[发明专利]一种改性生物炭的制备方法

说明书

本发明公开一种改性生物炭的制备方法，包括以下步骤：(1)将颗粒状的生物炭置于化学反应釜中，并加入一定的水分，使生物炭的含水量保持在25‑80％之间；(2)在反应釜中底部通入浓度为5‑25mg/L的臭氧，使生物炭同臭氧保持充分接触，并保持反应条件：温度10‑50度，压力为1‑2个大气压；(3)在反应30分‑120min后，关闭通入臭氧，停止反应，经干燥，得到改性后的生物。改性后的生物炭产品变得更加亲水，因为羰基和羧基都能吸引水分子，有利于保水和微生物生长；有较高的阳离子交换(CEC)，对提高土壤的保肥效果具有重要作用；比表面积显著增加，有利于保水保肥，促进微生物的生长。

技术领域

本发明涉及环保工程技术领域，尤其涉及一种改性生物炭的制备方法。

背景技术

生物炭(biochar)是由生物质在完全或部分缺氧的情况下经300℃-700℃热解产生的一类高含碳量、高度芳香化、能用于土壤环境中的物质。大量研究已证实，生物炭所具有的良好结构与理化性质在改良土壤结构和理化性质、促进微生物生存繁衍、提高作物产量与品质等方面具有重要作用。在农业环境领域，生物炭对土壤酸碱环境、土壤与水体重金属污染、农药及化学品残留等农业有机污染、农田温室气体排放等不良环境所具有的积极改良、修复或缓解作用也得到了越来越多的认可。与其他任何形式的有机碳相比，高度芳香化物质炭具有较高的生物化学和热稳定性，可较长期保存于土壤环境。在土壤环境中大的生物质炭颗粒会逐渐分解成小的颗粒，最终这些小的颗粒或者被淋失到土壤剖面的下层，或被光化学过程氧化，或通过生物作用转化成土壤有机碳库中的胡敏酸等物质，成为重要的土壤组成物质。可以预见，发展生物炭产业对提高陆地生态系统固碳减排的潜力，改良土壤和减肥增效，净化水体，解决粮食安全和能源危机等都具有十分重要的意义。

生物炭表面的官能团及其多微孔结构对土壤养分离子平衡与调控具有重要的影响，特别是对铵离子有很强的吸附性，有利于降低氮素挥发，减少养分流失，提高土壤肥力。生物炭对氮、磷等营养元素的吸附性在酸性和砂质土壤中表现更为明显，可减少养分流失，延长供肥期，因而对作物生长更为有利。生物炭对包括多环芳烃类和染料类污染物特别是农药在内的有机污染物也具有很强的吸附、解吸和迟滞作用，进而影响其迁移、转化与生物有效性。因此，生物炭表面的性质差异对生物炭的生态功能的发挥具有十分重要的影响。本研究小组发现，土壤中的生物炭可能在某种程度上也可能经历一定的缓慢氧化过程，可能会伴随老化。生物炭的氧化会导致含O官能团的增加，特别是羟基、羧酸、醛基。由于生物炭表面随着老化的氧化/羧化，生物炭表面上的羧酸酯基团的形成增加了负表面电荷。不少研究已经证实，具有高负表面电荷，CEC和孔隙率的生物炭在减少径流，增加施肥和使用效率，通过去除阳离子/阴离子污染物等方面显示出更多的生态功能。因此，通过改性技术，提高生物炭环境修复能力，具有巨大的开发应用潜力。

传统的改性工艺在改性上存在着下列问题：(1)改性方式几乎同传统的活性炭活化工艺一致，化学试剂用量较大，能源耗费高，导致生产成本高；(2)由于化学试剂用量大，存在着巨大的环保风险。因此，这些改性工艺除了试验研究外，远远达不到实际应用的要求。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种改性生物炭的制备方法，该方法得到的改性生物炭变得更加亲水，因为羰基和羧基都能吸引水分子，有利于保水和微生物生长；有较高的阳离子交换(CEC)，对提高土壤的保肥效果具有重要作用；比表面积显著增加，有利于保水保肥，促进微生物的生长。

为达到上述目的，本发明的具体技术方案为：一种改性生物炭的制备方法，包括以下步骤：(1)将颗粒状的生物炭置于化学反应釜中，并加入一定的水分，使生物炭的含水量保持在25-80％之间；(2)在反应釜中底部通入浓度为5-25mg/L的臭氧，使生物炭同臭氧保持充分接触，并保持反应条件：温度10-50度，压力为1-2个大气压；(3)在反应30分-120min后，关闭通入臭氧，停止反应，经干燥，得到改性后的生物。

作为优选，所述颗粒生物炭的粒径小于3mm。

本发明具有如下优点：