本發(fā)明涉及生物炭制備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種功能型復(fù)配生物炭的制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，釀酒廢棄物—沼渣產(chǎn)量逐年增加，其合理處理處置已成為當(dāng)前熱點(diǎn)問(wèn)題。其中沼渣的主流處置技術(shù)包括填埋、焚燒等。但由于傳統(tǒng)的沼渣處理方式不僅需要占據(jù)大量的土壤資源，且在處理過(guò)程中易對(duì)土壤環(huán)境、地下水資源及大氣環(huán)境造成二次污染。同時(shí)，在沼渣焚燒過(guò)程中還會(huì)面臨投資大、能耗高、運(yùn)行成本高等問(wèn)題。因此，為保障環(huán)境安全和滿足資源化循環(huán)再利用的現(xiàn)實(shí)需求，開(kāi)發(fā)新型的沼渣廢棄物處置方式對(duì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義。

2、生物炭是指生物質(zhì)在無(wú)氧或缺氧條件下熱解形成的一類具有較大比表面積、孔隙率、高度芳香化和含碳量高的固體材料。傳統(tǒng)制備生物炭的原材料主要為各種果殼、木屑、秸稈和稻殼等。但近期研究發(fā)現(xiàn)，沼渣的組成相對(duì)復(fù)雜，其有機(jī)物和各種營(yíng)養(yǎng)元素含量偏高，是一種較好的資源化利用原料。同時(shí)，將沼渣制備成生物炭后用于污染水體、土壤的治理，可望成為一種新型的沼渣處理與資源化利用途徑。但沼渣制備的生物炭與傳統(tǒng)的生物炭相比灰分高，使其含碳量較低。因此，為獲得對(duì)土壤兼容性好、營(yíng)養(yǎng)元素更為豐富的沼渣生物炭，需要在制備沼渣基生物炭的同時(shí)對(duì)生物炭的表面結(jié)構(gòu)及理化特性進(jìn)行修飾和調(diào)整。

3、目前，已有多種改性方式被用于生物炭改性。常見(jiàn)的生物炭改性方式包括：化學(xué)改性，如強(qiáng)酸/強(qiáng)堿、氧化劑/還原劑對(duì)生物炭進(jìn)行處理，處理后的生物炭相較于原來(lái)的生物炭具有更大的比表面積和官能團(tuán)，進(jìn)而提高生物炭對(duì)土壤、水體中污染物的去除。物理改性，是通過(guò)高溫煅燒，球磨等方式提高生物炭的孔隙率和比表面積。生物改性的方式是使生物炭表面附著一定量的微生物，利用微生物的新陳代謝使生物炭的表面結(jié)構(gòu)和元素組成得到進(jìn)一步改善。傳統(tǒng)的生物炭改性的方式主要為單一的改性方式，目前并未有將金屬離子改性與果殼改性的方式結(jié)合制備生物炭的方法。

4、傳統(tǒng)的生物炭資源化途徑較為單一，將生物炭添加至廢水中，可以吸附水中的氨氮、磷及有機(jī)物等，從而達(dá)到去除水中有機(jī)污染物的目的。但吸附飽和的生物炭往往面臨解析再利用的過(guò)程，這使得在工程應(yīng)用中浪費(fèi)了大量的時(shí)間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明正是基于上述技術(shù)問(wèn)題，提出了一種功能型復(fù)配生物炭的制備方法與應(yīng)用，該制備方法可以在未改性沼渣生物炭的基礎(chǔ)上進(jìn)行吸附性能的提高，且本發(fā)明中所制備的功能型復(fù)配生物炭可吸附釀酒廢水，一部分釀酒廢水中的氮、磷、等有機(jī)物負(fù)載在功能型復(fù)配生物炭中，吸附后的沼渣生物炭施加在土壤中，可達(dá)到沼渣資源化利用的目的。

2、本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種功能型復(fù)配生物炭的制備方法，包括如下步驟：

4、步驟a1：將沼渣脫水干燥并研磨后制得沼渣粉末，沼渣需在100~105℃恒溫的條件下干燥24h；

5、步驟a2：將沼渣粉末與caco3粉末混合均勻，沼渣粉末與caco3粉末的質(zhì)量比為1：1，得到干粉混合體系；

6、步驟a3：將混合體系在缺氧狀態(tài)下熱解，得到熱解產(chǎn)物：鈣基沼渣生物炭；

7、步驟a4：將核桃殼研磨烘干后，在缺氧狀態(tài)下熱解，得到熱解產(chǎn)物：核桃殼生物炭；

8、步驟a5：將步驟3與步驟4中得到的鈣基沼渣生物炭與核桃殼生物炭按質(zhì)量比1:1~3:1的比例混合均勻，并經(jīng)過(guò)復(fù)配得到功能型復(fù)配生物炭，。

9、核桃殼生物炭的添加量需要嚴(yán)格控制，核桃殼生物炭的添加量過(guò)少時(shí)，復(fù)配生物炭中的碳含量低，核桃殼生物炭的投加量過(guò)高時(shí)，復(fù)配生物炭的碳含量過(guò)高，吸附機(jī)理單一，影響生物炭的吸附效果。

10、優(yōu)選的，所述沼渣粉末的目數(shù)為80目~100目。

11、優(yōu)選的，所述沼渣粉末與caco3粉末的混合方式為水浴加熱混合，水浴溫度為80℃，攪拌時(shí)長(zhǎng)為2h，攪拌至膠狀；caco3粉末的添加量需要嚴(yán)格控制，caco3的添加量過(guò)少時(shí)，最終制得的鈣基沼渣生物炭中陽(yáng)離子含量過(guò)少，caco3的添加量過(guò)多時(shí)，制備的鈣基沼渣生物炭中鈣含量過(guò)高，會(huì)造成所吸附的水中鈣離子含量過(guò)高，影響生物炭的后續(xù)使用。

12、優(yōu)選的，所述干粉混合體系的熱解溫度為800~900℃，熱解時(shí)間為1.5~2h。

13、優(yōu)選的，所述核桃殼研磨后的目數(shù)為80~100目，其熱解溫度為450~500℃，熱解時(shí)長(zhǎng)為2~3h。

14、一種功能型復(fù)配生物炭，利用權(quán)利要求1中的方法制備得到，所述功能型復(fù)配生物炭含有豐富的陽(yáng)離子基團(tuán)，同時(shí)還具備高碳量，具有優(yōu)良的吸附效果。

15、一種功能型復(fù)配生物炭的應(yīng)用，采用權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的功能型復(fù)配生物炭的制備方法制備的功能型復(fù)配生物炭，該功能型復(fù)配生物炭應(yīng)用于土壤施肥和改良。

16、一種功能型復(fù)配生物炭的應(yīng)用，包括如下步驟：

17、步驟b1：將所述功能型復(fù)配生物炭按照一定的比例分散在農(nóng)業(yè)和食品加工廢水處理系統(tǒng)的生化池中，在180r/min、25℃條件下震蕩24h，得到第二混合體系；

18、步驟b2：將步驟b1中所述第二混合體系進(jìn)行分離，得到待測(cè)水樣和吸附后的功能型復(fù)配生物炭；

19、步驟b3：將步驟b2中得到的所述待測(cè)水樣進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)比吸附前后水中氨氮、總磷、cod和總氮的變化；

20、步驟b4：將步驟b2中得到的吸附后的所述功能型復(fù)配生物炭自然風(fēng)干，得到功能型復(fù)配生物炭粉末；

21、步驟b5：將步驟b4中得到的所述功能型復(fù)配生物炭粉末按照1%~5%的重量比與土壤混合均勻，得到功能型沼渣-土壤混合體系；

22、步驟b6：將步驟b5中得到的所述功能型沼渣-土壤混合體系分成均等的若干份土壤樣本，每份所述土壤樣本中均種植相同數(shù)量的小白菜種子，獲得種植后的盆栽若干；

23、步驟b7：將步驟b6中得到的所述盆栽在自然條件下培養(yǎng)20d獲得小白菜，將小白菜采摘，并將所述土壤樣本收集后編號(hào)；

24、步驟b8：對(duì)步驟b7中得到的所述土壤樣本進(jìn)行檢測(cè)，記錄所述土壤樣本中氮、磷、有機(jī)質(zhì)含量變化。

25、有益效果：

26、本發(fā)明是利用caco3改性的沼渣和核桃殼制備功能型復(fù)配生物炭的方法，先將得到的沼渣脫水干燥后，放入鼓風(fēng)干燥箱中烘干，隨后研磨過(guò)篩得到干沼渣粉末，將caco3粉末與得到的沼渣粉末按照一定的比例混合均勻，隨后將混合體系在缺氧狀態(tài)下熱解得到鈣基沼渣生物炭，將核桃殼粉末在缺氧狀態(tài)下熱解得到核桃殼生物炭。將獲得的鈣基沼渣生物炭和核桃殼生物炭按照一定的比例進(jìn)行復(fù)配，得到功能型生物炭，本發(fā)明中的功能型生物炭，不僅含有豐富的陽(yáng)離子基團(tuán)，同時(shí)因?yàn)樘砑恿撕颂覛ぃ股锾窟€具備高碳量，因此也具有優(yōu)良的吸附效果；

27、本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)單，綠色環(huán)保的特點(diǎn)，可降低沼渣的商業(yè)處置成本，提高沼渣的資源化利用率；同時(shí)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的沼渣處置多集中在沼渣的填埋，焚燒等方式，而這些方式通常容易產(chǎn)生二次污染，如污染土壤和大氣等，因此將沼渣制備成可二次利用的生物炭可避免傳統(tǒng)處理方式造成的環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)符合綠色環(huán)保的特點(diǎn)，又因其操作簡(jiǎn)單，易制備，低成本，環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益高，原材料豐富，因此有利于大規(guī)模推廣。

28、本發(fā)明中的功能型復(fù)配生物炭在吸附農(nóng)業(yè)及食品加工行業(yè)廢水后，可將農(nóng)業(yè)及食品加工行業(yè)廢水中的部分氮、磷、有機(jī)質(zhì)等吸附在功能型復(fù)配生物炭上，將吸附后的功能型復(fù)配生物炭按照一定的比例施加在土壤中可以有效的促進(jìn)土壤中氮、磷、有機(jī)質(zhì)的增長(zhǎng)，對(duì)土壤植株產(chǎn)生了良好的促進(jìn)作用，因此本發(fā)明對(duì)于傳統(tǒng)的污泥生物炭制造業(yè)提出了新的資源化利用途徑。