一种基于人工腐殖酸活化镁改性生物炭的方法和其在修复土壤或水体中锌和镉的应用

本发明属于重金属吸附领域，具体涉及一种基于人工腐殖酸活化镁改性生物炭的方法和其在修复土壤或水体中锌和镉的应用。

背景技术：

1、随着采矿、冶金和农业生产实践，大量重金属污染物被释放到水环境和陆地环境中，不可避免地造成重金属污染。过量的重金属不仅会抑制作物和水产品的生长，而且由于其流动性、累积性和不可降解性，在食物链中会不断放大，最终对人类健康构成威胁。因此，修复水体和土壤中的重金属污染具有重要意义。目前生物炭由于其制备材料容易获取，制备过程简单的特点被广泛应用于重金属吸附和固定过程。但由于未改性生物炭吸附位点有限，离子交换能力差，吸附效果总体有限，一般不能有效去除高浓度重金属污染。因此，对改性生物炭的研究成为人们关注的热点。生物炭的改性一般分为物理改性和化学改性。常用的化学改性方法有酸碱改性、官能团改性和金属氧化物改性。在生物炭的金属改性中，通常以富含碱金属的生物质为原料或添加碱金属离子以增强生物炭的离子交换和络合能力。但往往只进行金属改性生物炭其稳定不佳，吸附量也受到限制，需要进一步优化制备工艺。

2、同时随着我国粮食生产产量的逐年增加，农业废弃物的产量也随之加大，合理利用农业废弃资源达到以废治废的效果具有巨大的研究潜力。通过水热反应将农业废弃物合成的人工腐殖酸，其含有丰富的官能团，包括羰基、酚羟基和羧基，其多种独特的物理和化学性质，有利于重金属的络合和阳离子交换能力。本发明中通过将人工腐殖酸和来源于作物秸秆的生物炭相结合，可以有效的提升材料的吸附和修复性能，有望实现去除废水和土壤中重金属的双重功能。

技术实现思路

1、本发明的目的是要解决现有方法使用金属氧化物改性生物炭存在吸附效果差，材料稳定性能不佳的问题，本发明通过合成过程的优化设计，提出一种基于人工腐殖酸活化镁改性生物炭的方法和其在修复土壤或水体中锌和镉的应用。

2、本发明通过等温线实验、动力学实验和表征实验考察了人工腐殖酸活化前后镁改性生物炭的吸附性能。因此提出在对镁改性生物炭进行人工腐殖酸活化后，提高了材料的稳定性和增加了吸附位点，大幅提升材料的吸附和修复效果。实现了使用废弃生物质为原料治理重金属污染的方案，为实际应用提供了一种绿色、安全的修复剂。

3、一种基于人工腐殖酸活化镁改性生物炭的方法，具体是按以下步骤完成的：

4、一、制备镁改性生物炭：

5、对废弃生物质进行粉碎，然后过筛，将过筛后的废弃生物质与氯化镁溶液进行混合并调节溶液的ph值，搅拌一段时间，再烘干，得到烘干后的混合物；对烘干后的混合物进行热解，得到镁改性生物炭；

6、二、将镁改性生物炭和人工腐殖酸koh溶液混合，搅拌一段时间，再放入管式炉中热解，得到基于人工腐殖酸活化镁改性生物炭。

7、本发明的有益效果：

8、1、本发明中所用的原料来源于获取简单的废弃生物质，经济环保，操作过程简单易于推广应用；

9、2、本发明制备的基于人工腐殖酸活化镁改性生物炭相对于未改性生物炭和镁改性生物炭来说具有更大的比表面积，表面更多的活性位点，由于其独特的理化性质可以实现对土壤和水体中锌和镉的高效吸附；

10、3、本发明修复过程简单高效，修复成本低，环境不良影响小，有利于推广应用。

技术特征：

1.一种基于人工腐殖酸活化镁改性生物炭的方法，其特征在于所述方法具体是按以下步骤完成的：

2.根据权利要求1所述的一种基于人工腐殖酸活化镁改性生物炭的方法，其特征在于步骤一中所述的废弃生物质为稻秸秆、大豆秸秆或玉米秸秆。

3.根据权利要求1所述的一种基于人工腐殖酸活化镁改性生物炭的方法，其特征在于步骤一中所述的氯化镁溶液的浓度为2mol l-1～3mol l-1；步骤一中将过筛后的废弃生物质与氯化镁溶液进行混合并调节溶液的ph值为4。

4.根据权利要求1所述的一种基于人工腐殖酸活化镁改性生物炭的方法，其特征在于步骤一中所述的氯化镁溶液与废弃生物质的质量比为8:1；步骤一中所述的烘干的温度为80℃～90℃。

5.根据权利要求1所述的一种基于人工腐殖酸活化镁改性生物炭的方法，其特征在于步骤一中所述的搅拌的时间为8h～12h，搅拌的速度为150rmin-1～200rmin-1；步骤一中对废弃生物质进行粉碎，然后过筛，得到过筛后的废弃生物质。

6.根据权利要求1所述的一种基于人工腐殖酸活化镁改性生物炭的方法，其特征在于步骤一中所述的热解的工艺为：热解在管式炉中进行，在氮气气氛保护下，以5℃min-1～10℃min-1的升温速率从室温升温至400℃～600℃，在400℃～600℃下保持1.5h～2h，再自然冷却至室温。

7.根据权利要求1所述的一种基于人工腐殖酸活化镁改性生物炭的方法，其特征在于步骤二中所述的人工腐殖酸koh溶液的制备方法为：将0.1g～0.5g人工腐殖酸溶解到浓度为0.1mol l-1的koh溶液中，得到人工腐殖酸koh溶液。

8.根据权利要求1所述的一种基于人工腐殖酸活化镁改性生物炭的方法，其特征在于步骤二中所述的镁改性生物炭的质量与人工腐殖酸koh溶液的体积比为(5g～6g):(100ml～200ml)。

9.根据权利要求1所述的一种基于人工腐殖酸活化镁改性生物炭的方法，其特征在于步骤二中所述的搅拌的时间为8h～12h，搅拌的速度为150rmin-1～200rmin-1；步骤二中所述的热解的工艺为：在氮气气氛保护下，以5℃min-1～10℃min-1的升温速率从室温升温至500℃～600℃，在500℃～600℃下热解2h～3h。

10.如权利要求1所述的制备方法制备的基于人工腐殖酸活化镁改性生物炭的应用，其特征在于基于人工腐殖酸活化镁改性生物炭用于修复土壤或水体中的锌和镉。

技术总结
一种基于人工腐殖酸活化镁改性生物炭的方法和其在修复土壤或水体中锌和镉的应用，它属于重金属吸附领域。本发明的目的是要解决现有方法使用金属氧化物改性生物炭存在吸附效果差，材料稳定性能不佳的问题。方法：一、制备镁改性生物炭；二、将镁改性生物炭和人工腐殖酸KOH溶液混合，搅拌一段时间，再放入管式炉中热解，得到基于人工腐殖酸活化镁改性生物炭。本发明制备的基于人工腐殖酸活化镁改性生物炭相对于未改性生物炭和镁改性生物炭来说具有更大的比表面积，表面更多的活性位点，由于其独特的理化性质可以实现对土壤和水体中锌和镉的高效吸附；本发明修复过程简单高效，修复成本低，环境不良影响小，有利于推广应用。

技术研发人员：杨帆,盖爽,胡依雄
受保护的技术使用者：东北农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5