一種利用生物炭去除污水中除草劑的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種利用生物炭去除污水中除草劑的方法，包括如下具體步驟：（1）將農(nóng)林廢棄物處理成干燥的粉末狀生物質(zhì)原材料；（2）將生物質(zhì)原材料置入絕氧并通保護(hù)氣體且密封的處理器中，進(jìn)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(xù)隔氧裂解1-3小時；（3）然后冷卻至室溫，將步驟（2）得到的物質(zhì)依次經(jīng)過研磨過篩、活化劑活化2-6個小時、洗滌和烘干后得到固體生物炭；（4）將固體生物炭和受農(nóng)藥污染的水按固液比例0.5%～10%充分混合，恒溫避光振蕩，以去除各種除草劑。本發(fā)明的方法成本低廉、處理效果好，且有益于農(nóng)林廢棄物資源化循環(huán)利用。
【專利說明】一種利用生物炭去除污水中除草劑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物質(zhì)資源化利用和環(huán)境污染修復(fù)領(lǐng)域，尤其涉及一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中利用生物炭去除污水中除草劑等農(nóng)藥殘留的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]化學(xué)農(nóng)藥由于其在控制有害生物中發(fā)揮著舉足輕重的作用，己經(jīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與城市綠化的必要物質(zhì)保障，其應(yīng)用范圍也從開始的農(nóng)作物害蟲防治擴(kuò)展到如今的除草、植物生長調(diào)節(jié)等諸多領(lǐng)域。中國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)藥生產(chǎn)和使用量均列世界前茅。適當(dāng)?shù)氖褂没瘜W(xué)農(nóng)藥可以有效地起到防治病蟲草害的作用，增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，提高農(nóng)民的年收入。據(jù)統(tǒng)計，農(nóng)作物病蟲草害引起的損失可達(dá)35%~45%，每年通過正確使用農(nóng)藥可以挽回大約40%左右的農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值損失。當(dāng)前，中國每年僅僅在農(nóng)業(yè)上使用的農(nóng)藥量就高達(dá)30萬噸，可以說農(nóng)藥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展的基礎(chǔ)保障，而除草劑的使用更是超過農(nóng)藥總使用量的30%。近年來，隨著農(nóng)產(chǎn)品收購價格的不斷提升、抗藥性雜草的產(chǎn)生以及少耕和免耕栽培面積的擴(kuò)大，使得滅生性除草劑(如草甘膦、百草枯)，酰胺類除草劑(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)和磺酰脲類除草劑(如煙嘧磺隆、砜嘧磺隆)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(qū)早已禁止使用或限制使用的劇毒、高殘留農(nóng)藥，不僅對環(huán)境造成污染，其中有些甚至還直接危害到人體的健康。故中國農(nóng)業(yè)部、工信部、國家質(zhì)檢總局于2012年4月24日聯(lián)合發(fā)布第1745號公告，自2014年7月I日起，停止百草枯水劑生產(chǎn)，2016年7月I日停止百草枯水劑在中國內(nèi)銷售和使用。由于除草劑的大量使用給農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)帶來的種種問題，故尋求合適的技術(shù)手段防治和修復(fù)受污染農(nóng)業(yè)環(huán)境迫在眉睫。
[0003]生物炭(biochar)屬于黑炭(black char)范疇的一種,具有農(nóng)用意義、能源生產(chǎn)、環(huán)境效益等多方面重要性，通`過一定技術(shù)手段制備的生物炭在改良土壤肥力、碳庫中的“增匯減排”作用和環(huán)境污染修復(fù)手段等方面已經(jīng)顯示出其突出的功效，并且由于制備生物炭的原材料來源廣泛，使得其在農(nóng)業(yè)和環(huán)境中具有廣闊的應(yīng)用前景，近年來成為土壤學(xué)和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。生物炭影響農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境中持久性有機(jī)物污染物、重金屬、農(nóng)藥、氮磷等的形態(tài)、遷移轉(zhuǎn)化、生物有效性及生態(tài)效應(yīng)等均已被廣泛的研究人員所報道。來源于植物的農(nóng)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(zhì)，其中纖維素和半纖維素是重要的兩種。作為傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，中國生物質(zhì)種類多樣、分布廣泛，資源豐富，每年產(chǎn)生的農(nóng)林廢棄物達(dá)到7億多噸，利用炭化技術(shù)制成生物炭是一種變廢為寶的新途徑，同時有助于解決農(nóng)業(yè)環(huán)境問題，發(fā)展前景廣闊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種利用生物炭去除污水中除草劑的方法，采用農(nóng)林生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物作為生物質(zhì)原料制備生物炭，并用此生物炭去除污水中的除草劑，成本低廉、處理效果好，且有益于農(nóng)林廢棄物資源化循環(huán)利用。[0005]為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]一種利用生物炭去除污水中除草劑的方法，包括如下具體步驟:
[0007]( I)將農(nóng)林廢棄物處理成干燥的粉末狀生物質(zhì)原材料；
[0008](2)將生物質(zhì)原材料置入絕氧、通保護(hù)氣體且密封的處理器中，進(jìn)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(xù)隔氧裂解1-3個小時；
[0009](3)然后冷卻至 室溫，將步驟(2)得到的物質(zhì)依次經(jīng)過研磨、活化劑活化、洗滌和烘干后得到固體生物炭；
[0010](4)將固體生物炭和受農(nóng)藥污染的水按固液比例0.5%~10%充分混合，恒溫避光振蕩，以去除各種除草劑。
[0011]優(yōu)選地，所述農(nóng)林廢棄物為植物源農(nóng)林廢棄物或動物源畜禽糞便，所述植物源農(nóng)林廢棄物為水稻秸桿、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(yōu)選地，步驟(1)中，將農(nóng)林廢棄物依次經(jīng)過除雜、洗滌、干燥和粉碎，得到干燥的粉末狀生物質(zhì)原材料，其中，干燥條件為:在烘箱中100~120°C下烘烤6~24小時。
[0013]優(yōu)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(hù)氣體使所述處理裝置內(nèi)腔形成真空或絕氧狀態(tài)。
[0014]優(yōu)選地，進(jìn)行第一階段的升溫處理時，升溫速率為6°C /min~10°C /min。
[0015]優(yōu)選地，進(jìn)行第二階段的升溫處理時，升溫速率為2V Mn~4°C /min。
[0016]優(yōu)選地，第一階段的升溫處理時，當(dāng)升溫到終溫后保溫25~55分鐘。
[0017]優(yōu)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(yōu)選地，步驟(3)中，研磨后經(jīng)過20~100目篩。
[0019]優(yōu)選地，步驟(4)中，所述恒溫避光震蕩為:在24°C~26°C的恒溫下震蕩12小時~48小時。
[0020]本發(fā)明利用生物炭去除污水中除草劑的方法，由于采用合適工藝制備得到生物炭，再用此生物炭與受農(nóng)藥污染的水按合適的固液比混合，然后按合理的方法進(jìn)行處理，因而具有如下有益效果:
[0021](I)本發(fā)明所用的生物炭，其制備工藝簡單，實(shí)驗室內(nèi)即可完成，利用水稻秸桿、水稻殼、木屑、中藥渣、花生殼、雞糞、豬糞、牛糞等農(nóng)林廢棄生物質(zhì)為原材料，價格低廉，原料充足易得，且有益于環(huán)境保護(hù)；
[0022](2)本發(fā)明所用的生物炭，具有疏松多孔特征，比表面積大、表面能高，生物炭表面官能團(tuán)包括羧基、酚羥基、羰基、酸酐、內(nèi)酯等多種基團(tuán)，并具有很大的陽離子交換量(CEC)，這些特征構(gòu)成了生物炭具有良好的吸附特性，能夠?qū)ξ鬯械某輨┻M(jìn)行有效吸附，去除率聞;
[0023](3)本發(fā)明所用的生物炭有助于環(huán)境中CO2的固定，同時有利于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(jìn)作用；
[0024](4)本發(fā)明所用的生物炭，其制備的同時產(chǎn)生的生物焦油、氣體燃料等屬于能源化工領(lǐng)域，可以增加附加值，降低生產(chǎn)成本?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明利用生物炭去除污水中除草劑的方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0027]參見圖1，本發(fā)明的利用生物炭去除污水中除草劑的方法，包括如下步驟:
[0028](1)將農(nóng)林廢棄物進(jìn)處理成干燥的粉末狀生物質(zhì)原材料；
[0029]其中，農(nóng)林廢棄物生物質(zhì)可為稻桿或稻殼、木屑、中藥渣、花生殼等等；
[0030]處理手段可包括除雜、洗滌、干燥、粉碎過篩；
[0031](2)將生物質(zhì)原材料置入絕氧、通保護(hù)氣體且密封的處理器中，進(jìn)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(xù)隔氧裂解1-3個小時；
[0032]其中，處理器中采用抽真空、通氮?dú)獾缺Ｗo(hù)氣體、密封的處理，形成處理環(huán)境。在此步驟中，通過快速升溫，使生物質(zhì)裂解，排出水分、硫化物、可燃?xì)怏w；然后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)然后冷卻至室溫，將步驟(2)得到的物質(zhì)依次經(jīng)過研磨、活化劑活化、洗滌和烘干后得到固體生物炭；
[0034](4)將固體生物炭和受農(nóng)藥污染的水按固液比例0.5%~10%充分混合，恒溫避光振蕩，以去除各種除草劑。
[0035]本發(fā)明的利用生物炭去除污水中除草劑的方法中涉及的農(nóng)林廢棄物制備生物炭的產(chǎn)率計算公式如下:
[0036]
【權(quán)利要求】
1.一種利用生物炭去除污水中除草劑的方法，其特征在于，包括如下具體步驟: (1)將農(nóng)林廢棄物處理成干燥的粉末狀生物質(zhì)原材料； (2)將生物質(zhì)原材料置入絕氧、通保護(hù)氣體且密封的處理器中，進(jìn)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(xù)隔氧裂解1-3小時； (3)然后冷卻至室溫，將步驟(2)得到的物質(zhì)依次經(jīng)過研磨、活化劑活化、洗滌和烘干后得到固體生物炭； (4)將固體生物炭和受農(nóng)藥污染的水按固液比例0.5%~10%充分混合，恒溫避光振蕩，以去除各種除草劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于農(nóng)林廢棄物制備生物炭的方法，其特征在于，所述農(nóng)林廢棄物為植物源農(nóng)林廢棄物或動物源畜禽糞便，所述植物源農(nóng)林廢棄物為水稻秸桿、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(jù)權(quán)利要求1所述的利用生物炭去除污水中除草劑的方法，其特征在于，步驟(1)中，將農(nóng)林廢棄物依次經(jīng)過除雜、洗滌、干燥和粉碎，得到干燥的粉末狀生物質(zhì)原材料，其中，干燥條件為:在烘箱中100~120°C下烘烤6~24小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用生物炭去除污水中除草劑的方法，其特征在于，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(hù)氣體使所述處理裝置內(nèi)腔形成真空或絕氧狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用生物炭去除污水中除草劑的方法，其特征在于，進(jìn)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(jù)權(quán)利要求1所述的利用生物炭去除污水中除草劑的方法，其特征在于，進(jìn)行第二階段的升溫處理時，升溫速率為2V /min~4°C /min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用生物炭去除污水中除草劑的方法，其特征在于，進(jìn)行第一階段的升溫處理時，當(dāng)升溫到終溫后保溫25~55分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用生物炭去除污水中除草劑的方法，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1所述的利用生物炭去除污水中除草劑的方法，其特征在于，步驟(3)中，研磨后經(jīng)過20~100目篩。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用生物炭去除污水中除草劑的方法，其特征在于，步驟(4)中，所述恒溫避光震蕩為:在24°C~26°C的恒溫下震蕩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(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】李衍亮, 劉忠珍, 黃玉芬, 楊少海, 魏嵐, 歐俊, 許桂芝, 李倩, 易云 申請人:廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所