一種鈣改性的生物炭及其制備方法與用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境功能材料和水處理新技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈣改性的生物炭及 其制備方法與用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 磷是植物生長(zhǎng)所需的一個(gè)基本營(yíng)養(yǎng)元素。然而，過度的磷排放會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生 嚴(yán)重的影響。它是近海海域、淡水湖泊和水庫(kù)等富營(yíng)養(yǎng)化的最主要的導(dǎo)致因素。因此，含磷 廢水排放之前的脫磷處理是非常必要的。目前廢水脫磷的技術(shù)有化學(xué)沉淀法、生物去除法、 吸附法和結(jié)晶技術(shù)等。其中，吸附法具有設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，價(jià)格低廉和高效等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí) 際的污水處理中已有應(yīng)用。但目前使用的吸附劑對(duì)磷的吸附效率有限且經(jīng)濟(jì)效益不高。同 時(shí)，吸附磷后的吸附劑的后續(xù)處理存在問題。研究開發(fā)新型的具有高吸附能力、高效率和低 價(jià)的吸附劑，就成為進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用吸附法處理含磷廢水的一個(gè)關(guān)鍵性科學(xué)技術(shù)問題。
[0003] 生物炭是農(nóng)作物秸桿、木質(zhì)生物質(zhì)、動(dòng)物糞便和固體廢物等生物質(zhì)，在厭氧條件 下，通過不同的熱處理過程，熱解產(chǎn)生的固體碳材料。生物炭施加到土壤中具有改良土壤， 提高肥力，和固碳的作用。同時(shí)，它具有比較廣泛可利用的原材料和適宜的物理化學(xué)性質(zhì)， 因此，也常被作為一種低價(jià)的吸附劑應(yīng)用于水體污染物的去除。生物炭吸附水體中的氮磷 等營(yíng)養(yǎng)元素以后，還可以作為一種緩慢釋放營(yíng)養(yǎng)元素的肥料和土壤改良劑。然而，生物炭對(duì) 水體中的磷元素的有限吸附能力，限制了生物炭在實(shí)際工程中應(yīng)用。鈣已經(jīng)在鈣-磷沉淀法 中廣泛應(yīng)用，通過將鈣負(fù)載到生物炭的表面，可以增加生物炭固定磷的位點(diǎn)，提高生物炭吸 附磷的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，通過簡(jiǎn)單、高效且 低價(jià)的鈣改性方法提高生物炭對(duì)磷的吸附能力，推動(dòng)生物炭的應(yīng)用和發(fā)展。
[0005] 本發(fā)明提出的一種鈣改性的生物炭的制備方法，是將鈣引入到生物炭的表面，這 樣制備的吸附劑可通過負(fù)載到生物炭表面的鈣，增加生物炭吸附固定磷的位點(diǎn)，具體步驟 如下：
[0006] (1)將生物質(zhì)原材料用去離子水清洗，然后在80°C下烘干24小時(shí)，將烘干后的生物 質(zhì)粉碎，并過2mm篩得到生物質(zhì)粉末；
[0007] (2)將適量的CaCl2 · 2H2〇加入到超純水中配置濃度為0.2mol/L的CaCl2溶液，再將 步驟(1)得到的一定質(zhì)量的生物質(zhì)粉末加入到該溶液中，保持溶液中CaCl 2 · 2H20質(zhì)量和生 物質(zhì)粉末加入量的比值為0.56,混合懸液以130轉(zhuǎn)/分鐘的速度在恒溫水浴振蕩箱中（26°C) 振蕩24小時(shí)得到生物質(zhì)懸液；
[0008] (3)將步驟(2)中得到的生物質(zhì)懸液真空抽濾，用去離子水清洗三遍，然后放置于 烘箱中，在90°C下烘24小時(shí)得到負(fù)載鈣離子的干燥生物質(zhì)粉末；
[0009] (4)將步驟(3)中得到的負(fù)載鈣離子的干燥生物質(zhì)粉末放入管式氣氛爐中熱解燒 制，熱解過程中保持氣氛爐的石英管密封，同時(shí)向管內(nèi)以400mL/min的流速通入N2，以此來(lái) 保持整個(gè)熱解過程的厭氧條件，管式爐的升溫程序設(shè)定為:從室溫以7°C/min的升溫速率加 熱上升到500°C，并在此溫度條件下持續(xù)熱解2小時(shí)，然后開始自然降溫過程，在降溫過程中 保持N 2以相同流速持續(xù)通入，冷卻到室溫后取出即得到所述鈣改性的生物炭。
[0010] 述制備方法中，制備的順序是先將生物質(zhì)粉末浸入到鈣離子水溶液中加載鈣離 子，再制備負(fù)載鈣離子的干燥生物質(zhì)粉末，最后通過管式氣氛爐在N 2氛圍下將負(fù)載鈣離子 的干燥生物質(zhì)粉末熱解得到所述產(chǎn)品。
[0011] 上述制備原料中，生物炭的原材料選用2mm過篩得到的生物質(zhì)粉末。
[0012] 上述制備方法中，負(fù)載鈣以后的生物質(zhì)粉末必須在烘箱中90°C下烘干24小時(shí)，以 保證進(jìn)入管式爐中熱解之前的干燥狀態(tài)。
[0013] 上述制備方法中，管式爐的升溫速率為7°C/min，最高溫度為500°C，并在此溫度條 件下持續(xù)熱解2小時(shí)。
[0014] 利用本發(fā)明方法制備得到的鈣改性生物炭去除廢水中的磷。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0016] 1.生物炭的原料來(lái)源廣泛，且價(jià)格低廉，主要原料為農(nóng)作物秸桿、木質(zhì)生物質(zhì)、動(dòng) 物糞便和固體廢物等;使用的化學(xué)藥品CaCl 2 · 2H20是常用的化工產(chǎn)品。
[0017] 2.本發(fā)明的鈣改性生物炭的制備工藝及操作簡(jiǎn)單，制備快速，生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品回 收率高，不需要特殊的化工設(shè)備，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0018] 3.產(chǎn)品無(wú)毒，對(duì)環(huán)境友好。
[0019] 4.本發(fā)明的鈣改性生物炭對(duì)磷的去除效率高。
[0020] 5.生物炭吸附磷以后可作為一種緩慢釋放營(yíng)養(yǎng)元素的肥料和土壤改良劑。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的鈣改性生物炭的掃描電鏡示意圖；
[0022] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的鈣改性生物炭的粒徑分布示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024] 實(shí)施例1:
[0025] -種本發(fā)明所述的鈣改性的生物炭的制備，生物炭原材料選用去掉葉子和皮的苧 麻桿，具體制備方法如下：
[0026]將去掉葉子和皮的苧麻桿用去離子水清洗，然后在80°C下烘干24小時(shí)，將烘干后 的苧麻桿粉碎，并過2mm篩得到苧麻桿生物質(zhì)粉末;將5.6g的CaCl2 · 2H20加入到200mL的超 純水中，再將10.0 g苧麻桿生物質(zhì)粉末加入到該溶液中，混合懸液以130轉(zhuǎn)/分鐘的速度在恒 溫水浴振蕩箱中（26°C)振蕩24小時(shí)得到苧麻生物質(zhì)懸液；
[0027]將得到的懸液真空抽濾，用去離子水清洗三遍，然后放置于烘箱中，在90°C下烘24 小時(shí)得到負(fù)載鈣離子的干燥苧麻生物質(zhì)粉末;然后，將負(fù)載鈣離子的干燥苧麻粉末放入管 式氣氛爐中熱解燒制，熱解過程中保持氣氛爐的石英管密封，同時(shí)向管內(nèi)以400mL/min的流 速通入N 2，以此來(lái)保持整個(gè)熱解過程的厭氧條件，管式爐的升溫程序設(shè)定為:從室溫以7°C/ min的升溫速率加熱上升到500°C，并在此溫度條件下持續(xù)熱解2小時(shí)，然后開