本技术涉及水体处理的，尤其是涉及一种用于水处理的沉水植物种植基质及其制备方法。
背景技术：
1、生态浮床是一项新型高效环保的水体原位生态修复技术，利用水培的方式将水生植物固定在种植基质上，构成生态浮床，通过植物吸收、根系吸附及附着微生物代谢作用有效去除水体中的氮磷污染物，从而达到净化水质的效果。相比其他的水体环境修复技术，生态浮床具备成本较低以及运行简便等优点，已被广泛应用于富营养化的水体治理中。沉水植物作为水生植物的一种，可以高效吸收水体与沉积物中的营养盐，抑制水体富营养化，并在一定程度上控制水华的发生，是水环境中重要的污染净化体，目前多与种植基质结合并用于水处理。
2、抗生素是一种可以通过多种方式进入环境的新型水体污染物，从生产活性药物成分，到使用后残留物的排放或者丢弃未使用的药物，这些不同阶段的抗生素在进入人体或动物体内后，均会有5%-90%以母体结构形态或代谢产物形态（如尿液或粪便）排出体外，这些不同形态的抗生素会通过间接或者直接的途径进入并积累于水环境中，从而对水环境产生不同程度的影响。抗生素对水生植物有十分剧烈的毒性作用，包括干扰代谢、损伤氧化进程、损伤光合系统以及抑制生长等。更棘手的是，沉水植物相较于其他水生植物（如挺水植物、浮水植物等），其对于抗生素的敏感程度更高，其生长受限的程度也就更大，因此，将沉水植物应用于生态浮床中这一技术正在面临严峻考验。
技术实现思路
1、为了降低水体中抗生素对于沉水植物的影响，本技术提供一种用于水处理的沉水植物种植基质及其制备方法。
2、第一方面，本技术提供了一种用于水处理的沉水植物种植基质，所用原料包括以下重量份的组分：fe3o4颗粒30-40份；tio2负载型电气石15-20份；矿石颗粒100-120份；石墨烯中空活性碳纤维20-25份；水10-15份；粘结剂1-3份；
3、所述tio2负载型电气石的制备方法，包括以下步骤：将重量比为5:（5-20）的电气石和钛酸四丁酯分散于有机溶剂中，陈化得干凝胶，随后将干凝胶加热过夜，煅烧，冷却后得到tio2负载型电气石。
4、优选的，所用原料包括以下重量份的组分：fe3o4颗粒35份；tio2负载型电气石18份；矿石颗粒110份；石墨烯中空活性碳纤维24份；水12份；粘结剂2份。
5、通过采用上述技术方案，在tio2负载型电气石中，电气石本身具有能够催化分解有机物、吸附氮磷以及促进水体中的微藻增殖的能力，本技术利用了这一特性，继而将具有催化抗生素降解能力的tio2通过凝胶法负载于电气石表面，最终得到了能够对水体中大量污染物进行吸附以及降解的tio2负载型电气石，将其加入沉水植物种植基质后能够降低水体内抗生素含量，维持沉水植物良好的生长状况，以此确保了生态浮床的长期净水效果。本技术通过控制电气石和钛酸四丁酯的重量比，从而控制了最终得到的tio2负载型电气石中的tio2与电气石的比例，最终得到了抗生素降解效果良好的tio2负载型电气石，若是钛酸四丁酯用量过小，会导致tio2负载型电气石自身的催化活性降低；若是钛酸四丁酯用量过大，电气石表面则会被tio2粒子过度包覆，导致电气石自身的吸附效果受损。
6、另外，本技术利用超声浸渍法制得了石墨烯中空活性碳纤维，其具有优异的吸附能力，可以有效吸附水体中的抗生素分子，再通过真空浸渍法使tio2负载型电气石填充于石墨烯中空活性碳纤维的中空孔中，提升tio2负载型电气石对水体中的抗生素分子的吸附与降解行为的剧烈程度，促进种植基质对于抗生素的降解，维持沉水植物良好的生长状况；并且石墨烯中空活性碳纤维的外表面具有层次丰富的石墨烯结构，既能够提升石墨烯中空活性碳纤维的表面吸附力，从而有效吸附水体内的多种污染物，同时又能够提升表面粗糙度，将其与其他原料共混后，能够使彼此之间结合更为紧密，有效提升了沉水植物种植基质的稳定性。
7、最后，本技术的fe3o4颗粒具有良好的吸附效果和催化效果，能够有效吸附水中的有机污染物以及微生物；矿石颗粒能够有效吸附水体中的氮磷，从而提高沉水植物对于氮磷的吸收利用率；水与粘结剂则能够将多种固体材料黏合为一体，最终多种物质发挥出协配作用，得到了一种能够有效降解抗生素、吸附水体内污染物并辅助沉水植物良好生长的沉水植物种植基质。
8、所述粘结剂可采用本领域技术人员所熟知的任一种或多种，例如石膏、硅溶胶、水玻璃、硅酸盐水泥和砂浆中的一种或多种，本技术的具体实施方式中仅以硅溶胶为例进行说明，本领域技术人员可根据实际情况作出调整。
9、优选的，所述tio2负载型电气石的制备方法中，电气石和钛酸四丁酯的重量比为5:（10-15）。
10、通过采用上述技术方案，本技术进一步控制了电气石和钛酸四丁酯的重量比，此时tio2负载型电气石的降解效果最优，经实验数据显示，此时种植基质与沉水植物得到的生态浮床可以将cod去除率提升至56.9-57.2%，氮磷去除率提升至93.4-93.6%，抗生素去除率达到了71.1-71.3%。
11、优选的，所述电气石还经过预处理，具体步骤为：将重量比为（1.8-2）:（0.7-0.8）:5的fe(no3)3·9h2o、zn(no3)2·6h2o和电气石混合，在85-95℃的温度下热处理，随后冷却，干燥，并在500-520℃下煅烧，冷却，得到预处理电气石。
12、优选的，所述fe(no3)3·9h2o、zn(no3)2·6h2o和电气石的重量比为1.9:0.75:5。
13、通过采用上述技术方案，本技术利用fe(no3)3·9h2o、zn(no3)2·6h2o对电气石进行预处理，得到了表面具有尖晶石结构锌铁氧体的预处理电气石，其与tio2结合后能够形成异质结，增强了电荷转移能力和迁移能力，降低了粒子间聚集，从而进一步提升了tio2负载型电气石的催化活性和催化稳定性。并且本技术严格控制了fe(no3)3·9h2o、zn(no3)2·6h2o和电气石的重量比，使得此时tio2负载型电气石的催化效果达到最优，经实验数据显示，此时种植基质对于cod、氮磷和抗生素的吸附降解效果均得到显著提升。
14、优选的，所述矿石颗粒包括重量比为60:（15-20）:（20-25）的蛭石、麦饭石和火山石。
15、通过采用上述技术方案，本技术利用蛭石、麦饭石和火山石按照一定的比例复配，得到的矿石颗粒不仅能有效吸附氮磷，还能够促进沉水植物吸收养分以及水体内的微藻生长，提升水体内的微生物多样性与丰富度，并且本技术的矿物颗粒具有一定的机械强度，将其作为主要支撑材料与其他组分混合后制得的种植基质具有较高的筒压强度，从而提升了整体生态浮床的使用寿命，保护了沉水植物在种植基质内的稳定生长。
16、第二方面，本技术提供了一种用于水处理的沉水植物种植基质的制备方法，包括以下步骤：
17、i、将tio2负载型电气石超声分散于聚乙烯醇水溶液中，随后与石墨烯中空活性碳纤维混合，在真空环境下浸渍5min，干燥，并重复浸渍、干燥的操作1-6次，最终得到混合材料；
18、ii、将fe3o4颗粒、矿石颗粒、粘结剂和水均匀混合，研磨，再加入步骤i中得到的混合材料共混，随后轧制为种植坯体，分布孔洞，烧制，自然冷却后得到沉水植物种植基质。
19、通过采用上述技术方案，本技术首先将tio2负载型电气石与石墨烯中空活性碳纤维混合，通过真空浸渍的方式制得了中空孔中填充有tio2负载型电气石的石墨烯中空活性碳纤维，并通过控制浸渍、干燥的次数有效控制了填充量，随后与研磨后的fe3o4颗粒、矿石颗粒、粘结剂和水再进行共混，轧制，分布孔洞，烧制，自然冷却后得到了沉水植物种植基质，该种植基质兼具降解抗生素、吸附水体内污染物、辅助沉水植物良好生长以及机械稳定性良好的多种优点，本技术的制备方法能够有效提升tio2负载型电气石对水体中的抗生素分子的吸附与降解行为的剧烈程度，促进种植基质对于抗生素的降解。
20、优选的，所述步骤i中，重复浸渍、干燥的操作4-5次。
21、通过采用上述技术方案，本技术进一步控制了步骤i中浸渍、干燥的次数，以此进一步控制了tio2负载型电气石的填充量，使得提升tio2负载型电气石对水体中的抗生素分子的吸附降解以及提升石墨烯中空活性碳纤维的表面吸附力、表面粗糙度这两方面的效果之间达到最优平衡，也就使得种植基质的净水效果以及沉水植物的生长情况均达到更高水平。
22、第三方面，本技术提供了一种用于水处理的沉水植物种植基质的应用，包括以下步骤：将沉水植物栽入上述的沉水植物种植基质的孔洞内，得到生态浮床。
23、通过采用上述技术方案，本技术将沉水植物栽入上述沉水植物种植基质的孔洞内，得到生态浮床，将其放入待处理水体内，能够有效降低水体内的cod、氮磷含量以及抗生素含量，同时沉水植物能够良好生长，起到长效、高效的净水效果，本技术中的沉水植物以苦草为例，种植密度以为100株/m2为例，在实际使用中，本领域技术人员可根据实际情况合理更换不同的沉水植物和/或合理调节不同的种植密度。
24、综上所述，本技术具有以下有益技术效果：
25、1.本技术的种植基质中含有能够对水体中大量污染物进行吸附并催化降解的tio2负载型电气石、具有优异的吸附能力且能够提升tio2负载型电气石降解抗生素效果的石墨烯中空活性碳纤维，二者彼此之间发挥协配效果，再辅以矿石颗粒、fe3o4颗粒等具有良好吸附能力的物质，多种物质彼此配合，共同提升了种植基质降解抗生素、吸附水体内污染物并辅助沉水植物良好生长的效果；
26、2.本技术的制备方法能够有效提升tio2负载型电气石对水体中的抗生素分子的吸附与降解行为的剧烈程度，促进种植基质对于抗生素的降解，同时控制了步骤i中浸渍、干燥的次数，以此控制了tio2负载型电气石的填充量，使得提升tio2负载型电气石对水体中的抗生素分子的吸附降解以及提升石墨烯中空活性碳纤维的表面吸附力、表面粗糙度这两方面的效果之间趋于最优平衡，从而提升了种植基质的净水效果，优化了沉水植物的生长情况；
27、3.本技术的生态浮床放入待处理水体后，能够有效降低水体内的cod、氮磷含量以及抗生素含量，同时沉水植物能够良好生长，起到长效、高效的净水效果。