202010058622A CN111250050A CN 111250050 A CN111250050 A CN 111250050A CN 202010058622 A CN202010058622 A CN 202010058622A CN 111250050 A CN111250050 A CN 111250050A
Authority
CN
China
Prior art keywords
biochar
humic acid
acid solution
preparing
total organic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010058622.5A
Other languages
English (en)
Inventor
李建亮
刘煌
陈克军
徐宗永
曹琳
龙建兵
许国静
宋方方
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Merchants Group Ecological Environmental Protection Technology Co ltd
Original Assignee
China Merchants Group Ecological Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Merchants Group Ecological Environmental Protection Technology Co ltd filed Critical China Merchants Group Ecological Environmental Protection Technology Co ltd
Priority to CN202010058622.5A priority Critical patent/CN111250050A/zh
Publication of CN111250050A publication Critical patent/CN111250050A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/24—Naturally occurring macromolecular compounds, e.g. humic acids or their derivatives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K17/00—Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials
    • C09K17/40—Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials containing mixtures of inorganic and organic compounds

Abstract

本发明公开了一种改性生物炭的制备方法及改性生物炭，所述改性生物炭的制备方法包括：将生物质依次进行风干、干燥、热解、粉碎，以获得生物炭；制备腐殖酸溶液；将所述生物炭和所述腐殖酸溶液置入烧瓶，振荡所述烧瓶，使所述生物炭负载腐殖酸，振荡结束后滤除溶液获得生物炭腐殖酸复合物；对所述生物炭腐殖酸复合物进行解吸实验，以获得负载稳定的所述生物炭腐殖酸复合物；所述改性生物炭为根据改性生物炭的制备方法制备的生物炭腐殖酸复合物。本发明提供的改性生物炭的制备方法，不使用强氧化剂或金属氧化物进行改性，避免使用化工产品改性而带来的环境污染隐患。

Description

一种改性生物炭的制备方法及改性生物炭
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，尤其是涉及一种改性生物炭的制备方法及改性生物炭。
背景技术
生物炭(Biochar，BC)是生物质(如秸秆、杂草、木材等农林废弃物)在缺氧条件下不完全燃烧产生的含碳高聚物的统称。生物炭具有高度芳香化结构，表面多孔且含有丰富的含氧官能团，具有表面吸附和化学性质稳定的特性。生物炭本身很难与周围的环境物质发生反应而消失，即使通过沉降、掩埋、风化等地质循环过程，仍然能在大气、土壤、沉积物、岩石、水体和冰体中大量存在。
生物炭改性的方法主要有氧化剂表面氧化、金属氧化物浸渍等。目的是为了增强原始生物炭的功能性，使得生物炭具有更大的比表面积，以及含氧官能团等。生物炭可以作为土壤改良剂，可以使土壤疏松不板结，保水保肥能力增强，可改善污染土壤的结构以及肥力并对污染物的环境归宿产生重要影响。生物炭改性后，其表面酸性官能团增加，能够对生物可利用的重金属进行螯合吸附，有利于提高土壤对重金属的吸附能力，对降低污染土壤重金属生物有效性提供额外保障，有利于复种农作物的生长。使用化学药剂或金属氧化物改性的生物炭用于土壤改良，向土壤中引入了潜在的污染物，因此带来了环境污染隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性生物炭的制备方法，不使用强氧化剂或金属氧化物进行改性，避免使用化工产品改性而带来的环境污染隐患。
为了达到上述目的，本发明提供了一种改性生物炭的制备方法，包括：将生物质依次进行风干、干燥、热解、粉碎，以获得生物炭；
制备腐殖酸溶液；
将所述生物炭和所述腐殖酸溶液置入烧瓶，振荡所述烧瓶，使所述生物炭负载腐殖酸，振荡结束后滤除溶液获得生物炭腐殖酸复合物；
对所述生物炭腐殖酸复合物进行解吸实验，以获得负载稳定的所述生物炭腐殖酸复合物。
可选的，所述生物炭的制备方法包括：将切成小块的木柴通风干燥2天，然后将所述木柴置于干燥箱中干燥12小时，再用铝箔纸严密包裹所述木柴置于马弗炉中恒温热解6小时，最后将热解后的所述木柴研磨粉碎过100目筛，获得所述生物炭。
可选的，制备所述腐殖酸溶液方法包括：配置浓度为100～400mg/L的所述腐殖酸溶液，用浓度为0.1mol/L盐酸溶液或浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液将所述腐殖酸溶液的pH值调整至6.0。
可选的，所述生物炭负载腐殖酸的方法包括：过滤所述生物炭腐殖酸复合物后的滤液用总有机碳分析仪测定总有机碳含量。
可选的，所述生物炭负载腐殖酸的方法包括：将所述生物炭和所述腐殖酸溶液置入烧瓶，振荡所述烧瓶后过滤，测定滤液的总有机碳含量，当所述滤液的总有机碳含量与所述腐殖酸溶液的总有机碳含量的偏差大于设定值，则将前一次过滤获得的固体物质和所述腐殖酸溶液置入烧瓶，振荡所述烧瓶后过滤，直至所述滤液的总有机碳含量与所述腐殖酸溶液的总有机碳含量的偏差小于设定值。
可选的，所述滤液的总有机碳含量与所述腐殖酸溶液的总有机碳含量的偏差设定值为1％。
可选的，用全自动物理吸附分析仪检测所述生物炭腐殖酸复合物的比表面积和孔结构。
可选的，用Boehm滴定法检测所述生物炭腐殖酸复合物的表面酸性官能团含量。
本发明还提供一种改性生物炭，所述改性生物炭为以上任意一项所述的改性生物炭的制备方法获得的生物炭腐殖酸复合物。
本发明提供一种改性生物炭的制备方法及改性生物炭，所述改性生物炭的制备方法包括：将生物质依次进行风干、干燥、热解、粉碎，以获得生物炭；制备腐殖酸溶液；将所述生物炭和所述腐殖酸溶液置入烧瓶，振荡所述烧瓶，使所述生物炭负载腐殖酸，振荡结束后滤除溶液获得生物炭腐殖酸复合物；对所述生物炭腐殖酸复合物进行解吸实验，以获得负载稳定的所述生物炭腐殖酸复合物。本发明提供的改性生物炭的制备方法，不使用强氧化剂或金属氧化物进行改性，避免使用化工产品改性而带来的环境污染隐患。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的改性生物炭的制备方法流程图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
图1是本发明一实施例提供的改性生物炭的制备方法流程图，参见图1，所述改性生物炭的制备方法包括：将生物质依次进行风干、干燥、热解、粉碎，以获得生物炭。生物质包括秸秆、杂草、木材等农林废弃物，本实施例优选的生物质为杉木。制备生物炭的具体步骤包括：将杉木切成5×5×2厘米的小块，阴凉通风处干燥2天，再置于80℃电热鼓风干燥箱中干燥12小时，用铝箔纸包裹数层以减少氧化，放置于瓷坩埚中，在500℃下马弗炉中恒温热解6h，冷却后在研钵中捣碎研磨，过100目筛，保存于棕色蓝口瓶中，放于干燥器中备用。
配置浓度为100～400mg/L的腐殖酸溶液，用0.1mg/L的盐酸溶液或0.1mg/L的氢氧化钠溶液将配置的腐殖酸溶液的pH调至6.0。在500mL具塞三角瓶中加入一定量制备的生物炭以及一定体积的腐殖酸溶液，尽量减小液面上空间，加塞密封，25℃下以160rpm(转每分钟)振荡14天达到充分平衡，振荡结束后过滤，滤液用总有机碳(TOC)分析仪测定总有机碳(单位：mg/L)含量。过滤出的固体物质再次加入腐殖酸溶液振动过滤，重复2-5次以上过程，直到负载完成后测得滤液的总有机碳含量和腐殖酸初始总有机碳含量几乎一样，即最后一次测得的所述滤液的总有机碳含量与所述腐殖酸溶液的总有机碳含量的偏差小于1％。根据数次负载前后总有机碳浓度的变化，计算出生物炭对DOM(溶解性有机质)的负载量。过滤收集生物炭腐殖酸复合物并在80℃下真空干燥7天。通过以上负载过程，对生物炭进行了改性，得到负载了腐殖酸的生物炭复合物。对以上获得的生物碳腐殖酸复合物进行解吸实验，以检验腐殖酸改性生物炭上腐殖酸的牢靠度。检测生物碳腐殖酸复合物未发现腐殖酸有解吸行为发生，即获得了改性生物炭。
对生物炭进行改性，提高了比表面积和孔容，提高了吸附效率。生物炭表明的官能团能够对生物可利用的重金属进行螯合吸附，有利于提高土壤对重金属的吸附能力，对降低污染土壤重金属生物有效性提供额外保障，有利于复种农作物的生长。此外，本发明提供的改性生物炭的制备方法，不使用强氧化剂或金属氧化物进行改性，避免使用化工产品改性而带来的环境污染隐患。
制备生物炭的生物质包括秸秆、杂草、木材等农林废弃物。不同的生物质的制备的生物炭及通过生物质制备的改性生物炭的比表面积和表面官能团含量不同。为获得功能性更强的改性生物炭，需要测定改性生物炭的比表面积和表面官能团含量。
生物碳腐殖酸复合物的比表面积和孔结构用全自动物理吸附分析仪测定。样品重量不小于0.1g且待分析样品能提供40～120m2表面积。样品先在100℃下真空脱气12小时，保证样品清洁。用氮气作吸附质，在液氮温度为77K时进行吸附-脱附曲线，比表面积SBET用Brunauer-Emmett-Teller(BET)法计算，平均孔径dtotal用4V/A BET法计算，单点吸附总孔容Vtotal在相对压力p/p0≈1时计算，微孔孔径dmicro和微孔孔容Vmicro用Horvath-Kawazoe(HK)法计算(AC和BC700孔形采用狭缝孔，MWCNT孔形采用圆柱孔)。
生物碳腐殖酸复合物的表面酸性官能团含量用Boehm滴定法检测。Boehm滴定法认为氢氧化钠(pKa 15.74)可中和碳基材料表面的羧基、内酯基和酚羟基，碳酸钠(pKa 10.25)可中和碳基材料表面的羧基、内酯基，碳酸氢钠(pKa6.37)只中和羧基，根据3种碱与酸性官能团反应能力的不同，计算得到不同酸性官能团的含量。
滴定前取一定量制备的生物碳腐殖酸复合物样品在25℃条件下用浓度0.1mol/L的盐酸溶液平衡3天，过滤后用超纯水清洗数次至用硝酸银溶液检验无氯离子，80℃下真空干燥7天。取0.1g以上样品放入40mL的螺口玻璃瓶中，加入40mL浓度为0.005mol/L的氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠标准溶液，在旋转混匀仪上连续反应24小时，用PTFE滤膜过滤，精确量取10mL滤液，加入20mL去二氧化碳超纯水，以溴甲酚绿-甲基红(3:1)为指示剂，用浓度为0.005mol/L的盐酸标准溶液滴定滤液中尚未反应的碱液，由绿色变为暗红色，煮沸1min，冷却后继续滴定至溶液呈暗红色即为终点，同时做空白实验。
本发明实施例提供的改性生物炭为根据以上改性生物炭的制备方法获得的生物炭腐殖酸复合物。
综上，在本发明实施例提供的改性生物炭的制备方法及改性生物炭中，所述改性生物炭的制备方法包括：将生物质依次进行风干、干燥、热解、粉碎，以获得生物炭；制备腐殖酸溶液；将所述生物炭和所述腐殖酸溶液置入烧瓶，振荡所述烧瓶，使所述生物炭负载腐殖酸，振荡结束后滤除溶液获得生物炭腐殖酸复合物；对所述生物炭腐殖酸复合物进行解吸实验，以获得负载稳定的所述生物炭腐殖酸复合物。本发明提供的改性生物炭的制备方法，不使用强氧化剂或金属氧化物进行改性，避免使用化工产品改性而带来的环境污染隐患。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种改性生物炭的制备方法，其特征在于，包括：
将生物质依次进行风干、干燥、热解、粉碎，以获得生物炭；
制备腐殖酸溶液；
将所述生物炭和所述腐殖酸溶液置入烧瓶，振荡所述烧瓶，使所述生物炭负载腐殖酸，振荡结束后滤除溶液获得生物炭腐殖酸复合物；
对所述生物炭腐殖酸复合物进行解吸实验，以获得负载稳定的所述生物炭腐殖酸复合物。
2.根据权利要求1所述的改性生物炭的制备方法，其特征在于，所述生物炭的制备方法包括：将切成小块的木柴通风干燥2天，然后将所述木柴置于干燥箱中干燥12小时，再用铝箔纸严密包裹所述木柴置于马弗炉中恒温热解6小时，最后将热解后的所述木柴研磨粉碎过100目筛，获得所述生物炭。
3.根据权利要求1所述的改性生物炭的制备方法，其特征在于，制备所述腐殖酸溶液方法包括：配置浓度为100～400mg/L的所述腐殖酸溶液，用浓度为0.1mol/L盐酸溶液或浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液将所述腐殖酸溶液的pH值调整至6.0。
4.根据权利要求1所述的改性生物炭的制备方法，其特征在于，所述生物炭负载腐殖酸的方法包括：过滤所述生物炭腐殖酸复合物后的滤液用总有机碳分析仪测定总有机碳含量。
5.根据权利要求4所述的改性生物炭的制备方法，其特征在于，所述生物炭负载腐殖酸的方法包括：将所述生物炭和所述腐殖酸溶液置入烧瓶，振荡所述烧瓶后过滤，测定滤液的总有机碳含量，当所述滤液的总有机碳含量与所述腐殖酸溶液的总有机碳含量的偏差大于设定值，则将前一次过滤获得的固体物质和所述腐殖酸溶液置入烧瓶，振荡所述烧瓶后过滤，直至所述滤液的总有机碳含量与所述腐殖酸溶液的总有机碳含量的偏差小于设定值。
6.根据权利要求5所述的改性生物炭的制备方法，其特征在于，所述滤液的总有机碳含量与所述腐殖酸溶液的总有机碳含量的偏差设定值为1％。
7.根据权利要求1所述的改性生物炭的制备方法，其特征在于，用全自动物理吸附分析仪检测所述生物炭腐殖酸复合物的比表面积和孔结构。
8.根据权利要求1所述的改性生物炭的制备方法，其特征在于，用Boehm滴定法检测所述生物炭腐殖酸复合物的表面酸性官能团含量。
9.一种改性生物炭，其特征在于，所述改性生物炭为根据权利要求1～8任意一项所述的改性生物炭的制备方法获得的生物炭腐殖酸复合物。
CN202010058622.5A 2020-01-19 2020-01-19 一种改性生物炭的制备方法及改性生物炭 Pending CN111250050A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010058622.5A CN111250050A (zh) 2020-01-19 2020-01-19 一种改性生物炭的制备方法及改性生物炭

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010058622.5A CN111250050A (zh) 2020-01-19 2020-01-19 一种改性生物炭的制备方法及改性生物炭

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111250050A true CN111250050A (zh) 2020-06-09

Family

ID=70923721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010058622.5A Pending CN111250050A (zh) 2020-01-19 2020-01-19 一种改性生物炭的制备方法及改性生物炭

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111250050A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112724984A (zh) * 2021-01-18 2021-04-30 招商局生态环保科技有限公司 一种镉污染农用地土壤复合调理剂及其使用方法
CN115287076A (zh) * 2022-07-26 2022-11-04 同济大学 一种负载腐殖酸的生物炭及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108315016A (zh) * 2018-03-10 2018-07-24 湖南科技大学 一种用于重金属修复的多孔磁性腐植酸/生物炭颗粒及其制备方法
CN109225159A (zh) * 2018-10-29 2019-01-18 成都新柯力化工科技有限公司 一种用于污水处理的复合磁性材料的制备方法
CN110055079A (zh) * 2019-04-22 2019-07-26 陕西科技大学 一种土壤修复剂及其制备方法和应用
CN110052248A (zh) * 2019-05-08 2019-07-26 中国科学院城市环境研究所 一种铁锰腐殖酸改性生物炭及其制备方法与应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108315016A (zh) * 2018-03-10 2018-07-24 湖南科技大学 一种用于重金属修复的多孔磁性腐植酸/生物炭颗粒及其制备方法
CN109225159A (zh) * 2018-10-29 2019-01-18 成都新柯力化工科技有限公司 一种用于污水处理的复合磁性材料的制备方法
CN110055079A (zh) * 2019-04-22 2019-07-26 陕西科技大学 一种土壤修复剂及其制备方法和应用
CN110052248A (zh) * 2019-05-08 2019-07-26 中国科学院城市环境研究所 一种铁锰腐殖酸改性生物炭及其制备方法与应用

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KUN LUO ET AL.: "Enhanced ciprofloxacin removal by sludge-derived biochar: Effect of humic acid", 《CHEMOSPHERE》 *
PINJING HE ET AL.: "Removal of Copper (II) by Biochar Mediated by Dissolved Organic Matter", 《SCIENTIFIC REPORTS》 *
丁文川等: "腐殖酸对生物炭去除水中Cr(Ⅵ）的影响机制研究", 《环境科学》 *
汪华等: "腐殖酸对生物炭吸附四环素的影响", 《环境污染与防治》 *
王敬国: "《生物地球化学—物质循环与土壤过程》", 31 March 2017, 中国农业大学出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112724984A (zh) * 2021-01-18 2021-04-30 招商局生态环保科技有限公司 一种镉污染农用地土壤复合调理剂及其使用方法
CN115287076A (zh) * 2022-07-26 2022-11-04 同济大学 一种负载腐殖酸的生物炭及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111250050A (zh) 一种改性生物炭的制备方法及改性生物炭
Sun et al. Preparation of high performance H2S removal biochar by direct fluidized bed carbonization using potato peel waste
Vaughn et al. Chemical and physical properties of Paulownia elongata biochar modified with oxidants for horticultural applications
Tsai et al. A low cost adsorbent from agricultural waste corn cob by zinc chloride activation
Eibisch et al. Properties and degradability of hydrothermal carbonization products
GB2476819A (en) Method for preparing activated charcoal
Gonçalves et al. Micro mesoporous activated carbon from coffee husk as biomass waste for environmental applications
CN109647474A (zh) 一种氮掺杂碳材料、其制备和应用
CN113930416A (zh) 一种基于氢氧化钠和四氧化三铁晶体复合改性生物炭固定化漆酶的制备方法
CN113976166A (zh) 一种氮掺杂有序介孔炭催化剂的制备方法及应用
CN113828277A (zh) 一种改性生物炭及其制备方法和应用
KR101376278B1 (ko) 고온에서 탄화된 대두 짚 또는 땅콩 껍질로 부터 수득한 바이오 차를 이용하여 트라이클로로에틸렌을 흡착시키는 방법
Greish et al. Adsorption of phenol and 2, 4-dichlorophenol on carbon-containing sorbent produced from sugar cane bagasse
CN106006633B (zh) 一种三维宏观自支撑结构的多孔炭材料的制备方法
Tomassen et al. Development of floating rafts after the rewetting of cut-over bogs: the importance of peat quality
CN116116388A (zh) 一种生物炭/镁气凝胶珠除磷吸附剂的制备方法及其应用
CN113856628B (zh) 一种高效回收及脱附磷的金属修饰生物炭及其制备方法与应用
Santana et al. Activated carbon from bamboo (Bambusa vulgaris) waste using CO 2 as activating agent for adsorption of methylene blue and phenol
CN112808285B (zh) 一种非均相类芬顿催化剂及其制备方法和应用
CN112645328B (zh) 一种含氮多孔碳材料的制备方法及应用
CN101422737B (zh) 黄磷尾气脱磷专用催化剂tp201的制备方法
Li et al. Exploring on the optimal preparation conditions of activated carbon produced from solid waste produced from sugar industry and Chinese medicine factory
CN113750969A (zh) 一种单宁酸-生物质炭复合材料及其制备方法和应用
JP5177616B2 (ja) 活性炭の製造方法
Thérien et al. Production of GHG from the decomposition of in vitro inundated phytomass and soil

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200609

RJ01 Rejection of invention patent application after publication