CN114409065B - 复合碳源材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及污水处理技术领域，提供了一种复合碳源材料，其具有核壳结构，包括内核和包覆在内核表面的外壳层；其中，内核的材料包括释碳原料和粘合剂，外壳层的材料包括生物蜡和反硝化促进剂。本申请提供的复合碳源材料具有核壳结构，因此机械强度高，结构稳定性好，易于投放和回收。通过含有生物蜡的外壳层包覆在含有释碳原料和粘合剂的内核表面，外壳层能起到很好的缓释作用，使该复合碳源材料释放碳源的持久性和稳定性好，能避免释碳原料直接投放时产生悬浮物、色度和浊度偏高的问题，还可避免释碳原料在浸泡时发生扩散、软化等问题，不会对水质造成二次污染。反硝化促进剂可以加强对硝酸盐的吸附，促进反硝化反应，能够进行高效生物脱氮。

Description

复合碳源材料及其制备方法
技术领域
本申请属于污水处理技术领域，尤其涉及一种复合碳源材料及其制备方法。
背景技术
生活污水和工业废水的大量排放，农用化肥的过度使用等因素加速了地表水与地下水的硝酸盐污染与富营养化，亟需对污染水体进行脱氮处理。生物脱氮具有高效低耗、环境友好等特点，是一种广泛应用的污水处理技术。硝化反应和反硝化反应是生物脱氮过程的关键环节，在反硝化反应中，异养反硝化细菌以有机碳源为电子供体，将亚硝酸盐氮或硝酸盐氮转化为氮气。碳源是反硝化反应的关键控制因素。然而，河湖类地表水、污水厂二级出水及人工湿地系统等常见水体中的碳氮比较低，使硝化反应和反硝化反应难以达到平衡，需要额外投加碳源来补给反硝化过程，加强生物脱氮作用。目前常规的碳源有甲醇、乙醇、乙酸等小分子有机物，蔗糖、葡萄糖等糖类和乙酸钠等，这些液相或高溶解性碳源易于被微生物分解利用。但是，甲醇毒性较大；乙醇、甲酸、乳酸等运行成本较高，且出水有机碳含量容易超标，蔗糖和葡萄糖的大分子容易阻塞管道，且反硝化效率较低，容易造成亚硝酸盐积累；乙酸钠在使用过程中容易积累亚硝酸盐，且其产泥量较高。此外，这些碳源还需要复杂的投加控制系统，投加过量会增加运行成本和出水有机物，投加不足则会使反硝化不完全。
综上所述，常规碳源缺陷较多，植物类生物质材料、可生物降解高分子类材料和生物质复合高分子类材料等固态缓释碳源材料得到了众多关注，正逐步替代传统碳源，是目前水处理产业领域的一个重要发展方向。植物类碳源价廉、易得、绿色无害且有机质含量高，可同时作为碳源和微生物载体，具有碳源缓释和后续管理方便的特点。然而，植物类材料在使用初期的悬浮物、色度、浊度均偏高，在浸泡后期易软化导致堵塞，且其释碳的稳定性和持久性较差，需要对以上问题进行对应处理，以减少二次污染并延长释碳周期。
近年来，有研究将天然植物类材料与可生物降解高分子材料或塑形粘结无机材料、高渗透性多孔无机材料等材料复合，以期获得具有较低制备成本、较长释碳周期和较高机械强度等多维优势的复合缓释碳源材料。所用的高分子材料包括聚乳酸、聚乙烯醇、聚己内酯、聚丁二酸丁二酯等，所用的无机材料包括硅酸盐水泥、凹凸棒土、矿渣、沸石、硅藻土等。这些复合缓释碳源材料能够在一定程度上弥补生物质的天然劣势，提升缓释碳源材料的应用表现。然而人工合成高分子材料成本较高、制备过程较为复杂，且营养成分单一，往往需要投加微量元素才能满足微生物的生长代谢需求。多孔无机材料成本较低，但无释碳能力，且往往需要大量添加碳源以达到维持碳源结构完整性的目的，其使用降低了缓释碳源的单位释碳性能，影响了缓释碳源的使用效率。
因此，目前亟需开展新型缓释碳源的研究工作。
发明内容
本申请的目的在于提供一种复合碳源材料及其制备方法，旨在解决现有的脱氮碳源材料存在释碳的稳定性和持久性差的问题。
为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
第一方面，本申请提供一种复合碳源材料，复合碳源材料具有核壳结构，包括内核和包覆在内核表面的外壳层；
其中，内核的材料包括释碳原料和粘合剂，外壳层的材料包括生物蜡和反硝化促进剂。
第二方面，本申请提供一种复合碳源材料的制备方法，包括以下步骤：
提供本申请所述的复合碳源材料中的释碳原料、粘合剂、生物蜡以及反硝化促进剂；
将释碳原料和粘合剂进行混合造粒，形成内核；
将生物蜡和反硝化促进剂进行混合处理，得到混合液；
将内核加到混合液中进行浸渍包覆处理，包覆层固化后在内核表面生成外壳层，得到复合碳源材料。
与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：
本申请第一方面提供的复合碳源材料具有核壳结构，因此机械强度高，结构稳定性好，易于投放和回收。通过含有生物蜡的外壳层包覆在含有释碳原料和粘合剂的内核表面，外壳层能起到很好的缓释作用，使该复合碳源材料释放碳源的持久性和稳定性好，能避免释碳原料直接投放时产生悬浮物、色度和浊度偏高的问题，还可以避免释碳原料在浸泡时发生扩散、软化等问题，不会对水质造成二次污染。反硝化促进剂可以加强对硝酸盐的吸附，促进反硝化反应，从而能够进行高效生物脱氮。此外，含有生物蜡的外壳层的表面光滑度高，水阻系数小，不短流无扰流。
本申请第二方面提供的复合缓释碳源材料的制备方法，通过将释碳原料和天然粘合剂进行混合造粒，形成内核，将生物蜡和反硝化促进剂进行混合处理，得到混合液，然后将内核加到混合液中进行浸渍包覆处理，包覆层固化后得到缓释碳源材料。因此，制备工艺简单，且所采用制备原料包括释碳原料、天然粘合剂、生物蜡以及反硝化促进剂均为天然可再生材料，生产成本低。另外，这些原料均能为微生物提供碳源与其他营养成分，具有天然高效、物尽其用的特点，经济和社会价值大。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的复合碳源材料的核壳结构示意图；
图2是本申请实施例1提供的复合碳源材料在52天浸泡周期内的释碳曲线图；
图3是本申请实施例2提供的复合碳源材料在52天浸泡周期内的释碳曲线图；
图4是本申请实施例提供的复合碳源材料的制备流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地，本申请实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XX也可以被称为第二XX，类似地，第二XX也可以被称为第一XX。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
本申请实施例第一方面提供一种复合碳源材料，复合碳源材料具有核壳结构，包括内核和包覆在内核表面的外壳层；
其中，内核的材料包括释碳原料和粘合剂，外壳层的材料包括生物蜡和反硝化促进剂。
本申请实施例提供的复合碳源材料具有核壳结构，通过含有生物蜡的外壳层包覆在含有释碳原料和粘合剂的内核表面，外壳层具有较高的机械强度，能够保证复合碳源材料的结构完整性，此外外壳层能起到很好的缓释作用，从而使该复合碳源材料释放碳源的持久性和稳定性好，能避免释碳原料直接投放时产生悬浮物、色度和浊度偏高的问题，且该复合碳源材料能够长时间浸泡而不破裂，不会对水质造成二次污染。反硝化促进剂可以加强对硝酸盐的吸附，促进反硝化反应，从而能够提高生物脱氮效率。此外，含有生物蜡的外壳层的表面光滑度高，水阻系数小，不短流无扰流。
在实施例中，复合碳源材料的内核和外壳层的质量比为(2.5-6.0)：1。在本申请实施例提供的内核和外壳层的质量比范围内，复合碳源材料的释碳速度大小合适，其释放碳源的持久性和稳定性好。具体内核和外壳层的质量比可以为但不限于2.5：1，3：1，4：1，5：1，6：1。
在实施例中，复合碳源材料的内核的粒径为0.5-2.5cm。在本申请实施例提供的内核的粒径范围内，复合碳源材料的释碳速度大小合适，其释放碳源的持久性和稳定性好。具体内核的粒径可以为但不限于0.5cm，1cm，1.5cm，2cm，2.5cm。
在实施例中，复合碳源材料的外壳层的厚度为0.1-0.25cm。在本申请实施例提供的外壳层的厚度范围内，复合碳源材料的释碳速度大小合适，其释放碳源的持久性和稳定性好。具体外壳层的厚度可以为但不限于0.1cm，0.15cm，0.2cm，0.25cm。
在实施例中，复合碳源材料的粒径为0.7-3.0cm。在本申请实施例提供的复合碳源材料的粒径范围内，复合碳源材料的释碳速度大小合适，其释放碳源的持久性和稳定性好。具体复合碳源材料的粒径为0.7cm，1cm，1.5cm，2cm，2.5cm，3cm。
在实施例中，释碳原料与粘合剂的质量比为(3-5)：(5-7)。在本申请实施例提供的释碳原料与粘合剂的质量比范围内，能使形成的内核具有较高的粘合度，易维持复合碳源材料的结构完整性，能使复合碳源材料的释放碳源持久性和稳定性好。具体释碳原料与粘合剂的质量比可以为但不限于3：5，3：6，3：7，4：5，4：6，4：7，5：5，5：6，5：7。
在实施例中，生物蜡与反硝化促进剂的质量比为(7-8)：(2-3)。在本申请实施例提供的生物蜡与反硝化促进剂的质量比范围内，能使形成的外壳层具有较高的机械强度，有利于维持复合碳源材料的结构完整性，使其长时间浸泡而不碎裂，不会对水质造成二次污染。具体生物蜡与反硝化促进剂的质量比可以为但不限于7：2，7：3，8：2，8：3。本申请实施例通过在生物蜡中添加含有金属改性生物炭的反硝化促进剂，能够增强外壳层的通透性，促进外壳层的内外传质，且金属成分可以改变外壳层的表面电荷，能加强对硝酸盐的吸附作用，促进反硝化反应。而在生物蜡中添加含有硫粉的反硝化促进剂，可以为自养反硝化反应提供电子，配合异养反硝化作用，能够进行高效生物脱氮。
在实施例中，释碳原料过80-100目；反硝化促进剂过低于100目。在本实施例提供的释碳原料和反硝化促进剂的目数范围内，复合碳源材料的核壳结构的粘合性好，有利于维持结构的完整性，能使复合碳源材料的释放碳源持久性和稳定性好。具体释碳原料可以过但不限于80目，90目，100目。具体反硝化促进剂过80-100目，在具体的实施例中，反硝化促进剂可以过但不限于80目，90目，100目。
在实施例中，释碳原料为碱改性处理的农业废弃物材料。通过对农业废弃物材料进行碱改性处理，能促进农业废弃物材料释放碳源。具体碱改性处理的农业废弃物材料可以为但不限于碱改性处理的玉米芯，碱改性处理的花生壳，碱改性处理的芦苇，碱改性处理的稻草中的至少一种。生物蜡包括棕榈蜡、木蜡、亚麻蜡、蜂蜡、羊毛蜡中的至少一种。具体生物蜡可以为棕榈蜡，木蜡，亚麻蜡，亚麻蜡，蜂蜡，羊毛蜡中的任意一种或两种以上混合。粘合剂包括糯米粉和水。反硝化促进剂包括金属改性生物炭、硫磺中的至少一种。反硝化促进剂中所含的金属改性生物炭中的金属元素起到调节碳源表面电荷的作用，能够促进硝酸盐的吸附与去除，所含的硫磺使复合碳源材料的外壳中的硫可以为自养反硝化细菌还原硝酸盐的过程提供电子供体，从而与异养反硝化过程相配合，共同促进硝酸盐的去除，可进一步提升生物脱氮效率。具体反硝化促进剂可以为金属改性生物炭，可以为硫磺，还可以为金属改性生物炭和硫磺。其中，金属改性生物炭可以是铁、镁、锰、镍、钼中的任意一种金属改性生物炭。具体金属改性生物炭可以为铁改性生物炭。本申请实施例的复合碳源材料采用农业废弃物材料、糯米粉、生物蜡以及生物炭作为原材料，均为可再生材料，能为微生物提供碳源和其他营养物质，材料成本较低，可利用率高，能够促进异养反硝化过程的进行，具有很大的经济和社会价值。
本申请实施例第二方面提供一种复合碳源材料的制备方法，包括以下步骤：
S10：提供本申请所述的复合碳源材料中的释碳原料、粘合剂、生物蜡以及反硝化促进剂；
S20：将释碳原料和粘合剂进行混合造粒，形成内核；
S30：将生物蜡和反硝化促进剂进行混合处理，得到混合液；
S40：将内核加到混合液中进行浸渍包覆处理，包覆层固化后在内核表面生成外壳层，得到复合碳源材料。
本申请实施例提供的复合缓释碳源材料的制备方法，通过将释碳原料和天然粘合剂进行混合造粒，形成内核，将生物蜡和反硝化促进剂进行混合处理，得到混合液，然后将内核加到混合液中进行浸渍包覆处理，包覆层固化后得到缓释碳源材料。因此，制备工艺简单，且所采用制备原料包括释碳原料、天然粘合剂、生物蜡以及反硝化促进剂均为天然可再生材料，生产成本低。另外，这些原料均能为微生物提供碳源与其他营养成分，具有天然高效、物尽其用的特点，经济和社会价值大。
在步骤S10中，释碳原料的制备方法包括：将农业废弃物材料加入碱性溶液中进行第一浸泡处理，然后依次进行清洁处理和干燥处理，得到释碳原料。其中，第一浸泡处理的时间为3-12h。本申请实施例通过采用碱性溶液对农业废弃物材料进行浸泡处理，可以促进农业废弃物材料释放碳源。具体第一浸泡处理的时间可以为但不限于3h，5h，7h，9h，12h。碱性溶液可以为氢氧化钠，还可以为氢氧化钾。
在具体实施例中，释碳原料的制备方法，包括：将农业废弃物材料加入质量浓度为1％的氢氧化钠溶液中浸泡3h，过滤取出，然后清洗3-5遍至pH呈中性，60℃烘干，得到释碳原料。
粘合剂的制备方法包括：按照1：(6-8)的质量比，将糯米粉和水进行混合处理和加热处理，得到粘合剂。其中，加热处理的条件包括：温度为90-100℃，时间为20-30min。具体糯米粉和水的质量比可以为但不限于1：6，1：7，1：8。加热温度可以为但不限于90℃，95℃，100℃。加热时间可以为但不限于20min，25min，30min。
反硝化促进剂的制备方法包括：将竹块或木块加入金属盐溶液中进行第二浸泡处理，烘干后，依次进行碳化处理和粉碎处理，得到金属改性生物炭；金属改性生物炭与硫磺进行混合处理，得到反硝化促进剂。通过本申请实施例提供的制备方法得到的反硝化促进剂，由于含有金属改性生物炭，能够增强所形成的外壳层的通透性，促进外壳层的内外传质，且金属成分可以改变外壳层的表面电荷，能加强对硝酸盐的吸附作用，促进反硝化反应。由于还含有硫粉，可以为自养反硝化反应提供电子，配合异养反硝化作用，能够进行高效生物脱氮。其中，金属盐溶液可以为铁、镁、锰、镍、钼中任意一种金属对应的可溶性金属盐(如金属氯化物)形成的水溶液。具体金属盐溶液可以为氯化铁溶液。在实施例中，碳化处理的条件包括：碳化温度为250-500℃，碳化时间为2.5-3.5h。具体碳化温度可以为但不限于250℃，300℃，400℃，500℃，碳化时间可以为但不限于2.5h，3h，3.5h。
在具体的实施例中，将竹块或木块加入浓度为1.0-2.0mol/L的氯化铁溶液浸泡8-30h，过滤取出，60℃烘干，在250℃的温度下碳化2.5h，粉碎至100目以下，得到铁改性生物炭，然后将铁改性生物炭与硫磺混匀，得到反硝化促进剂。
在步骤S40之后，该制备方法还包括对复合碳源材料表面进行扎孔处理的步骤。本申请实施例通过在复合碳源材料表面扎适量孔，可以促进碳源释放。其中，孔径的直径为0.5-0.7mm。具体孔径的直径可以为但不限于0.5mm，0.6mm，0.7mm。
下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
本实施例提供一种复合碳源材料及其制备方法。
一、一种复合碳源材料，具有核壳结构，包括内核和包覆在内核表面的外壳层；
其中，内核的粒径为0.5cm，外壳层的厚度为0.1cm，复合碳源材料的粒径为0.7cm，内核与外壳层的质量比为2.5：1；
内核的材料包括质量比为3：7的碱处理玉米芯和粘合剂，外壳层的材料包括质量比为8：2的蜂蜡和铁改性生物炭。
二、一种复合碳源材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备释碳原料；
将玉米芯粉碎成80目的颗粒，加入质量浓度为1.5％的氢氧化钠溶液中浸泡10h，过滤，清洗3遍至pH呈中性，60℃烘干。
S2：制备粘合剂；
按照1：6的质量比，将糯米粉和水混匀，在90℃下加热30min，得到粘合剂。
S3：制备内核；
将释碳原料和粘合剂混合造粒，形成内核。
S4：制备铁改性生物炭；
将木块洗净，置于1.5mol/L的氯化铁溶液中浸泡24h，过滤，在60℃的温度下烘干，在350℃的温度下碳化3h，破碎至100目以下，得到铁改性生物炭。
S5：将蜂蜡加热至55℃并保持这一温度，加入铁改性生物炭，搅拌0.5h至混合均匀，得到混合液；
S6：将内核加到混合液中浸泡5s后捞出，置于室温水中冷却固化，取出擦干，得到复合碳源材料；使用直径为0.5mm的大头针在复合碳源材料的表面扎适量孔洞。
实施例2
本实施例提供一种复合碳源材料及其制备方法。
一、一种复合碳源材料，具有核壳结构，包括内核和包覆在内核表面的外壳层；
其中，内核的粒径为1.2cm，外壳层的厚度为0.15cm，复合碳源材料的粒径为1.5cm，内核与外壳层的质量比为4.3：1；
内核的材料包括质量比为3.5：6.5的碱处理玉米芯和粘合剂，外壳层的材料包括质量比为7.5：1.5：1的蜂蜡和铁改性生物炭和硫粉。
二、一种复合碳源材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备释碳原料；
将玉米芯、花生壳、稻草以1：1：1的质量比混合并粉碎成80目的颗粒，加入质量浓度为2％的氢氧化钠溶液中浸泡8h，过滤，清洗3遍至pH呈中性，60℃烘干。
S2：制备粘合剂；
按照1：7的质量比，将糯米粉和水混匀，在90℃下加热30min，得到粘合剂。
S3：制备内核；
将释碳原料和粘合剂混合造粒，形成内核。
S4：制备铁改性生物炭；
将木块洗净，置于2mol/L的氯化铁溶液中浸泡24h，过滤，在60℃的温度下烘干，在300℃的温度下碳化3h，破碎至100目以下，得到铁改性生物炭。
S5：将蜂蜡加热至58℃并保持这一温度，加入铁改性生物炭和硫粉，搅拌0.5h至混合均匀，得到混合液；
S6：将内核加到混合液中浸泡5s后捞出，置于室温水中冷却固化，取出擦干，得到复合碳源材料；使用直径为0.6mm的大头针在复合碳源材料的表面扎适量孔洞。
实施例3
本实施例提供一种复合碳源材料及其制备方法。
一、一种复合碳源材料，具有核壳结构，包括内核和包覆在内核表面的外壳层；
其中，内核的粒径为2.5cm，外壳层的厚度为0.25cm，复合碳源材料的粒径为3cm，内核与外壳层的质量比为6：1；
内核的材料包括质量比为3.8：6.2的碱处理玉米芯和粘合剂，外壳层的材料包括质量比为7.5：1.7：0.8的蜂蜡和镁改性生物炭和硫粉。
二、一种复合碳源材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备释碳原料；
将玉米芯、花生壳以1：1的质量比混合并粉碎成80目的颗粒，加入质量浓度为1％的氢氧化钾溶液中浸泡12h，过滤，清洗3遍至pH呈中性，60℃烘干。
S2：制备粘合剂；
按照1：8的质量比，将糯米粉和水混匀，在90℃下加热30min，得到粘合剂。
S3：制备内核；
将释碳原料和粘合剂混合造粒，形成内核。
S4：制备铁改性生物炭；
将木块洗净，置于1.5mol/L的氯化镁溶液中浸泡24h，过滤，在60℃的温度下烘干，在400℃的温度下碳化3h，破碎至100目以下，得到镁改性生物炭。
S5：将蜂蜡加热至55℃并保持这一温度，加入镁改性生物炭和硫粉，搅拌0.5h至混合均匀，得到混合液；
S6：将内核加到混合液中浸泡5s后捞出，置于室温水中冷却固化，取出擦干，得到复合碳源材料；使用直径为0.7mm的大头针在复合碳源材料的表面扎适量孔洞。
性能测试：
取3个锥形瓶，在每个锥形瓶中加入1L蒸馏水，分别将实施例1-3提供的复合碳源材料的10颗球体加入每个锥形瓶中，将锥形瓶置于恒温震荡培养箱中，温度保持在24℃，震荡频率为100转/min，震荡24h后，取液测试COD浓度。取液后补充蒸馏水至1L，然后将锥形瓶放回恒温震荡培养箱中，此后每隔24h测试COD浓度。
图2、图3分别为实施例1、实施例2提供的复合碳源材料在52天浸泡周期内的释碳曲线图；从图2可以看出，复合碳源材料在52天的释碳周期中，其释碳速率较为稳定，且累计释碳量稳步增加，COD日均释放值为71mg。从图3可以看出，复合碳源材料在52天的释碳周期中，其释碳速率较为稳定，且累计释碳量稳步增加，COD日均释放值为74mg。说明本申请实施例提供的复合碳源材料的释放碳源的稳定性和持久性好。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合碳源材料，其特征在于，所述复合碳源材料具有核壳结构，包括内核和包覆在所述内核表面的外壳层；
其中，所述内核的材料由释碳原料和粘合剂组成，所述外壳层的材料由生物蜡和反硝化促进剂组成；
所述内核和所述外壳层的质量比为（2.5-6.0）：1；
所述释碳原料与所述粘合剂的质量比为（3-5）：（5-7）；
所述释碳原料为碱改性处理的农业废弃物材料；
所述粘合剂由糯米粉和水组成。
2.如权利要求1所述的复合碳源材料，其特征在于，所述内核的粒径为0.5-2.5cm；和/或
所述外壳层的厚度为0.1-0.25cm；和/或
所述复合碳源材料的粒径为0.7-3.0cm。
3.如权利要求2所述的复合碳源材料，其特征在于，所述生物蜡与所述反硝化促进剂的质量比为（7-8）：（2-3）。
4.如权利要求1所述的复合碳源材料，其特征在于，所述释碳原料过80-100目；和/或
所述反硝化促进剂过低于100目。
5.如权利要求1-4任一项所述的复合碳源材料，其特征在于，所述生物蜡包括棕榈蜡、木蜡、亚麻蜡、蜂蜡、羊毛蜡中的至少一种；和/或
所述反硝化促进剂包括金属改性生物炭、硫磺中的至少一种。
6.一种复合碳源材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供权利要求1-5任一项所述的复合碳源材料中的所述释碳原料、所述粘合剂、所述生物蜡以及所述反硝化促进剂；
将所述释碳原料和所述粘合剂进行混合造粒，形成所述内核；
将所述生物蜡和所述反硝化促进剂进行混合处理，得到混合液；
将所述内核加到所述混合液中进行浸渍包覆处理，包覆层固化后在所述内核表面生成所述外壳层，得到所述复合碳源材料。
7.如权利要求6所述的复合碳源材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括对所述复合碳源材料表面进行扎孔处理的步骤；
其中，所述孔的直径为0.5-0.7mm。
8.如权利要求6-7任一项所述的复合碳源材料的制备方法，其特征在于，所述释碳原料的制备方法包括：将农业废弃物材料加入碱性溶液中进行第一浸泡处理，然后依次进行清洁处理和干燥处理，得到所述释碳原料；和/或
所述粘合剂的制备方法包括：按照1：（6-8）的质量比，将糯米粉和水进行混合处理和加热处理，得到所述粘合剂；和/或
所述反硝化促进剂的制备方法包括：将竹块或木块加入金属盐溶液中进行第二浸泡处理，烘干后，依次进行碳化处理和粉碎处理，得到金属改性生物炭；
所述金属改性生物炭与硫磺进行混合处理，得到所述反硝化促进剂。
9.如权利要求8所述的复合碳源材料的制备方法，其特征在于，所述第一浸泡处理的时间为3-12h；和/或
所述加热处理的条件包括：温度为90-100℃，时间为20-30min。
10.如权利要求8所述的复合碳源材料的制备方法，其特征在于，将竹块或木块加入金属盐溶液中进行第二浸泡处理的方法包括：将竹块或木块加入浓度为1.0～2.0mol/L的氯化铁溶液浸泡8-30h；和/或
所述碳化处理的条件包括：碳化温度为250-500℃，碳化时间为2.5-3.5h。
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