本發(fā)明屬于環(huán)境功能材料和水處理新技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物碳粘土復(fù)合磚塊的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

生物碳是由農(nóng)林廢棄生物質(zhì)通過限氧熱解而產(chǎn)生的含碳固體，具有較強(qiáng)的固碳作用，并在土壤改良和作物增產(chǎn)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值；此外，生物碳具有較大的比表面積和空隙結(jié)構(gòu)，因此可以作為吸附材料而應(yīng)用在環(huán)境修復(fù)中。但由于生物碳通常以粉末或細(xì)小顆粒狀態(tài)存在，且密度較小，使得生物碳在應(yīng)用于水體污染物吸附時(shí)，難以進(jìn)行有效回收，常漂浮于水體表面，很難與水體界面充分接觸；另一方面，生物碳普遍存在機(jī)械強(qiáng)度低的特點(diǎn)，具體表現(xiàn)在生物碳收到擠壓時(shí)會破碎，而限制其在環(huán)境凈化中的大規(guī)模應(yīng)用。

為了解決生物碳的分離回收問題，專利cn104028214提供了一種水熱法制備磁改性生物碳，但是該制備方法需要三氯化鐵和氫氧化鈉，使得造價(jià)提高，且存在使用過程中鐵的溶出和釋放，造成二次污染。專利cn105396552提供了一種成型生物碳制備方法，該方法采用生物質(zhì)、粘土與三氯化鐵三種組分經(jīng)混合、模具成型、熱解得到，其中生物質(zhì)的粒徑優(yōu)選為100-200目，粘土的粒徑優(yōu)選為1200-1800目，三氯化鐵與生物質(zhì)的比例優(yōu)選為(3-5)mmol:1g。雖然成型生物碳的機(jī)械強(qiáng)度較高，吸附效果較好，但顯然生物質(zhì)和粘土顆粒需要過度粉碎過篩而使得制備過程繁瑣費(fèi)時(shí)，制得成型生物碳散失率高，同時(shí)由于加入三氯化鐵，因此同樣存在鐵析出的風(fēng)險(xiǎn)。

顯然提供一種形狀大小可控的生物碳材料，應(yīng)用于大面積水域環(huán)境修復(fù)，具有重要意義。該材料要具有：原材料廣泛，價(jià)格低廉，制備方法簡單，尺寸可控，透水性和機(jī)械強(qiáng)度大，可代替作為填料和鋪設(shè)透水磚使用，不對自然環(huán)境構(gòu)成二次污染。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，并提供一種生物碳粘土復(fù)合磚塊及其制備方法，使生物碳粘土復(fù)合磚塊具有較好透水性能和機(jī)械性能，對污染物具有較好的吸附性能。

本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下：

生物碳粘土復(fù)合磚塊的制備方法，包括以下步驟：

將生物質(zhì)和水按照進(jìn)行預(yù)混合，然后再加入粘土混合，將混合物和成團(tuán)，放入模具中成型，再置于恒溫干燥環(huán)境中干燥，最后在燒磚設(shè)備中燒制成生物碳粘土復(fù)合磚塊；其中，所述的生物質(zhì)為干燥、粉碎并過10-100目篩所得到的生物質(zhì)，所述的粘土為風(fēng)干后過10-100目篩所得到的粘土。

作為優(yōu)選，所述的天然生物質(zhì)為木屑、農(nóng)業(yè)秸稈、稻殼和竹子中的一種或幾種。優(yōu)先為木屑，其中需對木屑進(jìn)行粉碎，并過篩10-100目。當(dāng)然，假如天然生物質(zhì)本身已經(jīng)位于10-100目粒徑范圍內(nèi)，可以無需過篩。

作為優(yōu)選，所述的粘土為高嶺土或蒙脫土。

作為優(yōu)選，水和粘土的質(zhì)量比為1：(1～5)：(1～10)。

作為優(yōu)選，所述的恒溫干燥在40-60℃條件下干燥3h-12h。

作為優(yōu)選，燒制條件為：氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體，升溫速度5～20℃/min,燒制溫度為600℃-900℃，保溫時(shí)間3-6小時(shí)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明制備所需的原料來源廣泛，如木屑、稻殼、秸稈等，原料容易收集，實(shí)現(xiàn)了廢棄生物質(zhì)的資源化利用。

本發(fā)明的制備方法簡單快捷，制備過程無額外試劑添加，對環(huán)境友好，不需要復(fù)雜的儀器設(shè)備，規(guī)?；a(chǎn)潛力大。

本發(fā)明所制備的生物碳粘土磚塊可根據(jù)需要(如作為濕地填料使用或代替透水磚進(jìn)行路面鋪設(shè)，去除雨水徑流中的污染物)，對大小尺寸形狀進(jìn)行調(diào)整，可以大大拓寬其應(yīng)用范圍。

本發(fā)明的制備方法中，先將生物質(zhì)與水混合再與粘土混合的方式能夠顯著提高木屑和粘土的混合均勻性，使制備出的生物碳粘土磚塊性質(zhì)均一，機(jī)械強(qiáng)度大。

本發(fā)明的方法制備得到的生物碳粘土復(fù)合磚塊，可以作為吸附材料，例如用于吸附亞甲基藍(lán)。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1、3生物碳粘土磚塊和比較例1粘土磚塊對亞甲基藍(lán)的吸附動(dòng)力學(xué)曲線；

圖2為實(shí)施例1中亞甲基藍(lán)溶液在662nm處的吸光度隨時(shí)間的變化譜圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步具體的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1

將木屑進(jìn)行干燥粉碎，并過篩40目，將過篩的木屑先與水按照1:2.5進(jìn)行預(yù)混合，然后再按照質(zhì)量比木屑：粘土＝1:6加入粘土混合?；旌暇鶆虻哪拘颊惩翉?fù)合物，團(tuán)成塊狀或在模具中成型，然后在干燥箱中烘干，烘干溫度為40℃，烘干時(shí)間為6小時(shí)。烘干后的木屑粘土塊在氮?dú)獗Ｗo(hù)下的馬弗爐中進(jìn)行燒制，升溫速度10℃/min,溫度為800℃和保溫時(shí)間6小時(shí)，得到生物碳粘土磚塊。

實(shí)施例2

將木屑進(jìn)行干燥粉碎，并過篩50目，將過篩的木屑先與水按照1:3進(jìn)行預(yù)混合，然后再按照質(zhì)量比木屑：粘土＝1:7加入粘土混合。混合均勻的木屑粘土復(fù)合物，團(tuán)成塊狀或在模具中成型，然后在干燥箱中烘干，烘干溫度為60℃，烘干時(shí)間為4小時(shí)。烘干后的木屑粘土塊在氮?dú)獗Ｗo(hù)下的馬弗爐中進(jìn)行燒制，升溫速度10℃/min,溫度為700℃和保溫時(shí)間6小時(shí)，得到生物碳粘土磚塊。

實(shí)施例3

將木屑進(jìn)行干燥粉碎，并過篩80目，將過篩的木屑先與水按照1:4.5進(jìn)行預(yù)混合，然后再按照質(zhì)量比木屑：粘土＝1:10加入粘土混合?；旌暇鶆虻哪拘颊惩翉?fù)合物，團(tuán)成塊狀或在模具中成型，然后在干燥箱中烘干，烘干溫度為60℃，烘干時(shí)間為5小時(shí)。烘干后的木屑粘土塊在氮?dú)獗Ｗo(hù)下的馬弗爐中進(jìn)行燒制，升溫速度10℃/min,溫度為800℃和保溫時(shí)間4小時(shí)，得到生物碳粘土磚塊。

比較例1

將木屑進(jìn)行干燥粉碎，并過篩40目，將過篩的木屑按照1:2.5:6加入水和粘土?；旌暇鶆虻哪拘颊惩翉?fù)合物，團(tuán)成塊狀或在模具中成型，然后在干燥箱中烘干，烘干溫度為40℃，烘干時(shí)間為6小時(shí)。烘干后的木屑粘土塊在氮?dú)獗Ｗo(hù)下的馬弗爐中進(jìn)行燒制，升溫速度10℃/min,溫度為800℃和保溫時(shí)間6小時(shí)，得到生物碳粘土磚塊。

比較例2

將木屑進(jìn)行干燥粉碎，并過篩80目，將過篩的木屑、水和粘土按照1:4.5:10混合。混合均勻的木屑粘土復(fù)合物，團(tuán)成塊狀或在模具中成型，然后在干燥箱中烘干，烘干溫度為60℃，烘干時(shí)間為5小時(shí)。烘干后的木屑粘土塊在氮?dú)獗Ｗo(hù)下的馬弗爐中進(jìn)行燒制，升溫速度10℃/min,溫度為800℃和保溫時(shí)間4小時(shí)，得到生物碳粘土磚塊。

對實(shí)施例1、2、3和比較例1、2中得到的生物碳粘土磚塊散失率(sr)進(jìn)行測定，方法如下：分別取上述生物碳粘土磚塊，105℃烘干后稱其質(zhì)量，記為m0；然后將其放入250ml錐形瓶中，添加150ml純水，將錐形瓶置于搖床上，25℃120r/min震蕩12h，之后用10目篩網(wǎng)過濾，取其中粒徑通過篩網(wǎng)的顆粒(粒徑＞1.5mm)，105℃烘干后稱重，記為m1；散失率：s＝m1/m0*100％；得到散失率的測定結(jié)果見表1，由表1可知，實(shí)施例中的生物碳粘土磚塊的散失率較小，且不因生物碳含量的增加而增加；而對比例中的生物碳粘土磚塊的散失率相對較大。

對實(shí)施例1、2、3和比較例1、2中得到的生物碳粘土磚塊的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行測定：利用粉末壓片機(jī)對上述生物碳粘土磚塊的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測定，測定結(jié)果見表1。由表1可以看出，先將生物質(zhì)與水混合再與粘土混合的方式能夠顯著提高木屑和粘土的混合均勻性，使制備出的生物碳粘土磚塊性質(zhì)均一，機(jī)械強(qiáng)度大。

對實(shí)施例1、2、3和比較例1、2中得到的生物碳粘土磚塊的保水性和孔隙度進(jìn)行測定。保水性測定參考jct945-2005透水磚行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定；孔隙度的測定方法如下：用量具測量試樣的各邊長，每條邊測量一次，取相對邊的平均值，精確至0.1cm。計(jì)算試樣的體積(v)。將試樣置于溫度為105℃的烘箱內(nèi)烘干24h，得到干燥試樣質(zhì)量(m1)。將試樣冷卻至室溫后豎直放入水槽中，注入溫度為20℃左右的蒸餾水，將試樣浸沒，使水面高出試樣約20mm。在水中浸泡24h，使試樣上表面向上從水中取出，用擰干的濕毛巾擦去表面附著水，立即稱量，為試樣吸水24h的質(zhì)量(m2)。

孔隙度的計(jì)算方法為：

ρ＝(m2-m1)/v

保水性和孔隙度的結(jié)果見表1。

表1生物碳粘土磚塊散失率、抗壓強(qiáng)度、保水性和孔隙度測試結(jié)果

以亞甲基藍(lán)為代表污染物，對實(shí)施例1、2、3和比較例1、2中得到的生物碳粘土磚塊的吸附能力進(jìn)行評估：將上述生物碳粘土磚塊加入盛有200ml亞甲基藍(lán)溶液的250ml具塞錐形瓶中，吸附過程在25℃、120r/min的搖床中進(jìn)行，固定時(shí)間點(diǎn)取樣測定污染物的濃度，得到其吸附動(dòng)力學(xué)曲線圖，如圖1所示，可以發(fā)現(xiàn)實(shí)施例1生物碳粘土磚塊在78小時(shí)可以完全吸附溶液中的亞甲基藍(lán)；圖2為實(shí)施例1中溶液在662nm處的吸光度隨時(shí)間的變化譜圖。

以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，然其并非用以限制本發(fā)明。例如，盡管上述實(shí)施例中，制備過程中生物質(zhì)和粘土通過40～80目篩得，但并非僅限于此，事實(shí)上通過10-100目篩所得到的都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的效果。燒制、混合等過程中的具體參數(shù)也可以根據(jù)原料等方面進(jìn)行調(diào)整。由此可見，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型。因此凡采取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。