本發(fā)明涉及一種基于超累積植物生物量制備的高性能活性炭。
本發(fā)明還涉及上述活性炭的制備方法。
本發(fā)明還涉及上述活性炭權(quán)利在改良土壤中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近年來，環(huán)境中重金屬污染問題日益加重，嚴(yán)重威脅動物和人體健康，引起人們的廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)的物理和化學(xué)修復(fù)技術(shù)相比，植物修復(fù)技術(shù)以其成本低廉、對環(huán)境干擾小、操作簡便、綠色、原位且易于為公眾接受等優(yōu)點，引起了人們的廣泛關(guān)注，成為當(dāng)前環(huán)境科學(xué)和污染生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點。其中，植物提取修復(fù)技術(shù)即利用植物提取環(huán)境中的污染物并將其富集在可收割部位，被認(rèn)為是最為有效的植物修復(fù)策略之一。植物提取修復(fù)土壤重金屬污染一般采用兩類植物：超富集植物和大生物量速生植物，超富集植物通常生物量較小，而大生物量速生植物的重金屬富集能力相對較低，對比研究發(fā)現(xiàn)，大生物量速生植物具有與超富集植物相近的修復(fù)能力，甚至超過了一些超富集植物的修復(fù)能力。吸收了重金屬的超富集植物或速生植物對在達成植物修復(fù)的功能后即被收割移除，如何解決重金屬富集植物生物質(zhì)的處理處置及資源化問題是現(xiàn)今研究的重要方向。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種基于超累積植物生物量制備的高性能活性炭。
本發(fā)明的又一目的是提供一種制備上述活性炭的方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的的活性炭，由下述方法制得：
1)將富集Ni或/和Pb重金屬的植物生物質(zhì)烘干并破碎；
2)破碎后的顆粒與碳酸鉀水溶液加熱攪拌進行活化，加熱溫度為50℃-90℃；
3)活化后的顆粒于氬氣氣氛中，150-200min內(nèi)從室溫上升至800-900℃，保持100-120min，150-200min內(nèi)降至室溫，將生物質(zhì)碳化；
4)碳化后的生物炭烘干，在冰水浴下滴加硼氫化鈉溶液還原；
5)水洗至pH為中性后烘干制得活性炭。
所述的活性炭中，富集Ni或/和Pb重金屬的植物在生長過程中添加氯化亞鐵，以及鼠李糖脂和過磷酸鈉中的一種。
所述的活性炭中，碳酸鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％-60％。
所述的活性炭中，硼氫化鈉溶液濃度為15-20mM。
本發(fā)明提供的制備上述活性炭的方法是：
1)將富集Ni或/和Pb重金屬的植物生物質(zhì)烘干并破碎；
2)破碎后的顆粒與碳酸鉀水溶液加熱攪拌進行活化，加熱溫度為50℃-90℃；
3)活化后的顆粒于氬氣氣氛中，150-200min內(nèi)從室溫上升至800-900℃，保持100-120min，150-200min內(nèi)降至室溫，將生物質(zhì)碳化；
4)碳化后的生物炭烘干，在冰水浴下滴加硼氫化鈉溶液還原；
5)水洗至pH為中性后烘干制得活性炭。
所述的制備方法中，富集Ni或/和Pb重金屬的植物在生長過程中添加氯化亞鐵，以及鼠李糖脂和過磷酸鈉中的一種。
所述的制備方法中，碳酸鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％-60％。
所述的制備方法中，硼氫化鈉溶液濃度為15-20mM。
本發(fā)明采用重金屬富集植物生物質(zhì)制備的活性炭，可以有效影響土壤中水分存在形式，生物炭孔隙通路改善土壤中水分流動特性，在干旱季節(jié)可以釋放水分，調(diào)節(jié)土壤含水率；制備的生物炭在梅雨季節(jié)，可以鎖住水分，減緩雨水對土壤沖刷，保留土壤中營養(yǎng)物質(zhì)；制備的生物炭在植物生長過程中可以釋放水分和營養(yǎng)物質(zhì)，直達植物根系，提高植物生長速度和產(chǎn)量；生物炭影響土壤中的微生物活性。制備的生物炭可以有效將重金屬鎖扣在生物炭纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)，不但避免了重金屬元素重新釋放到環(huán)境中形成“二次污染”，活化后形成具備高強電容、催化等附加功能的綠色新型材料。土壤有益微生物菌群恢復(fù)活性，使土壤有機質(zhì)年均提升0.2-0.3％，與傳統(tǒng)施肥方式相比達到3％的有機質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)縮短50年。
具體實施方式
本發(fā)明針對土壤中Ni或Pb等重金屬的污染，在植物生長過程添加5mg/L-50mg/L的氯化亞鐵以及鼠李糖脂或過磷酸鈉，富集Ni或Pb等重金屬的植物生物質(zhì)烘至全干，根據(jù)需要將整株植物體破碎成粒徑3-5mm的顆粒；
破碎后的植物體顆粒與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％-60％碳酸鉀水溶液加熱攪拌進行活化，浸泡時間24h，加熱溫度為50℃-90℃，反應(yīng)時間為1h；
活化后的植物體顆粒放置入管式馬弗爐中，在管式馬弗爐內(nèi)通滿氬氣的條件下，200min內(nèi)從室溫20℃上升至900℃，保持900℃120min，200min內(nèi)從900℃降低至20℃，將生物質(zhì)碳化；
將生物炭烘干，在低溫(冰水浴)的環(huán)境下滴加濃度為20mM硼氫化鈉溶液還原；去離子水洗滌至pH接近中性后烘干制得活化的生物炭。
5)去離子水洗滌至pH接近中性后烘干制得活化的生物炭。
本實施例采用重金屬富集植物生物質(zhì)制備的生物炭，可以有效影響土壤中水分存在形式，生物炭孔隙通路改善土壤中水分流動特性，在干旱季節(jié)可以釋放水分，調(diào)節(jié)土壤含水率穩(wěn)定在20％-50％；制備的生物炭在梅雨季節(jié)，可以鎖住水分，減緩雨水對土壤沖刷，保留土壤中營養(yǎng)物質(zhì)；制備的生物炭在植物生長過程中可以釋放水分和營養(yǎng)物質(zhì)，直達植物根系，提高植物生長速度1.5-3.5倍和產(chǎn)量1.5-3.5倍；生物炭影響土壤中的微生物活性。制備的生物炭可以有效將重金屬鎖扣在生物炭纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)，不但避免了重金屬元素重新釋放到環(huán)境中形成“二次污染”，土壤中有益活菌量提升1～2個數(shù)量級，達到10.0～11.0lg CFU/g。