本发明涉及一种基于乡村重金属富集植物生物质制备的生物炭。
本发明还涉及上述生物炭的制备方法。
本发明还涉及上述生物炭在改良土壤中的应用。
背景技术：
在倡导绿色技术的今天，对土壤重金属污染进行绿色修复已显得十分必要。作为一种廉价的绿色治理技术—植物修复就是在这种形式下应运而生并成为国际研究的一个热点。超累积植物往往是长期生长在重金属含量较高的土壤上，经过不断的生物进化而形成的，或是通过遗传工程或基因工程培育、诱导而成的。因此它们一般具有以下几个重要的特征：
(1)体内某一金属元素浓度大于一定的临界值。由于不同元素在土壤和植物中的自然浓度不同，因此，临界值的确定取决于植物富集的元素类型。
(2)植物吸收的重金属大部分分布在地上部分，即有较高的地上部根浓度比率。通常情况下，根内的重金属浓度往往比茎叶中的相应元素浓度高10倍以上，但在超积累植物中，茎叶内的重金属浓度超过了根内的元素水平。
(3)在重金属污染的土壤上这类植物能良好地生长，一般不会发生毒害现象，植物在高浓度重金属存在状态下仍能进行正常的代谢。
另外，不少研究者逐渐将遗传工程和基因工程运用在这一领域。运用分子生物学和基因工程技术，将超积累植物与生物量高的亲缘植物杂交，筛选出了能吸收、转移和耐受金属的许多作物和草类，这样不仅能克服野生超积累植物自身的生物学缺陷(个体小、生物量低、生长速度慢、生长周期长)，而且能保持原有的超积累特性，将大大提高植物修复重金属污染土壤的能力。我国目前受金属污染的农田土壤基本处于未修复状态，利用超积累植物的超量富集作用以去除污染土壤中超标重金属的植物修复技术，再经济和技术上能够大面积实施，是一项十分有前途的修复技术。超积累植物不仅可以用来修复重金属污染土壤、复垦矿山及回收化学排放物中的稀有、稀土元素和废矿石堆中的金属，而且能保持水土、美化环境，同时超积累植物能超量富集某种或某些化学元素，在植物进化机制研究方面也格外引入注目。此外，此类植物还可以用来寻找盲矿和考古，因此，运用超积累植物进行植物修复具有潜在的价值和意义。吸收大量重金属的植物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乡村重金属富集植物生物质制备的生物炭。
本发明的又一目的是提供上述生物炭的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供的基于乡村重金属富集植物生物质制备的生物炭，通过下述方法得到：
A)将富集Co或/和Pb的植物生物质烘干并破碎；
B)破碎后的颗粒与50℃-90℃的氢氧化钠水溶液搅拌进行活化；
C)活化后的体颗粒于二氧化碳气氛中，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；
D)碳化后的生物炭烘干，冰水浴下滴加硼氢化钠溶液还原；
E)水洗至pH为中性后烘干制得活化的生物炭。
所述的生物炭中，重金属富集植物生物质是在植物生长过程中添加氯化亚铁及聚天门冬氨酸。
所述的生物炭中，氢氧化钠溶液质量分数为5％-20％。
所述的生物炭中，硼氢化钠溶液浓度为15-20mM。
本发明提供的制备上述生物炭的方法：
A)将富集Co或/和Pb的植物生物质烘干并破碎；
B)破碎后的颗粒与50℃-90℃的氢氧化钠水溶液搅拌进行活化；
C)活化后的体颗粒于二氧化碳气氛中，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；
D)碳化后的生物炭烘干，冰水浴下滴加硼氢化钠溶液还原；
E)水洗至pH为中性后烘干制得活化的生物炭。
所述的制备方法中，重金属富集植物生物质是在植物生长过程中添加氯化亚铁及聚天门冬氨酸。
所述的制备方法中，氢氧化钠溶液质量分数为5％-20％。
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；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，避免了重金属元素重新释放到环境中形成“二次污染”。
具体实施方式
本发明的植物修复是土壤中重金属安全有效的修复方式，针对土壤中Co或Pb等重金属的污染，在植物生长过程添加5mg/L-50mg/L的氯化亚铁以及聚天门冬氨酸，将富集Co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5％-20％氢氧化钠水溶液加热搅拌进行活化，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二氧化碳的条件下，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；活化后的生物炭烘干，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。
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。