一種利用生物炭去除汙水中除草劑的方法
2023-06-04 18:53:46 2
一種利用生物炭去除汙水中除草劑的方法
【專利摘要】本發明公開一種利用生物炭去除汙水中除草劑的方法，包括如下具體步驟：（1）將農林廢棄物處理成乾燥的粉末狀生物質原材料；（2）將生物質原材料置入絕氧並通保護氣體且密封的處理器中，進行兩階段的升溫處理，第一階段的升溫處理為從常溫快速升溫至220℃～260℃，第二階段的升溫處理為從第一階段的終溫慢速升至350℃～750℃，繼續隔氧裂解1-3小時；（3）然後冷卻至室溫，將步驟（2）得到的物質依次經過研磨過篩、活化劑活化2-6個小時、洗滌和烘乾後得到固體生物炭；（4）將固體生物炭和受農藥汙染的水按固液比例0.5%～10%充分混合，恆溫避光振蕩，以去除各種除草劑。本發明的方法成本低廉、處理效果好，且有益於農林廢棄物資源化循環利用。
【專利說明】一種利用生物炭去除汙水中除草劑的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及生物質資源化利用和環境汙染修復領域，尤其涉及一種農業生產過程中利用生物炭去除汙水中除草劑等農藥殘留的方法。
【背景技術】
[0002]化學農藥由於其在控制有害生物中發揮著舉足輕重的作用，己經成為農業生產與城市綠化的必要物質保障，其應用範圍也從開始的農作物害蟲防治擴展到如今的除草、植物生長調節等諸多領域。中國是農業大國，農藥生產和使用量均列世界前茅。適當的使用化學農藥可以有效地起到防治病蟲草害的作用，增加農作物的產量，提高農民的年收入。據統計，農作物病蟲草害引起的損失可達35%~45%，每年通過正確使用農藥可以挽回大約40%左右的農業總產值損失。當前，中國每年僅僅在農業上使用的農藥量就高達30萬噸，可以說農藥是農業生產與發展的基礎保障，而除草劑的使用更是超過農藥總使用量的30%。近年來，隨著農產品收購價格的不斷提升、抗藥性雜草的產生以及少耕和免耕栽培面積的擴大，使得滅生性除草劑(如草甘膦、百草枯)，醯胺類除草劑(如乙草胺、異丙草胺、丁草胺)，三氮苯類除草劑(如莠去津、氰草津、西瑪津、撲草津)和磺醯脲類除草劑(如煙嘧磺隆、碸嘧磺隆)等品種市場需求呈上升趨勢。其中不少是中國以外的國家和地區早已禁止使用或限制使用的劇毒、高殘留農藥，不僅對環境造成汙染，其中有些甚至還直接危害到人體的健康。故中國農業部、工信部、國家質檢總局於2012年4月24日聯合發布第1745號公告，自2014年7月I日起，停止百草枯水劑生產，2016年7月I日停止百草枯水劑在中國內銷售和使用。由於除草劑的大量使用給農業生態系統帶來的種種問題，故尋求合適的技術手段防治和修復受汙染農業環境迫在眉睫。
[0003]生物炭(biochar)屬於黑炭(black char)範疇的一種,具有農用意義、能源生產、環境效益等多方面重要性，通`過一定技術手段製備的生物炭在改良土壤肥力、碳庫中的「增匯減排」作用和環境汙染修復手段等方面已經顯示出其突出的功效，並且由於製備生物炭的原材料來源廣泛，使得其在農業和環境中具有廣闊的應用前景，近年來成為土壤學和環境科學領域的研究熱點。生物炭影響農業土壤環境中持久性有機物汙染物、重金屬、農藥、氮磷等的形態、遷移轉化、生物有效性及生態效應等均已被廣泛的研究人員所報導。來源於植物的農林廢棄物主要是由C、H、O、N、S等元素組成，富含多種可利用生物質，其中纖維素和半纖維素是重要的兩種。作為傳統的農業大國，中國生物質種類多樣、分布廣泛，資源豐富，每年產生的農林廢棄物達到7億多噸，利用炭化技術製成生物炭是一種變廢為寶的新途徑，同時有助於解決農業環境問題，發展前景廣闊。
【發明內容】
[0004]有鑑於此，本發明的目的是提供一種利用生物炭去除汙水中除草劑的方法，採用農林生產過程中產生的廢棄物作為生物質原料製備生物炭，並用此生物炭去除汙水中的除草劑，成本低廉、處理效果好，且有益於農林廢棄物資源化循環利用。[0005]為解決以上技術問題，本發明的技術方案是:
[0006]一種利用生物炭去除汙水中除草劑的方法，包括如下具體步驟:
[0007]( I)將農林廢棄物處理成乾燥的粉末狀生物質原材料；
[0008](2)將生物質原材料置入絕氧、通保護氣體且密封的處理器中，進行兩階段的升溫處理，第一階段的升溫處理為從常溫快速升溫至220°C~260°C，第二階段的升溫處理為從第一階段的終溫慢速升至350°C~750°C，繼續隔氧裂解1-3個小時；
[0009](3)然後冷卻至 室溫，將步驟(2)得到的物質依次經過研磨、活化劑活化、洗滌和烘乾後得到固體生物炭；
[0010](4)將固體生物炭和受農藥汙染的水按固液比例0.5%~10%充分混合，恆溫避光振蕩，以去除各種除草劑。
[0011]優選地，所述農林廢棄物為植物源農林廢棄物或動物源畜禽糞便，所述植物源農林廢棄物為水稻秸杆、水稻殼、木屑、中藥渣、花生殼中的任意一種或多種；所述動物源畜禽糞便為雞糞、豬糞、牛糞中的任意一種或多種。
[0012]優選地，步驟(1)中，將農林廢棄物依次經過除雜、洗滌、乾燥和粉碎，得到乾燥的粉末狀生物質原材料，其中，乾燥條件為:在烘箱中100~120°C下烘烤6~24小時。
[0013]優選地，所述處理裝置為氣氛箱式爐或真空管式爐，通過抽真空和通入保護氣體使所述處理裝置內腔形成真空或絕氧狀態。
[0014]優選地，進行第一階段的升溫處理時，升溫速率為6°C /min~10°C /min。
[0015]優選地，進行第二階段的升溫處理時，升溫速率為2V Mn~4°C /min。
[0016]優選地，第一階段的升溫處理時，當升溫到終溫後保溫25~55分鐘。
[0017]優選地，所述除草劑包括阿特拉津、草甘膦、百草枯、異丙隆、異丙甲草胺的一種或多種。
[0018]優選地，步驟(3)中，研磨後經過20~100目篩。
[0019]優選地，步驟(4)中，所述恆溫避光震蕩為:在24°C~26°C的恆溫下震蕩12小時~48小時。
[0020]本發明利用生物炭去除汙水中除草劑的方法，由於採用合適工藝製備得到生物炭，再用此生物炭與受農藥汙染的水按合適的固液比混合，然後按合理的方法進行處理，因而具有如下有益效果:
[0021](I)本發明所用的生物炭，其製備工藝簡單，實驗室內即可完成，利用水稻秸杆、水稻殼、木屑、中藥渣、花生殼、雞糞、豬糞、牛糞等農林廢棄生物質為原材料，價格低廉，原料充足易得，且有益於環境保護；
[0022](2)本發明所用的生物炭，具有疏鬆多孔特徵，比表面積大、表面能高，生物炭表面官能團包括羧基、酚羥基、羰基、酸酐、內酯等多種基團，並具有很大的陽離子交換量(CEC)，這些特徵構成了生物炭具有良好的吸附特性，能夠對汙水中的除草劑進行有效吸附，去除率聞;
[0023](3)本發明所用的生物炭有助於環境中CO2的固定，同時有利於減少溫室氣體的排放，對氣候變暖這個全球性問題的減緩具有積極的促進作用；
[0024](4)本發明所用的生物炭，其製備的同時產生的生物焦油、氣體燃料等屬於能源化工領域，可以增加附加值，降低生產成本。【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明利用生物炭去除汙水中除草劑的方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為了使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面通過具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
[0027]參見圖1，本發明的利用生物炭去除汙水中除草劑的方法，包括如下步驟:
[0028](1)將農林廢棄物進處理成乾燥的粉末狀生物質原材料；
[0029]其中，農林廢棄物生物質可為稻杆或稻殼、木屑、中藥渣、花生殼等等；
[0030]處理手段可包括除雜、洗滌、乾燥、粉碎過篩；
[0031](2)將生物質原材料置入絕氧、通保護氣體且密封的處理器中，進行兩階段的升溫處理，第一階段的升溫處理為從常溫快速升溫至220°C~260°C，第二階段的升溫處理為從第一階段的終溫慢速升至350°C~750°C，繼續隔氧裂解1-3個小時；
[0032]其中，處理器中採用抽真空、通氮氣等保護氣體、密封的處理，形成處理環境。在此步驟中，通過快速升溫，使生物質裂解，排出水分、硫化物、可燃氣體；然後再通過慢速升溫至高溫，在高溫下隔氧裂解，排出木醋液、生物焦油，得到的生物焦油回收利用；
[0033](3)然後冷卻至室溫，將步驟(2)得到的物質依次經過研磨、活化劑活化、洗滌和烘乾後得到固體生物炭；
[0034](4)將固體生物炭和受農藥汙染的水按固液比例0.5%~10%充分混合，恆溫避光振蕩，以去除各種除草劑。
[0035]本發明的利用生物炭去除汙水中除草劑的方法中涉及的農林廢棄物製備生物炭的產率計算公式如下:
[0036]
【權利要求】
1.一種利用生物炭去除汙水中除草劑的方法，其特徵在於，包括如下具體步驟: (1)將農林廢棄物處理成乾燥的粉末狀生物質原材料； (2)將生物質原材料置入絕氧、通保護氣體且密封的處理器中，進行兩階段的升溫處理，第一階段的升溫處理為從常溫快速升溫至220°C~260°C，第二階段的升溫處理為從第一階段的終溫慢速升至350°C~750°C，繼續隔氧裂解1-3小時； (3)然後冷卻至室溫，將步驟(2)得到的物質依次經過研磨、活化劑活化、洗滌和烘乾後得到固體生物炭； (4)將固體生物炭和受農藥汙染的水按固液比例0.5%~10%充分混合，恆溫避光振蕩，以去除各種除草劑。
2.根據權利要求1所述的基於農林廢棄物製備生物炭的方法，其特徵在於，所述農林廢棄物為植物源農林廢棄物或動物源畜禽糞便，所述植物源農林廢棄物為水稻秸杆、水稻殼、木屑、中藥渣、花生殼中的任意一種或多種；所述動物源畜禽糞便為雞糞、豬糞、牛糞中的任意一種或多種。
3.根據權利要求1所述的利用生物炭去除汙水中除草劑的方法，其特徵在於，步驟(1)中，將農林廢棄物依次經過除雜、洗滌、乾燥和粉碎，得到乾燥的粉末狀生物質原材料，其中，乾燥條件為:在烘箱中100~120°C下烘烤6~24小時。
4.根據權利要求1所述的利用生物炭去除汙水中除草劑的方法，其特徵在於，所述處理裝置為氣氛箱式爐或真空管式爐，通過抽真空和通入保護氣體使所述處理裝置內腔形成真空或絕氧狀態。
5.根據權利要求1所述的利用生物炭去除汙水中除草劑的方法，其特徵在於，進行第一階段的升溫處理時，升`溫速率為6°C /min~10°C /min。
6.根據權利要求1所述的利用生物炭去除汙水中除草劑的方法，其特徵在於，進行第二階段的升溫處理時，升溫速率為2V /min~4°C /min。
7.根據權利要求1所述的利用生物炭去除汙水中除草劑的方法，其特徵在於，進行第一階段的升溫處理時，當升溫到終溫後保溫25~55分鐘。
8.根據權利要求1所述的利用生物炭去除汙水中除草劑的方法，其特徵在於，所述除草劑包括阿特拉津、草甘膦、百草枯、異丙隆、異丙甲草胺的一種或多種。
9.根據權利要求1所述的利用生物炭去除汙水中除草劑的方法，其特徵在於，步驟(3)中，研磨後經過20~100目篩。
10.根據權利要求1所述的利用生物炭去除汙水中除草劑的方法，其特徵在於，步驟(4)中，所述恆溫避光震蕩為:在24°C~26°C的恆溫下震蕩12小時~48小時。
【文檔編號】C02F1/28GK103864169SQ201410120718
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月27日 優先權日:2014年3月27日
【發明者】李衍亮, 劉忠珍, 黃玉芬, 楊少海, 魏嵐, 歐俊, 許桂芝, 李倩, 易雲 申請人:廣東省農業科學院農業資源與環境研究所