一种功能型复配生物炭的制备方法与应用与流程

本发明涉及生物炭制备领域，具体而言，涉及一种功能型复配生物炭的制备方法与应用。

背景技术：

1、随着经济的发展，酿酒废弃物—沼渣产量逐年增加，其合理处理处置已成为当前热点问题。其中沼渣的主流处置技术包括填埋、焚烧等。但由于传统的沼渣处理方式不仅需要占据大量的土壤资源，且在处理过程中易对土壤环境、地下水资源及大气环境造成二次污染。同时，在沼渣焚烧过程中还会面临投资大、能耗高、运行成本高等问题。因此，为保障环境安全和满足资源化循环再利用的现实需求，开发新型的沼渣废弃物处置方式对可持续发展战略具有重要意义。

2、生物炭是指生物质在无氧或缺氧条件下热解形成的一类具有较大比表面积、孔隙率、高度芳香化和含碳量高的固体材料。传统制备生物炭的原材料主要为各种果壳、木屑、秸秆和稻壳等。但近期研究发现，沼渣的组成相对复杂，其有机物和各种营养元素含量偏高，是一种较好的资源化利用原料。同时，将沼渣制备成生物炭后用于污染水体、土壤的治理，可望成为一种新型的沼渣处理与资源化利用途径。但沼渣制备的生物炭与传统的生物炭相比灰分高，使其含碳量较低。因此，为获得对土壤兼容性好、营养元素更为丰富的沼渣生物炭，需要在制备沼渣基生物炭的同时对生物炭的表面结构及理化特性进行修饰和调整。

3、目前，已有多种改性方式被用于生物炭改性。常见的生物炭改性方式包括：化学改性，如强酸/强碱、氧化剂/还原剂对生物炭进行处理，处理后的生物炭相较于原来的生物炭具有更大的比表面积和官能团，进而提高生物炭对土壤、水体中污染物的去除。物理改性，是通过高温煅烧，球磨等方式提高生物炭的孔隙率和比表面积。生物改性的方式是使生物炭表面附着一定量的微生物，利用微生物的新陈代谢使生物炭的表面结构和元素组成得到进一步改善。传统的生物炭改性的方式主要为单一的改性方式，目前并未有将金属离子改性与果壳改性的方式结合制备生物炭的方法。

4、传统的生物炭资源化途径较为单一，将生物炭添加至废水中，可以吸附水中的氨氮、磷及有机物等，从而达到去除水中有机污染物的目的。但吸附饱和的生物炭往往面临解析再利用的过程，这使得在工程应用中浪费了大量的时间。

技术实现思路

1、本发明正是基于上述技术问题，提出了一种功能型复配生物炭的制备方法与应用，该制备方法可以在未改性沼渣生物炭的基础上进行吸附性能的提高，且本发明中所制备的功能型复配生物炭可吸附酿酒废水，一部分酿酒废水中的氮、磷、等有机物负载在功能型复配生物炭中，吸附后的沼渣生物炭施加在土壤中，可达到沼渣资源化利用的目的。

2、本发明是通过下述技术方案实现的：

3、一种功能型复配生物炭的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤a1：将沼渣脱水干燥并研磨后制得沼渣粉末，沼渣需在100~105℃恒温的条件下干燥24h；

5、步骤a2：将沼渣粉末与caco3粉末混合均匀，沼渣粉末与caco3粉末的质量比为1：1，得到干粉混合体系；

6、步骤a3：将混合体系在缺氧状态下热解，得到热解产物：钙基沼渣生物炭；

7、步骤a4：将核桃壳研磨烘干后，在缺氧状态下热解，得到热解产物：核桃壳生物炭；

8、步骤a5：将步骤3与步骤4中得到的钙基沼渣生物炭与核桃壳生物炭按质量比1:1~3:1的比例混合均匀，并经过复配得到功能型复配生物炭，。

9、核桃壳生物炭的添加量需要严格控制，核桃壳生物炭的添加量过少时，复配生物炭中的碳含量低，核桃壳生物炭的投加量过高时，复配生物炭的碳含量过高，吸附机理单一，影响生物炭的吸附效果。

10、优选的，所述沼渣粉末的目数为80目~100目。

11、优选的，所述沼渣粉末与caco3粉末的混合方式为水浴加热混合，水浴温度为80℃，搅拌时长为2h，搅拌至胶状；caco3粉末的添加量需要严格控制，caco3的添加量过少时，最终制得的钙基沼渣生物炭中阳离子含量过少，caco3的添加量过多时，制备的钙基沼渣生物炭中钙含量过高，会造成所吸附的水中钙离子含量过高，影响生物炭的后续使用。

12、优选的，所述干粉混合体系的热解温度为800~900℃，热解时间为1.5~2h。

13、优选的，所述核桃壳研磨后的目数为80~100目，其热解温度为450~500℃，热解时长为2~3h。

14、一种功能型复配生物炭，利用权利要求1中的方法制备得到，所述功能型复配生物炭含有丰富的阳离子基团，同时还具备高碳量，具有优良的吸附效果。

15、一种功能型复配生物炭的应用，采用权利要求1~5中任一项所述的功能型复配生物炭的制备方法制备的功能型复配生物炭，该功能型复配生物炭应用于土壤施肥和改良。

16、一种功能型复配生物炭的应用，包括如下步骤：

17、步骤b1：将所述功能型复配生物炭按照一定的比例分散在农业和食品加工废水处理系统的生化池中，在180r/min、25℃条件下震荡24h，得到第二混合体系；

18、步骤b2：将步骤b1中所述第二混合体系进行分离，得到待测水样和吸附后的功能型复配生物炭；

19、步骤b3：将步骤b2中得到的所述待测水样进行检测，对比吸附前后水中氨氮、总磷、cod和总氮的变化；

20、步骤b4：将步骤b2中得到的吸附后的所述功能型复配生物炭自然风干，得到功能型复配生物炭粉末；

21、步骤b5：将步骤b4中得到的所述功能型复配生物炭粉末按照1%~5%的重量比与土壤混合均匀，得到功能型沼渣-土壤混合体系；

22、步骤b6：将步骤b5中得到的所述功能型沼渣-土壤混合体系分成均等的若干份土壤样本，每份所述土壤样本中均种植相同数量的小白菜种子，获得种植后的盆栽若干；

23、步骤b7：将步骤b6中得到的所述盆栽在自然条件下培养20d获得小白菜，将小白菜采摘，并将所述土壤样本收集后编号；

24、步骤b8：对步骤b7中得到的所述土壤样本进行检测，记录所述土壤样本中氮、磷、有机质含量变化。

25、有益效果：

26、本发明是利用caco3改性的沼渣和核桃壳制备功能型复配生物炭的方法，先将得到的沼渣脱水干燥后，放入鼓风干燥箱中烘干，随后研磨过筛得到干沼渣粉末，将caco3粉末与得到的沼渣粉末按照一定的比例混合均匀，随后将混合体系在缺氧状态下热解得到钙基沼渣生物炭，将核桃壳粉末在缺氧状态下热解得到核桃壳生物炭。将获得的钙基沼渣生物炭和核桃壳生物炭按照一定的比例进行复配，得到功能型生物炭，本发明中的功能型生物炭，不仅含有丰富的阳离子基团，同时因为添加了核桃壳，使生物炭还具备高碳量，因此也具有优良的吸附效果；

27、本发明具有操作简单，绿色环保的特点，可降低沼渣的商业处置成本，提高沼渣的资源化利用率；同时，因为传统的沼渣处置多集中在沼渣的填埋，焚烧等方式，而这些方式通常容易产生二次污染，如污染土壤和大气等，因此将沼渣制备成可二次利用的生物炭可避免传统处理方式造成的环境问题，同时符合绿色环保的特点，又因其操作简单，易制备，低成本，环境经济效益高，原材料丰富，因此有利于大规模推广。

28、本发明中的功能型复配生物炭在吸附农业及食品加工行业废水后，可将农业及食品加工行业废水中的部分氮、磷、有机质等吸附在功能型复配生物炭上，将吸附后的功能型复配生物炭按照一定的比例施加在土壤中可以有效的促进土壤中氮、磷、有机质的增长，对土壤植株产生了良好的促进作用，因此本发明对于传统的污泥生物炭制造业提出了新的资源化利用途径。