[发明专利]鸢尾富集锰元素的生物炭的制备方法及其应用

说明书

本文以无Mn胁迫的鸢尾为空白组，以MnSO₄溶液分别胁迫实验组鸢尾1个月，两个月。收割处理后在N₂氛围下热解得到原位富集锰元素的生物炭，以收集部位命名生物炭，分别为BC‑L0，BC‑L1，BC‑L2；BC‑R0，BC‑R1，BC‑R2。以罗丹明b为探针分子，研究热解温度（500℃、700℃、900℃）、热解时间（0.5h、1h、2h）等条件对生物炭吸附能力的影响，筛选出生物炭吸附能力最好时的制备条件。运用SEM及EDS、XRD、AAS等对生物炭进行了物理表征，同时建立类芬顿体系，研究富集锰元素的生物炭的催化能力。利用生物炭颗粒修饰的玻碳圆盘电极，通过循环伏安扫描法，探究了中性介质中H₂O₂在不同生物炭催化剂上的电催化还原反应，进而对不同生物炭电催化性能进行了表征。

技术领域

本发明涉及移栽鸢尾富集锰元素的生物炭的制备方法及其应用，属于环境生态学技术领域。

背景技术

社会工业的发展离不开矿产资源开发利用，矿产开采活动会对周围环境产生较大的破坏，如矿区植被破坏、地质灾害、地下水资源污染、废气、废渣、废液“三废”污染等。有色金属矿产在开发利用过程中还会产生重金属污染，对周围大气环境、水环境、土壤环境产生严重损害。重金属在环境中很难被降解，且具有生物累积性，以各种化学形态存在的重金属，在进入生态系统后，就会积累和迁移，通过食物链富集等，对较高营养级的生物造成严重的毒害作用。

目前，国内外矿区土壤重金属污染的治理方法主要有有物理修复技术、化学修复技术及生物修复技术。生物修复技术包括微生物修复技术、动物修复技术及植物修复技术，生物修复技术投资少、设施简便，对环境的干扰小，不会产生二次污染，具有良好的发展和研究前景。在这一方面，主要的问题是寻找和筛选对金属有一定富集作用和耐金属毒性的植物。通过研究调查，目前已发现了许多超富集植物，即植物地上部分能够富集高达一定重金属量且不出现明显毒害症状的植物。

生物炭(BC，biochar)是生物质材料在限氧条件下进行热化学分解得到的固体材料，被国际生物炭组织定义为“生物质炭化得到的固体材料”。生物质(biomass)是从生活物质或有机与无机复合物得到的有机质材料，包括植物和动物等有机体，以及动物的排泄物，植物凋落物、废木材、沉淀污泥等。

生物炭具有多孔结构和丰富的官能团，在许多环境领域有巨大的应用潜力。近来，为了提高生物炭的吸附性能，通过化学浸渍法将生物质置于含Mg、Fe、Al等元素的溶液中浸渍 2-12h，然后热解，制备成改性生物炭，这种方法有效地提高了生物炭的吸附能力，以固定目标污染物。

用于治理重金属污染的植物，在完成修复过程后，体内富集了一定含量重金属，将植物收割，在一定条件下制备成生物炭，可以作为催化剂，用于环境治理。

生物炭是生物质原材料在限氧条件下经过一定温度热解一定时间形成的产物，具有丰富的孔隙结构、较大的比表面积，且表面含有较多的含氧活性基团，是一种广泛应用于环境治理领域的多功能材料。其主要组成元素为碳、氢、氧、氮等，还包含少量微量元素，含碳量一般在20％-80％。生物炭表面极性官能团主要包含羧基、酚羟基、羰基、内酯基、酸酐等多种基团。在炭化过程中，非碳元素分解和逸出形成孔洞结构，因此具有一定的孔隙度和比表面积。由于碳原子彼此间以极强的亲和力结合，生物炭具有很高的化学和生物学稳定性，且可溶性极低。生物炭的这些基本性质使其具有吸附性能、催化性能和抗生物分解能力。生物炭具有原材料来源广泛、生产成本低、生态安全无污染、可大面积推广等特点，在应对气候与环境变化、固碳减排、保障能源安全与粮食安全等方面有重要的应用价值。

发明内容

针对上述已有的现有技术方案，本发明提供一种1.鸢尾富集锰元素的生物炭的制备方法，包括如下步骤：

(1)植物筛选及栽培

筛选生长健壮的鸢尾移栽入盆，3-4株一盆，采用Mn²⁺金属溶液浇灌，富集1-2个月后开始收割，得到富集锰的鸢尾，空白对照为采用水浇灌。