一种用于吸附重金属镉的生物炭及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114471463A(43)申请公布日2022.05.13(21)申请号202210159228.X(22)申请日2022.02.21(71)申请人湖南农业大学地址410128湖南省长沙市芙蓉区农大路1号(72)发明人薛帅黄红梅易自力(74)专利代理机构长沙启昊知识产权代理事务所(普通合伙)43266专利代理师李儒(51)Int.Cl.B01J20/20(2006.01)B01J20/28(2006.01)C02F1/28(2006.01)B01J20/30(2006.01)C02F101/20(2006.01)权利要求书2页说明书9页(54)发明名称一种用于吸附重金属镉的生物炭及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种用于吸附重金属镉的生物炭及其制备方法和应用，制备方法包括：以速生草生物质为原料，依次经细菌腐熟改性、真菌腐解改性和隔氧炭化，即得；细菌腐熟改性包括，将速生草生物质与细菌氮源、具有纤维素降解能力的细菌的菌剂混匀后，发酵腐熟得到细菌腐熟生物质；真菌腐解改性包括，将细菌腐熟生物质与真菌氮源、石灰水混匀后灭菌，冷却至室温后接入真菌的菌种，经培养后收割真菌子实体后的剩余物。本发明通过选择质优高产的速生草生物质作为原料，可以在提升生物炭品质的同时不增加甚至降低原料成本；通过依次采用细菌腐熟改性和真菌腐解改性，提高了生物炭的比表面积、碱性官能团含量、pH值和对重金属镉离子的吸附能力。CN114471463ACN114471463A权利要求书1/2页1.一种用于吸附重金属镉的生物炭的制备方法，其特征在于，包括：以速生草生物质为原料，依次经细菌腐熟改性、真菌腐解改性和隔氧炭化，即得；所述细菌腐熟改性包括，将速生草生物质与细菌氮源、具有纤维素降解能力的细菌的菌剂混匀后，发酵腐熟得到细菌腐熟生物质；所述真菌腐解改性包括，将细菌腐熟生物质与真菌氮源、石灰水混匀后灭菌，冷却至室温后接入真菌的菌种，经培养后收割真菌子实体后的剩余物。2.根据权利要求1所述的用于吸附重金属镉的生物炭的制备方法，其特征在于，所述细菌为枯草芽孢杆菌、木霉菌、热纤梭菌和克雷伯氏菌中的至少一种，优选地，所述细菌氮源为尿素、硝酸钠和硝酸铵中的一种或多种；和/或，所述真菌为南荻菇、平菇、木耳、赤芝和鸡油菌中的一种，优选地，所述真菌氮源为硫酸铵。3.根据权利要求1所述的用于吸附重金属镉的生物炭的制备方法，其特征在于，所述速生草生物质为芒属植物、狼尾草、芦竹、河八王和柳枝稷中的至少一种；优选地，所述速生草生物质为南荻和/或芦竹。4.根据权利要求1‑3任一项所述的用于吸附重金属镉的生物炭的制备方法，其特征在于，还包括：将隔氧炭化后得到的炭化物依次置于含氢氧根离子的溶液和含与镉离子具有拮抗作用的金属离子的溶液中震荡浸泡，固液分离后洗涤干燥。5.根据权利要求4所述的用于吸附重金属镉的生物炭的制备方法，其特征在于，所述含氢氧根离子的溶液为氨水；优选地，所述氨水的浓度为10％，和/或，所述炭化物与氨水的质量比为1∶2‑3；和/或，所述与镉离子具有拮抗作用的金属离子为Fe3+、Ca2+和Zn2+中的一种或多种；优选地，所述含与镉离子具有拮抗作用的金属离子的溶液的浓度为0.5‑1.5mol/L，和/或，所述炭化物与含与镉离子具有拮抗作用的金属离子的溶液的质量比为1∶2‑3。6.根据权利要求1‑5任一项所述的用于吸附重金属镉的生物炭的制备方法，其特征在于，在所述细菌腐熟改性中，所述细菌为枯草芽孢杆菌，所述细菌氮源为尿素；优选地，以干重计，所述速生草生物质与所述尿素的质量比为25‑30∶1；进一步优选地，所述细菌腐熟改性具体为：将自然风干且含水率低于15wt％的速生草生物质、(3.5‑5)*108cfu/mL的枯草芽孢杆菌的液体菌剂和20‑24wt％的尿素水溶液按质量比1∶1∶0.12‑0.15混匀后建堆发酵，待发酵温度首次达到60℃时进行一次翻堆，7‑10天后进行二次翻堆，再隔7‑10天后进行三次翻堆，三次翻堆完成后结束发酵。7.根据权利要求1‑5任一项所述的用于吸附重金属镉的生物炭的制备方法，其特征在于，所述真菌腐解改性具体为：2CN114471463A权利要求书2/2页将风干的细菌腐熟生物质、8‑12.5wt％的石灰水和8‑12.5wt％的硫酸铵水溶液按质量比75‑80∶10‑12∶10‑13混匀，将得到的混合物在121℃下灭菌120min，冷却后按每100g混合物接入2‑3mL真菌的液态菌种的比例在无菌条件下接种，随后在25‑28℃、湿度60‑65％的黑暗条件下培养30‑40天，收割真菌子实体后的剩余物。8.根据权利要求1‑7任一项所述的用于吸附重金属镉的生物炭的制备方法，其特征在于，所述隔氧炭化的温度和时间分别为5