一种生物炭土壤修复剂的制备方法及应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115975646A(43)申请公布日2023.04.18(21)申请号202211590965.1(22)申请日2022.12.12(71)申请人华中农业大学地址430070湖北省武汉市洪山区狮子山街1号(72)发明人邱国红李安玉刘立虎张雨彤葛文展(74)专利代理机构武汉智嘉联合知识产权代理事务所(普通合伙)42231专利代理师徐绍新(51)Int.Cl.C09K17/40(2006.01)B09C1/08(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称一种生物炭土壤修复剂的制备方法及应用(57)摘要本发明公开了一种生物炭土壤修复剂的制备方法，包括以下步骤：1)以稻壳为原料，将其干燥粉碎后进行无氧碳化，得到生物炭；2)将生物炭加入到镁盐溶液中进行搅拌，然后水浴加热至70‑90℃并加入碳酸盐溶液继续搅拌，冲洗后烘干，得到硅活化生物炭；3)将硅活化生物炭加入到羟基改性溶液中搅拌反应2‑5小时，即得生物炭土壤修复剂。本发明通过对生物炭进行硅活化联合羟基改性，实现了对土壤重金属的高效固定，并能通过络合、沉淀等作用有效降低钝化土壤重金属的生物有效性。CN115975646ACN115975646A权利要求书1/1页1.一种生物炭土壤修复剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)以稻壳为原料，将其干燥粉碎后进行无氧碳化，得到生物炭；2)将生物炭加入到镁盐溶液中进行搅拌，然后水浴加热至70‑90℃并加入碳酸盐溶液继续搅拌，冲洗后烘干，得到硅活化生物炭；3)将硅活化生物炭加入到羟基改性溶液中搅拌反应2‑5小时，即得生物炭土壤修复剂，每100mL所述羟基改性溶液中含有2‑5g氢氧化钠、2‑5gβ‑环糊精和0.5‑3mL环氧氯丙烷。2.如权利要求1所述生物炭土壤修复剂的制备方法，其特征在于：步骤1)中，将稻壳干燥粉碎至60‑120目，然后在400‑500℃条件下进行无氧碳化。3.如权利要求1所述生物炭土壤修复剂的制备方法，其特征在于：所述镁盐溶液和碳酸盐溶液的浓度为0.1‑1.5mol/L。4.如权利要求1所述生物炭土壤修复剂的制备方法，其特征在于：所述生物炭与镁盐溶液的固液比为1g：20mL。5.如权利要求1所述生物炭土壤修复剂的制备方法，其特征在于：所述生物炭与碳酸盐溶液的固液比为1g：10mL。6.如权利要求1所述生物炭土壤修复剂的制备方法，其特征在于：每100mL所述羟基改性溶液中含有3g氢氧化钠、4gβ‑环糊精和1mL环氧氯丙烷。7.生物炭土壤修复剂在土壤重金属污染修复中的应用，所述生物炭土壤修复剂是按权利要求1‑6任一项所述的方法制备的。8.如权利要求7所述的应用，其特征在于：所述生物炭土壤修复剂吸附固定土壤重金属并促使其由可交换态向碳酸盐结合态和残渣态转化。2CN115975646A说明书1/5页一种生物炭土壤修复剂的制备方法及应用技术领域[0001]本发明属于金属污染土壤重修复领域，涉及一种硅活化联合羟基改性生物炭的制备方法。背景技术[0002]工业和城市垃圾排放、采矿活动、化肥和农药的不当使用造成大量有毒有害重金属被排入土壤环境中，造成严重污染。根据2014年全国土壤污染状况调查公报显示，我国土壤重金属点位超标，尤其是以铜(Cu)、铬(Cr)、镉(Cd)和铅(Pb)为代表的元素，影响更为严重。土壤重金属污染严重威胁着人类健康和粮食安全。与电动修复和热脱附等众多缓解土壤重金属的方法相比，原位固定被认为是一种经济有效的解决办法，而研发高效和长期稳定的钝化剂是提高修复效果的关键。[0003]生物炭作为常见的土壤修复剂，是指生物质在缺氧条件热解产生的一类高度芳香化的固体产物。丰富的孔隙结构使得生物炭可通过孔隙吸附和静电吸引的方式固定重金属，进而降低其在土壤中的生物有效性和迁移性。然而，未改性生物炭中活性官能团较少，固定重金属的性能不强，难以达到高效稳定修复土壤重金属污染的目的。因此，对生物炭进行适当的改性以提高其钝化性能和速率具有重要意义。[0004]我国每年稻壳产率超4000万吨，未被合理利用的稻壳造成严重的资源浪费。因此，将废弃稻壳用于制备生物炭可提高废弃物资源化利用率，符合绿色环保和可持续发展的理念。稻壳生物炭中除了碳，还含有大量未被利用的惰性硅，其含量一般可在16％‑33％范围(Environ.Sci.Technol.2019,53,23,13570–13582)。常见强碱改性生物炭过程中，也可能活化硅，但该过程中硅以硅酸盐形式存在，在材料清洗过程中硅酸盐易流失。镁盐和碳酸盐双水解可形成弱碱性环境，将硅活化为硅酸根后，可与Mg2+形成硅酸镁沉淀，避免活性硅损失，而引入的碳酸根也可与重金属形成碳酸盐沉淀，提升生物炭的重金属固定性能。此外，功能基团嫁