利用生物炭去除污水中除草剂的方法

　　申请日2014.03.27

　　公开(公告)日2014.06.18

　　IPC分类号C02F1/28

　　摘要

　　本发明公开一种利用生物炭去除污水中除草剂的方法，包括如下具体步骤：(1)将农林废弃物处理成干燥的粉末状生物质原材料;(2)将生物质原材料置入绝氧并通保护气体且密封的处理器中，进行两阶段的升温处理，第一阶段的升温处理为从常温快速升温至220℃～260℃，第二阶段的升温处理为从第一阶段的终温慢速升至350℃～750℃，继续隔氧裂解1-3小时;(3)然后冷却至室温，将步骤(2)得到的物质依次经过研磨过筛、活化剂活化2-6个小时、洗涤和烘干后得到固体生物炭;(4)将固体生物炭和受农药污染的水按固液比例0.5%～10%充分混合，恒温避光振荡，以去除各种除草剂。本发明的方法成本低廉、处理效果好，且有益于农林废弃物资源化循环利用。

　　权利要求书

　　1.一种利用生物炭去除污水中除草剂的方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

　　(1)将农林废弃物处理成干燥的粉末状生物质原材料;

　　(2)将生物质原材料置入绝氧、通保护气体且密封的处理器中，进行两阶段的升温处理，第一阶段的升温处理为从常温快速升温至220℃～260℃，第二阶段的升温处理为从第一阶段的终温慢速升至350℃～750℃，继续隔氧裂解1-3小时;

　　(3)然后冷却至室温，将步骤(2)得到的物质依次经过研磨、活化剂活化、洗涤和烘干后得到固体生物炭;

　　(4)将固体生物炭和受农药污染的水按固液比例0.5%～10%充分混合，恒温避光振荡，以去除各种除草剂。

　　2.根据权利要求1所述的基于农林废弃物制备生物炭的方法，其特征在于，所述农林废弃物为植物源农林废弃物或动物源畜禽粪便，所述植物源农林废弃物为水稻秸秆、水稻壳、木屑、中药渣、花生壳中的任意一种或多种;所述动物源畜禽粪便为鸡粪、猪粪、牛粪中的任意一种或多种。

　　3.根据权利要求1所述的利用生物炭去除污水中除草剂的方法，其特征在于，步骤(1)中，将农林废弃物依次经过除杂、洗涤、干燥和粉碎，得到干燥的粉末状生物质原材料，其中，干燥条件为：在烘箱中100～120℃下烘烤6～24小时。

　　4.根据权利要求1所述的利用生物炭去除污水中除草剂的方法，其特征在于，所述处理装置为气氛箱式炉或真空管式炉，通过抽真空和通入保护气体使所述处理装置内腔形成真空或绝氧状态。

　　5.根据权利要求1所述的利用生物炭去除污水中除草剂的方法，其特征在于，进行第一阶段的升温处理时，升温速率为6℃/min～10℃/min。

　　6.根据权利要求1所述的利用生物炭去除污水中除草剂的方法，其特征在于，进行第二阶段的升温处理时，升温速率为2℃/min～4℃/min。

　　7.根据权利要求1所述的利用生物炭去除污水中除草剂的方法，其特征在于，进行第一阶段的升温处理时，当升温到终温后保温25～55分钟。

　　8.根据权利要求1所述的利用生物炭去除污水中除草剂的方法，其特征在于，所述除草剂包括阿特拉津、草甘膦、百草枯、异丙隆、异丙甲草胺的一种或多种。

　　9.根据权利要求1所述的利用生物炭去除污水中除草剂的方法，其特征在于，步骤(3)中，研磨后经过20～100目筛。

　　10.根据权利要求1所述的利用生物炭去除污水中除草剂的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述恒温避光震荡为：在24℃～26℃的恒温下震荡12小时～48小时。

　　说明书

　　一种利用生物炭去除污水中除草剂的方法

　　技术领域

　　本发明涉及生物质资源化利用和环境污染修复领域，尤其涉及一种农业生产过程中利用生物炭去除污水中除草剂等农药残留的方法。

　　背景技术

　　化学农药由于其在控制有害生物中发挥着举足轻重的作用，己经成为农业生产与城市绿化的必要物质保障，其应用范围也从开始的农作物害虫防治扩展到如今的除草、植物生长调节等诸多领域。中国是农业大国，农药生产和使用量均列世界前茅。适当的使用化学农药可以有效地起到防治病虫草害的作用，增加农作物的产量，提高农民的年收入。据统计，农作物病虫草害引起的损失可达35%～45%，每年通过正确使用农药可以挽回大约40%左右的农业总产值损失。当前，中国每年仅仅在农业上使用的农药量就高达30万吨，可以说农药是农业生产与发展的基础保障，而除草剂的使用更是超过农药总使用量的30%。近年来，随着农产品收购价格的不断提升、抗药性杂草的产生以及少耕和免耕栽培面积的扩大，使得灭生性除草剂(如草甘膦、百草枯)，酰胺类除草剂(如乙草胺、异丙草胺、丁草胺)，三氮苯类除草剂(如莠去津、氰草津、西玛津、扑草津)和磺酰脲类除草剂(如烟嘧磺隆、砜嘧磺隆)等品种市场需求呈上升趋势。其中不少是中国以外的国家和地区早已禁止使用或限制使用的剧毒、高残留农药，不仅对环境造成污染，其中有些甚至还直接危害到人体的健康。故中国农业部、工信部、国家质检总局于2012年4月24日联合发布第1745号公告，自2014年7月1日起，停止百草枯水剂生产，2016年7月1 日停止百草枯水剂在中国内销售和使用。由于除草剂的大量使用给农业生态系统带来的种种问题，故寻求合适的技术手段防治和修复受污染农业环境迫在眉睫。

　　生物炭(biochar)属于黑炭(black char)范畴的一种，具有农用意义、能源生产、环境效益等多方面重要性，通过一定技术手段制备的生物炭在改良土壤肥力、碳库中的“增汇减排”作用和环境污染修复手段等方面已经显示出其突出的功效，并且由于制备生物炭的原材料来源广泛，使得其在农业和环境中具有广阔的应用前景，近年来成为土壤学和环境科学领域的研究热点。生物炭影响农业土壤环境中持久性有机物污染物、重金属、农药、氮磷等的形态、迁移转化、生物有效性及生态效应等均已被广泛的研究人员所报道。来源于植物的农林废弃物主要是由C、H、O、N、 S等元素组成，富含多种可利用生物质，其中纤维素和半纤维素是重要的两种。作为传统的农业大国，中国生物质种类多样、分布广泛，资源丰富，每年产生的农林废弃物达到7亿多吨，利用炭化技术制成生物炭是一种变废为宝的新途径，同时有助于解决农业环境问题，发展前景广阔。

　　发明内容

　　有鉴于此，本发明的目的是提供一种利用生物炭去除污水中除草剂的方法，采用农林生产过程中产生的废弃物作为生物质原料制备生物炭，并用此生物炭去除污水中的除草剂，成本低廉、处理效果好，且有益于农林废弃物资源化循环利用。

　　为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：

　　一种利用生物炭去除污水中除草剂的方法，包括如下具体步骤：

　　(1)将农林废弃物处理成干燥的粉末状生物质原材料;

　　(2)将生物质原材料置入绝氧、通保护气体且密封的处理器中，进行两阶段的升温处理，第一阶段的升温处理为从常温快速升温至220℃～260℃，第二阶段的升温处理为从第一阶段的终温慢速升至350℃～750℃，继续隔氧裂解1-3个小时;

　　(3)然后冷却至室温，将步骤(2)得到的物质依次经过研磨、活化剂活化、洗涤和烘干后得到固体生物炭;

　　(4)将固体生物炭和受农药污染的水按固液比例0.5%～10%充分混合，恒温避光振荡，以去除各种除草剂。

　　优选地，所述农林废弃物为植物源农林废弃物或动物源畜禽粪便，所述植物源农林废弃物为水稻秸秆、水稻壳、木屑、中药渣、花生壳中的任意一种或多种;所述动物源畜禽粪便为鸡粪、猪粪、牛粪中的任意一种或多种。

　　优选地，步骤(1)中，将农林废弃物依次经过除杂、洗涤、干燥和粉碎，得到干燥的粉末状生物质原材料，其中，干燥条件为：在烘箱中100～120℃下烘烤6～ 24小时。

　　优选地，所述处理装置为气氛箱式炉或真空管式炉，通过抽真空和通入保护气体使所述处理装置内腔形成真空或绝氧状态。

　　优选地，进行第一阶段的升温处理时，升温速率为6℃/min～10℃/min。

　　优选地，进行第二阶段的升温处理时，升温速率为2℃/min～4℃/min。

　　优选地，第一阶段的升温处理时，当升温到终温后保温25～55分钟。

　　优选地，所述除草剂包括阿特拉津、草甘膦、百草枯、异丙隆、异丙甲草胺的一种或多种。

　　优选地，步骤(3)中，研磨后经过20～100目筛。

　　优选地，步骤(4)中，所述恒温避光震荡为：在24℃～26℃的恒温下震荡12 小时～48小时。

　　本发明利用生物炭去除污水中除草剂的方法，由于采用合适工艺制备得到生物炭，再用此生物炭与受农药污染的水按合适的固液比混合，然后按合理的方法进行处理，因而具有如下有益效果：

　　(1)本发明所用的生物炭，其制备工艺简单，实验室内即可完成，利用水稻秸秆、水稻壳、木屑、中药渣、花生壳、鸡粪、猪粪、牛粪等农林废弃生物质为原材料，价格低廉，原料充足易得，且有益于环境保护;

　　(2)本发明所用的生物炭，具有疏松多孔特征，比表面积大、表面能高，生物炭表面官能团包括羧基、酚羟基、羰基、酸酐、内酯等多种基团，并具有很大的阳离子交换量(CEC)，这些特征构成了生物炭具有良好的吸附特性，能够对污水中的除草剂进行有效吸附，去除率高;

　　(3)本发明所用的生物炭有助于环境中CO2的固定，同时有利于减少温室气体的排放，对气候变暖这个全球性问题的减缓具有积极的促进作用;