一种复合改性生物炭的制备方法及其在镉铅污染土壤中的应用

本发明属于生物炭，具体涉及一种复合改性生物炭的制备方法及其在镉铅污染土壤中的应用。

背景技术：

1、土壤作为陆地生态系统的基础和生物栖息的场所，也是人类生存与发展不可缺少的物质基础。随着工农业的蓬勃发展，重金属污染物通过人为活动不经意地引入环境中，其中镉和铅是较为典型的代表，它们在土壤中富集，并一旦达到一定浓度，将对土壤质量和植物生长产生负面影响，可能通过食物链传递至人体，影响人类健康和食品安全生产。

2、聚乙烯亚胺(简称pei)是一种高分子聚合物，由乙烯亚胺(ethyleneimine)单体聚合而成，其电荷密度高，性能优异，对金属离子具有较强的吸附能力和吸附选择性。生物炭在土壤重金属污染治理中备受关注，被认为是一种低成本、高效的土壤改良剂。尽管生物炭在环境污染修复领域得到了广泛应用，但通常具有吸附容量有限和选择性差的特点。因此，通过对生物炭进行改性，增强其吸附效能，改善其理化性质，提高其对土壤重金属的吸附和钝化能力，从而增强其在环境修复中的效果，具有重要的实用价值和现实意义。

技术实现思路

1、本发明提供一种复合改性生物炭的制备方法及其在镉铅污染土壤中的应用，改性后的生物炭对重金属的吸附能力强。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种复合改性生物炭的制备方法，具体步骤如下：

4、(1)生物质原料经洗净、干燥、破碎、过20目筛，热解后过100目筛得到生物炭颗粒材料；

5、(2)将步骤(1)中所得生物炭颗粒浸渍于koh溶液中，一定温度下搅拌反应，然后洗涤、干燥，得到碱改性生物炭颗粒材料；

6、(3)将步骤(2)中所得碱改性生物炭颗粒和聚乙烯亚胺、甲醇混合，搅拌反应，然后过滤；(4)将步骤(3)过滤后的生物炭颗粒置于戊二醛溶液中进行交联，搅拌反应，过滤、洗涤、烘干，得到复合改性生物炭。

7、步骤(1)中生物质选自秸秆、木屑、果壳、稻草等中的至少一种。

8、步骤(1)中干燥温度为60℃～80℃，干燥时间为24h～36h。

9、步骤(1)中热解是在马弗炉中，保持氮气气氛状态，氮气流速为100ml～200ml/min，以10～20℃/min的升温速率，升温至600℃后保持恒温热解2～4h。

10、步骤(2)中生物炭浸渍于koh溶液中的质量体积比g:ml为1∶10；所述koh溶液的浓度为2～4mol/l。

11、步骤(2)中搅拌反应的搅拌速率为200～300rpm，搅拌时间为1～3h，搅拌温度为60℃～70℃。

12、步骤(2)中洗涤采用去离子水为洗涤剂，洗涤次数为2～4次；所述干燥温度为60℃～80℃，干燥时间为8～16h。

13、步骤(3)中碱改性生物炭与聚乙烯亚胺、甲醇的质量比为20∶(5～20)∶100。

14、步骤(3)中搅拌反应的搅拌速率为200～300rpm，搅拌时间为16～24h，搅拌温度为20℃～30℃。

15、步骤(4)中戊二醛溶液中戊二醛的质量分数为2～4％。

16、步骤(4)中生物炭颗粒和戊二醛溶液的质量比为1∶10～20。

17、步骤(4)中搅拌反应的搅拌速率为200～300rpm，搅拌时间为20～30min，搅拌温度为20℃～30℃。

18、步骤(4)中洗涤采用去离子水为洗涤剂，洗涤次数为2～4次。

19、步骤(4)中干燥温度为60℃～80℃，干燥时间为8～16h。

20、本发明提供所述制备方法制备得到的复合改性生物炭作为吸附剂在镉铅污染土壤中的应用，将改性生物炭加入到镉铅两种重金属污染的土壤中，混合处理60天以上，土壤中维持含水量在20-40％，改性生物炭添加质量分数为1-5％，可以很好的吸附土壤中的重金属镉铅。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、(1)本发明以生物质为原料制备生物炭材料，通过koh的活化，增加生物炭孔隙结构和比表面积，之后再在生物炭表面引入聚乙烯亚胺分子，聚乙烯亚胺分子具有亲水性和丰富的官能团，能够与许多物质形成络合物，能够增强其对重金属的吸附性能，得到一种新型螯合改性生物炭材料，有利于提高生物炭对镉和铅的吸附钝化效果。

23、(2)本发明工艺简单，反应条件温和，成本低，高效，安全，易操作，制备过程有利于生物炭形成更加均匀的孔隙结构，聚乙烯亚胺(pei)负载在生物炭上稳定性比较好，有助于提高土壤保水能力和通气性，改善了土壤结构，具有很好的实用性，为土壤修复领域提供了一种可行、高效的钝化修复材料。

技术特征：

1.一种复合改性生物炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述复合改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，步骤(1)中生物质为秸秆、木屑、果壳、稻草中的至少一种；生物质干燥温度为60℃～80℃，时间为24h～36h。

3.根据权利要求1所述复合改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中热解是在氮气气氛下，氮气流速为100ml～200ml/min，以10～20℃/min的升温速率升温至600℃保温2～4h。

4.根据权利要求1所述复合改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)中koh溶液浓度为2～4mol/l，生物炭浸渍于koh溶液中的质量体积比g:ml为1∶10。

5.根据权利要求1所述复合改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)中搅拌反应的搅拌速率为200～300rpm，搅拌时间为1～3h，搅拌温度为60℃～70℃；洗涤采用去离子水洗涤2～4次；干燥温度为60℃～80℃，干燥时间为8～16h。

6.根据权利要求1所述复合改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中碱改性生物炭与聚乙烯亚胺、甲醇的质量比为20∶(5～20)∶100。

7.根据权利要求1所述复合改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中搅拌反应的搅拌速率为200～300rpm，搅拌时间为16～24h，搅拌温度为20℃～30℃。

8.根据权利要求1所述复合改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(4)中戊二醛溶液质量分数为2～4％；生物炭颗粒和戊二醛溶液的质量比为1∶10～20。

9.根据权利要求1所述复合改性生物炭的制备方法，其特征在于，步骤(4)中搅拌反应的搅拌速率为200～300rpm，搅拌时间为20～30min，搅拌温度为20℃～30℃；洗涤采用去离子水洗涤2～4次；干燥温度为60℃～80℃，干燥时间为8～16h。

10.权利要求1所述制备方法得到的复合改性生物炭作为吸附剂在镉铅复合污染土壤中的应用。

技术总结本发明公开一种复合改性生物炭的制备方法及其在镉铅污染土壤中的应用，生物质原料经洗净、干燥、破碎、过筛，热解后过筛得到生物炭，将其浸渍于KOH溶液中，搅拌反应，然后洗涤、干燥，得到碱改性生物炭，再和聚乙烯亚胺、甲醇混合，搅拌反应，然后过滤，置于戊二醛溶液中进行交联，搅拌反应，过滤、洗涤、烘干得到复合改性生物炭；本发明方法能提高生物炭比表面积，增加生物炭孔隙结构，通过有机溶剂负载处理能够提高其对土壤中镉铅污染的修复能力，具有很高的应用价值，为生物质资源化提供了全新途径。技术研发人员：杨胜锋,周越,刘泽伟,方威,杨雁宇受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/23