一种改性香蕉茎杆生物质炭的制备方法与流程

本发明属于废物资源化利用和水污染处理技术领域，具体涉及一种改性香蕉茎杆生物质炭的制备方法。

背景技术：

目前，全世界磷资源已严重短缺，同时规模化农业和工业生产又导致大量的氮、磷等元素排入地表水体中，造成水环境的富营养化。通过从污水和动物粪便中进行磷的回收不仅可以吸附水体氮磷,起到净化水质的作用，又实现了氮的回收和磷的利用，解决了我国复合缓释肥料缺乏等问题，其环境效益和社会效益十分显著。其中通过吸附剂回收废水中的氮、磷元素，由于其具有不产生二次污染，可再生回收等优点而备受重视。目前，最常用的吸附剂有活性碳和改性纤维素等，但是大多吸附剂因成本高或是生产工艺复杂而限制其应用。

一些研究人员为降低成本采用了农业废弃物制备生物质碳进行氮磷的吸附。如采用甘蔗渣、花生壳、竹子、玉米渣、大豆秸秆、橡木、芦苇等不同原料制备的生物质炭处理初始浓度为5.0mg/l的kh2po4溶液，发现花生壳对磷的吸附效果最好，但单位吸附量也只有3.8mg/g。

香蕉属于热带水果，起源于亚洲东南部，是国际性大宗水果，具有生长周期短和产量高等特点，每年收获大量香蕉产品的同时也产生几乎等量的香蕉秸秆等农业废弃物。据2012年资料显示，仅广西一省年产香蕉秸秆614万吨。由于香蕉假茎叶因为含有粘连的胶体和影响动物食欲、降低营养效率的单宁物质，所以，香蕉秸秆极少被蕉农回收利用。目前香蕉秸秆的主要回收利用方式就是直接堆肥。但是香蕉秸秆堆肥过程中占用空间大，降低耕作面积的利用率，会给耕作带来一系列问题。因此大部分的香蕉秸秆被当作农业废弃物四处堆放。在堆放过程中香蕉茎叶腐烂会造成环境污染，香蕉秸秆当作垃圾填埋处理，又会产生大量温室气体，不利于生态环境的可持续发展。为此，如何对香蕉茎叶进行回收利用已成为一个热议的科学课题。为拓展香蕉茎叶的利用价值，一些研究学者将香蕉茎叶用于制造动物饲料、蘑菇培养基、提取木质素及纤维素造纸等各个方面。

为了充分利用广西丰富的香蕉秸秆资源，提高其附加值，根据香蕉茎秆的特性，本发明以香蕉茎秆为主要原料，以氯化镁为改性剂，通过一定的物理和化学方法制备香蕉茎秆生物质碳，并用于吸附水体中的氮、磷元素。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种改性香蕉茎杆生物质炭的制备方法。

本发明思路：以香蕉茎秆为主要材料，经过工艺控制，用氯化镁作改性剂，制得氯化镁改性香蕉茎秆生物质炭，从而提高氮磷吸附效率。

具体步骤为：

(1)将香蕉果实串中间的香蕉茎秆通过榨汁机，榨除香蕉茎秆的内部水分，再将得到的香蕉茎杆渣置于烘箱中，在60~80℃下烘干，最后用万能破碎机破碎后过60目筛，制得香蕉茎秆粉。

(2)将步骤(1)制得的香蕉茎秆粉置于锥形瓶中，按香蕉茎秆粉与氯化镁水溶液固液比为1:10~15g/ml加入浓度为1.0~1.2mol/l的氯化镁水溶液，将锥形瓶加盖密封后进行振荡，振荡频率为150r/min，温度为30℃，振荡时间为1小时，然后再密封浸渍23小时，过滤，所得滤渣在105℃的烘箱中烘干，制得氯化镁改性香蕉茎秆粉。

(3)将步骤(2)制得的氯化镁改性香蕉茎秆粉装入坩埚中，用锡箔纸将坩埚包裹严实，置于马弗炉中，先以20℃/min升温至400℃，再在温度400℃~450℃中贫氧碳化3.5小时，并炉冷至室温。

(4)将步骤(3)获得的产物磨碎，过100目筛，即制得改性香蕉茎杆生物质炭。

本发明方法工艺简单易行，以香蕉茎杆为原材料，原料来源广泛，便于推广，且制得高氮磷吸附性能生物质炭具有绿色环保、处理效率高、经济实用等优点，能够应用于养殖废水、含磷和含氮废水的深度处理，为农业废物香蕉茎秆的利用提供一种新方法、新途径，将香蕉茎秆中的碳元素转化为生物质碳，有效的减少了香蕉茎秆自然降解带来的温室气体排放。本发明方法制备的高氮磷吸附性能生物质炭，其表面会负载镁的氧化物，能够与水中nh4-n和po4-p形成nh4mgpo4·xh2o沉淀，产品对水体中nh4-n和po4-p的最大理论单位吸附量达到了30mg/g和38.5mg/g，吸附氮磷饱和后的生物质碳可作为土壤改良剂改良土壤结构和性能，提高土壤肥力。

附图说明

图1为本发明实施例中制得的改性香蕉茎杆生物质炭吸附氮、磷前后的红外光谱图。

图2为本发明实施例中制得的改性香蕉茎秆生物质炭的射线衍射图。

图3为本发明实施例中制得的改性香蕉茎秆生物质炭的扫描电子显微镜镜检图（1500倍）。

图4为本发明实施例中制得的改性香蕉茎秆生物质炭的扫描电子显微镜镜检图（3000倍）。

图5为本发明实施例中制得的改性香蕉茎秆生物质炭对不同初始浓度值下水溶液中氨氮的吸附影响变化图。

图6为本发明实施例中制得的改性香蕉茎秆生物质炭对不同初始浓度值下水溶液中磷酸根的吸附影响变化图。

具体实施方式

实施例：

(1)将香蕉果实串中间的香蕉茎秆切成小块，通过滚筒榨汁机，榨除香蕉茎秆的内部水分，再将得到的香蕉茎杆渣置于烘箱中，在70℃下烘干，最后用万能破碎机破碎后过60目筛，制得香蕉茎秆粉。

(2)将步骤(1)制得的香蕉茎秆粉置于锥形瓶中，按香蕉茎秆粉与氯化镁水溶液固液比为1:12.5g/ml加入浓度为1.1mol/l的氯化镁水溶液，将锥形瓶加盖密封后进行振荡，振荡频率为150r/min，温度为30℃，振荡时间为1小时，然后再密封浸渍23小时，过滤，所得滤渣在105℃的烘箱中烘干，制得氯化镁改性香蕉茎秆粉。

(3)将步骤(2)制得的氯化镁改性香蕉茎秆粉装入坩埚中，用锡箔纸将坩埚包裹严实，置于马弗炉中，先以20℃/min升温至400℃，再在温度425℃中贫氧碳化3.5小时，并炉冷至室温。

(4)将步骤(3)获得的产物磨碎，过100目筛，即制得改性香蕉茎杆生物质炭。

将本实施例制得的改性香蕉茎秆生物质炭的物相与结构、成分组成以及形貌特征采用x-射线衍射分析（xrd，br-z20），傅里叶变换红外光谱仪（ft-ir，wqf-180）和场发射环境扫描电子显微镜（sem，variomicrocube）进行观察测试，具体见说明书附图1、2、3和4。

本实施例制得的改性香蕉茎秆生物质炭的应用实例具体步骤：

二、氯化镁改性香蕉茎秆生物质炭对氮、磷的吸附效果

(1)使用分析纯氯化铵及磷酸二氢钾配制含n和p浓度分别为150mg/l和80mg/l，200mg/l和30mg/l，300mg/l和50mg/l，500mgl/l和150mg/l，800mgl/l和200mg/l，1000mgl/l和250mg/l的6组待处理液。

(2)分别移取50ml步骤(1)制得的待处理液装瓶于编号锥形瓶中，分别加入本实施例制得的改性香蕉茎秆生物质炭0.5g，加盖密封后进行振荡，振荡频率为150r/min，温度为30℃，振荡时间为4小时。

(3)取步骤(2)的产物用10cm的定性滤纸过滤后取滤液，采用纳氏试剂分光光度法（hj535-2009）测定溶液中氨氮浓度，钼酸铵分光光度法（11893-89）测定溶液中总磷浓度，获得改性香蕉茎秆生物质炭对不同浓度待处理液中氨氮、磷的吸附效果，具体见说明书附图5和图6。