[发明专利]一种复合生物炭及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合生物炭及其制备方法与应用，属于农业资源环境技术领域。

背景技术

近年来，随着我国经济社会迅速发展，畜禽养殖业得到了迅猛发展，畜禽养殖过程中所排放的废水已经严重污染了水体环境，加重了我国污水处理的难度。其中，畜禽养殖废水中氨氮的过量排放，无疑给水体富营养化问题雪上加霜，成为国家环境保护工作中的限制性关键因素。因此，加强畜禽养殖废水氨氮净化技术的理论研究与技术应用，对于解决我国日益严重的水污染问题，促进可持续发展，落实科学发展观，具有非常重要的意义。

目前，畜禽废水中氨氮处理方法主要包括结晶法、吸附法等。常规的结晶法由于受结晶过程中水相结晶剂残留的影响，对结晶剂投加量、pH值等理化参数条件要求精准，受处理能力、技术条件等因素限制，很难达到控制要求；吸附法简单易行，但由于受吸附剂理化结构特性的局限性，以及杂质离子干扰影响，造成对氨氮的吸附辨识性差，吸附效能低，难以广泛应用。因此，如何能够有效结合结晶和吸附两种技术的特点，结晶-吸附协同净化畜禽废水中氨氮，成为目前国内外研究非常活跃的前沿内容。

结晶法通过投加镁盐和磷酸盐，与废水中的氨氮发生化学反应，生成鸟粪石而被去除，该方法具有辨识性净化氨氮的特性，但是由于药剂费用较高，影响推广应用。为此，专利CN1623924A公布一种方法，将化学沉淀鸟粪石加热（150～300℃）释放氨气，然后循环利用热解产物做沉淀剂，可以有效降低处理费用，但是鸟粪石热解产物纳米磷酸钠镁颗粒细密，如采用流化床的应用方式，存在水相分散性差，难以精准定量投加等问题，如采用填充柱吸附的应用方式，会产生巨大的压力降，水量通量较小。因此，选择一种化学性质稳定、高效固载鸟粪石热解产物纳米磷酸钠镁的载体材料，既有利于流化床应用时水相分散，又有利于固定床应用时减小压力降，成为技术应用的关键问题。

生物炭是由生物质加工而成的一种多孔碳，鉴于其高含碳量和多孔特性，在农业环境保护方面具有很强的研究与应用价值。开发生物炭作为氨氮净化材料，一方面具有化学性质稳定，环境友好等优势，另一方面借助其有机颗粒大、高水流通量的特性，克服无机吸附材料在实际应用中难以分离、压头损失大等技术瓶颈。但是，由于畜禽废水成分复杂，含有大量有机质、磷、重金属等其它污染物质，会干扰生物炭对氨氮的富集吸附效能，成为一个难以解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合生物炭及其制备方法与应用，本发明提供的复合生物炭既可有效克服纳米磷酸钠镁净化氨氮固定床应用时压力降大、流化床应用时水相分散差的问题，又可有效克服应用生物炭富集吸附氨氮辨识性差的问题。

本发明所提供的一种复合生物炭的制备方法，包括如下步骤：

（1）配制镁盐溶液、氨盐溶液、钠盐溶液和磷酸盐溶液；

（2）

（a）将生物质粉碎至粒径为1～3mm后加入至所述镁盐溶液中，依次经搅拌、静置和干燥脱水；

（b）然后将步骤（a）的产物加入至所述氨盐溶液中，依次经搅拌、静置和干燥脱水；

（c）然后将步骤（b）的产物加入至所述钠盐溶液中，依次经搅拌、静置和干燥脱水；

（d）然后将步骤（c）的产物加入至所述磷酸盐溶液中，依次经搅拌、静置和干燥脱水；

（3）采用限氧升温炭化法将步骤（2）得到的产物进行炭化，即得到所述复合生物炭。

上述的制备方法中，步骤（1）中，所述镁盐溶液中的镁盐可为氯化镁，所述镁盐溶液的摩尔浓度可为1～3mol/L；

所述氨盐溶液中的氨盐可为氯化铵，所述氨盐溶液的摩尔浓度可为1～3mol/L；

所述钠盐溶液中的钠盐可来自于氢氧化钠，所述钠盐溶液的摩尔浓度可为1～3mol/L；

所述磷酸盐溶液中的磷酸盐可为过磷酸钙，所述磷酸盐溶液的摩尔浓度可为1～3mol/L。

上述的制备方法中，步骤（2）中，所述镁盐溶液中的镁离子、所述氨盐溶液中的氨根离子、所述钠盐溶液中的钠离子和所述磷酸盐溶液中的磷酸根离子的摩尔比可为1：1：1：1；

步骤（2）中的步骤（a）、步骤（b）、步骤（c）和步骤（d）中，所述搅拌时间均为1～2h，所述静置时间均可为1～2h，所述干燥脱水均是在100～150℃的条件下进行4～8h。

上述的制备方法中，步骤（2）中，所述生物质可为玉米芯、麦秸秆或树皮；所述生物质与所述镁盐溶液中的镁离子的质量比可为3.3～16.6：1，具体可为3.3～6.7：1、3.3：1、6.7：1或16.7：1。