本发明涉及一种基于超累积植物生物量制备的高性能活性炭。
本发明还涉及上述活性炭的制备方法。
本发明还涉及上述活性炭权利在改良土壤中的应用。
背景技术：
近年来，环境中重金属污染问题日益加重，严重威胁动物和人体健康，引起人们的广泛关注。与传统的物理和化学修复技术相比，植物修复技术以其成本低廉、对环境干扰小、操作简便、绿色、原位且易于为公众接受等优点，引起了人们的广泛关注，成为当前环境科学和污染生态学等领域的研究热点。其中，植物提取修复技术即利用植物提取环境中的污染物并将其富集在可收割部位，被认为是最为有效的植物修复策略之一。植物提取修复土壤重金属污染一般采用两类植物：超富集植物和大生物量速生植物，超富集植物通常生物量较小，而大生物量速生植物的重金属富集能力相对较低，对比研究发现，大生物量速生植物具有与超富集植物相近的修复能力，甚至超过了一些超富集植物的修复能力。吸收了重金属的超富集植物或速生植物对在达成植物修复的功能后即被收割移除，如何解决重金属富集植物生物质的处理处置及资源化问题是现今研究的重要方向。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于超累积植物生物量制备的高性能活性炭。
本发明的又一目的是提供一种制备上述活性炭的方法。
为实现上述目的，本发明提供的的活性炭，由下述方法制得：
1)将富集Ni或/和Pb重金属的植物生物质烘干并破碎；
2)破碎后的颗粒与碳酸钾水溶液加热搅拌进行活化，加热温度为50℃-90℃；
3)活化后的颗粒于氩气气氛中，150-200min内从室温上升至800-900℃，保持100-120min，150-200min内降至室温，将生物质碳化；
4)碳化后的生物炭烘干，在冰水浴下滴加硼氢化钠溶液还原；
5)水洗至pH为中性后烘干制得活性炭。
所述的活性炭中，富集Ni或/和Pb重金属的植物在生长过程中添加氯化亚铁，以及鼠李糖脂和过磷酸钠中的一种。
所述的活性炭中，碳酸钾质量分数为30％-60％。
所述的活性炭中，硼氢化钠溶液浓度为15-20mM。
本发明提供的制备上述活性炭的方法是：
1)将富集Ni或/和Pb重金属的植物生物质烘干并破碎；
2)破碎后的颗粒与碳酸钾水溶液加热搅拌进行活化，加热温度为50℃-90℃；
3)活化后的颗粒于氩气气氛中，150-200min内从室温上升至800-900℃，保持100-120min，150-200min内降至室温，将生物质碳化；
4)碳化后的生物炭烘干，在冰水浴下滴加硼氢化钠溶液还原；
5)水洗至pH为中性后烘干制得活性炭。
所述的制备方法中，富集Ni或/和Pb重金属的植物在生长过程中添加氯化亚铁，以及鼠李糖脂和过磷酸钠中的一种。
所述的制备方法中，碳酸钾质量分数为30％-60％。
所述的制备方法中，硼氢化钠溶液浓度为15-20mM。
本发明采用重金属富集植物生物质制备的活性炭，可以有效影响土壤中水分存在形式，生物炭孔隙通路改善土壤中水分流动特性，在干旱季节可以释放水分，调节土壤含水率；制备的生物炭在梅雨季节，可以锁住水分，减缓雨水对土壤冲刷，保留土壤中营养物质；制备的生物炭在植物生长过程中可以释放水分和营养物质，直达植物根系，提高植物生长速度和产量；生物炭影响土壤中的微生物活性。制备的生物炭可以有效将重金属锁扣在生物炭纤维结构内，不但避免了重金属元素重新释放到环境中形成“二次污染”，活化后形成具备高强电容、催化等附加功能的绿色新型材料。土壤有益微生物菌群恢复活性，使土壤有机质年均提升0.2-0.3％，与传统施肥方式相比达到3％的有机质健康标准缩短50年。
具体实施方式
本发明针对土壤中Ni或Pb等重金属的污染，在植物生长过程添加5mg/L-50mg/L的氯化亚铁以及鼠李糖脂或过磷酸钠，富集Ni或Pb等重金属的植物生物质烘至全干，根据需要将整株植物体破碎成粒径3-5mm的颗粒；
破碎后的植物体颗粒与质量分数为30％-60％碳酸钾水溶液加热搅拌进行活化，浸泡时间24h，加热温度为50℃-90℃，反应时间为1h；
活化后的植物体颗粒放置入管式马弗炉中，在管式马弗炉内通满氩气的条件下，200min内从室温20℃上升至900℃，保持900℃120min，200min内从900℃降低至20℃，将生物质碳化；
将生物炭烘干，在低温(冰水浴)的环境下滴加浓度为20mM硼氢化钠溶液还原；去离子水洗涤至pH接近中性后烘干制得活化的生物炭。
5)去离子水洗涤至pH接近中性后烘干制得活化的生物炭。
本实施例采用重金属富集植物生物质制备的生物炭，可以有效影响土壤中水分存在形式，生物炭孔隙通路改善土壤中水分流动特性，在干旱季节可以释放水分，调节土壤含水率稳定在20％-50％；制备的生物炭在梅雨季节，可以锁住水分，减缓雨水对土壤冲刷，保留土壤中营养物质；制备的生物炭在植物生长过程中可以释放水分和营养物质，直达植物根系，提高植物生长速度1.5-3.5倍和产量1.5-3.5倍；生物炭影响土壤中的微生物活性。制备的生物炭可以有效将重金属锁扣在生物炭纤维结构内，不但避免了重金属元素重新释放到环境中形成“二次污染”，土壤中有益活菌量提升1～2个数量级，达到10.0～11.0lg CFU/g。