一种用于土壤修复的壳聚糖磁改性材料的制备方法及应用与流程

本发明涉及土壤修复，具体是涉及一种用于土壤修复的壳聚糖磁改性材料的制备方法及应用。

背景技术：

1、重金属原义是指比重大于5的金属(密度大于4.5克每立方厘米的金属)，包括金、银、铜、铁、铅等。重金属污染与其他有机化合物的污染不同，不少有机化合物可以通过自然界本身物理的、化学的或生物的净化，使有害性降低或解除，而重金属具有迁移和富集性，很难在环境中降解。

2、在重金属的开采、冶炼、加工过程中，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤引起严重的环境污染。如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝类体表吸附，产生食物链传递和富集效应，从而对人体健康带来危害风险。现有的修复技术包括物理类修复技术、化学类修复技术、生物类修复技术，生物类的修复环保但周期较长，化学类的修复技术容易产生污染，物理类的修复周期短、见效快，包括淋洗、客土等操作，但其修复成本较高，因此，目前仍需要研究一种快速高效，且成本低廉的修复方法，来有效解决重金属污染土壤修复问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于土壤修复的壳聚糖磁改性材料的制备方法及应用方法。

2、本发明的技术方案是：如图1所示，一种用于土壤修复的壳聚糖磁改性材料的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、生物质预处理：

4、将生物质在室外晒干至生物质含水率达10～15％，再将生物质粉碎后过20目筛，得到生物质碎屑，再将生物质碎屑与盐酸溶液按质量比1：2在50-60℃下混合搅拌20-30min后进行固液分离，得到固相物质；

5、s2、生物质炭制备：

6、将步骤s1中得到的固相物质放入真空加热装置进行加热，以20-30℃/min加热温度至275℃，温度误差±3℃，恒温保持65-85min后将固相物质取出放入热解装置，在600-700℃下热解得到气体和生物质炭，将气体冷凝后送入离心设备进行离心分离，离心分离后得到盐酸和生物质油，再将生物质油与所得到的生物质炭混合送入超声处理装置，在超声波环境下机械搅拌30min后送入回转活化炉中进行活化后得到生物质炭；

7、s3、制备固体混合物：

8、将壳聚糖粉末与醋酸按质量比1:2混合形成混合液a，再将步骤s2中得到的生物质炭和铁砂加入至混合液a中机械搅拌20-30min，生物质炭、铁砂和壳聚糖粉末的质量比为1：1：2，搅拌速度为110-120r/min，得到混合液b，向混合液b中加入naoh溶液调至ph为6.5-7.5后，真空抽滤分离，得到固体混合物；

9、s4、制备磁改性生物质炭材料：

10、将环氧树脂与固化剂按质量比50：1的比例进行混合，得到环氧树脂前躯体，将环氧树脂导入球型磨具中，再将模具加热至80-100℃，保持20-30min，使模具内环氧树脂固化，脱模得到球型固态树脂，在球型固态树脂表面涂抹环氧树脂前躯体，然后在固体混合物中进行反复翻滚至球型固态树脂表面沾满固体混合物，再将球型固态树脂在环境温度为80-100℃的温度下进行固化，固化时间为1-2h，最后形成磁改性生物质炭材料。

11、进一步地，所述磁改性生物质炭材料的粒度为2-5mm的球型物质，球型的比表面积最大，且这种粒度下便于磁改性生物质炭材料的二次筛选。

12、进一步地，所述步骤s1中的盐酸质量百分比浓度为10-25％，这种浓度下可以去除生物质炭表面的杂质，且热解效果好。

13、进一步地，所述步骤s2中超声处理装置的功率为1000-1200w，超声波频率为15-20khz，超声处理的效果好。

14、进一步地，所述步骤s2中回转活化炉的活化温度为300-500℃，活化时长为5-7h，这样的参数下生物质炭的活化效果好，活化效率高。

15、进一步地，所述步骤s3中醋酸的质量百分比浓度为10-20％，naoh溶液浓度为40-52％，能够缩短真空抽滤所需时间，提高生产效率。

16、进一步地，所述步骤s4中固化剂由以下重量份的成分组成：3-5份玉米芯酶解木质素、6-12份氯化胆碱、5-10份尿素，这种固化剂无毒无害，不会对土壤造成二次污染。

17、进一步地，利用上述方法制备得到的壳聚糖复合磁改性生物质炭材料的应用，将其应用于土壤修复中：

18、所述应用方法为：

19、a：将磁改性生物质炭材料撒在待修复污染土壤中，通过翻耕机器进行翻耕处理，翻耕工具采用非铁磁材料制成，翻耕次数为1-2次，翻耕深度20-30cm，翻耕的间距为15-20cm；翻耕完成后在土壤上定期浇水，浇水周期为10日/次，一个月后再次继续翻耕处理，重复上述操作；

20、b：磁改性生物质炭材料放入土壤中两个月后，采用铁质翻耕工机具对土壤进行翻耕，翻耕次数为2-3次，每翻耕10-20m清理翻耕工具上的磁改性生物质炭材料，并进行收集；

21、c：将收集的磁改性生物质炭材料进行表面处理，打磨去除磁改性生物质炭材料表的固体混合物，然后得到球型固态树脂，再将球型固态树脂表面涂抹所述步骤s4中的环氧树脂前躯体，然后在固体混合物中进行反复翻滚至球型固态树脂表面沾满固体混合物，再将球型固态树脂在环境温度为80-100℃的温度下进行固化，固化时间为1-2h，再次形成新的磁改性生物质炭材料。

22、上述这种应用方法可以对吸附重金属元素的磁改性生物质炭材料进行二次加工，降低了磁改性生物质炭材料的制造成本。

23、进一步地，上述应用中，所述步骤c中的表面处理是将收集的磁改性生物质炭材料与球型磨珠按质量比1：1混合放入混料机中高速搅拌，使磁改性生物质炭材料表面固体混合物脱落，然后通过磁筛选，将球型固态树脂筛选出来，通过球型磨珠打磨掉吸附有重金属元素的磁改性生物质炭材料，打磨效果最好。

24、进一步地，所述磁改性生物质炭材料撒在待修复污染土壤中的撒入量为0.8-1kg/m2，这种撒入量下重金属污染土壤的修复效果最好。

25、本发明的有益效果是：

26、本发明通过活性生物质炭对重金属元素产生吸附作用，再通过壳聚糖所含的官能团与多种重金属元素结合，然后再通过磁性吸附将土壤中的壳聚糖复合磁改性生物质炭材料筛出，进而降低土壤中重金属含量。本发明的壳聚糖复合磁改性生物质炭材料回收后，打磨去除表面富含的重金属物质后，可作为半成品进行二次加工成为新的壳聚糖复合磁改性生物质炭材料，进而降低了污染土壤修复的成本。

技术特征：

1.一种用于土壤修复的壳聚糖磁改性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种用于土壤修复的壳聚糖磁改性材料的制备方法，其特征在于，所述磁改性生物质炭材料的粒度为2-5mm的球型物质。

3.如权利要求1所述的一种用于土壤修复的壳聚糖磁改性材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中的盐酸溶液的质量浓度为10-25％。

4.如权利要求1所述的一种用于土壤修复的壳聚糖磁改性材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中超声处理装置的功率为1000-1200w，超声波频率为15-20khz。

5.如权利要求1所述的一种用于土壤修复的壳聚糖磁改性材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中回转活化炉的活化温度为300-500℃，活化时长为5-7h。

6.如权利要求1所述的一种用于土壤修复的壳聚糖磁改性材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中醋酸的质量百分比浓度为10-20％，naoh溶液浓度为40-52％。

7.如权利要求1所述的一种用于土壤修复的壳聚糖磁改性材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中固化剂由以下重量份的成分组成：3-5份玉米芯酶解木质素、6-12份氯化胆碱、5-10份尿素。

8.如权利要求1～7任意一项所述方法制备得到的壳聚糖复合磁改性生物质炭材料的应用，其特征在于，将其应用于土壤修复中；

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述步骤c中的表面处理是将收集的磁改性生物质炭材料与球型磨珠按质量比1：1混合放入混料机中高速搅拌，使磁改性生物质炭材料表面固体混合物脱落，然后通过磁筛选，将球型固态树脂筛选出来。

10.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述步骤c中的表面处理是将收集的磁改性生物质炭材料与球型磨珠按质量比1：1混合放入混料机中高速搅拌，然后通过磁筛选，将球型固态树脂筛选出来。

技术总结
本发明公开了一种用于土壤修复的壳聚糖磁改性材料的制备方法及应用，属于土壤修复技术领域，包括以下步骤：S1、生物质预处理：对生物质进行预处理得到固相物质；S2、生物质炭制备：对固相物质进行热解、活化后得到生物质炭；S3、制备固体混合物：将生物质炭与壳聚糖混合制备固体混合物；S4、制备磁改性生物质炭材料：将环氧树脂固化形成球型，再将固体物质通过环氧树脂固定在球型固态树脂表面，得到磁改性生物质炭材料，本发明可有效提高重金属污染土壤的修复效率，降低污染土壤修复的成本。

技术研发人员：李明,王磊,张亚,陈玉东,姜锦林,石佳奇,万金忠,龙涛
受保护的技术使用者：生态环境部南京环境科学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14