一种粉煤灰基微马达及其制备方法和应用

本发明涉及土壤修复，具体涉及一种粉煤灰基微马达及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着全球农业的发展，秸秆产量逐年增加。秸秆是一种重要的生物质资源，其内含有大量的木质素、纤维素、半纤维素和丰富的营养元素。秸秆还田可以增加土壤碳储量，改善土壤理化性质，调节土壤生态环境。然而，秸秆的结构增加了秸秆降解的难度，秸秆降解缓慢会影响后续种植。生物预处理是提高秸秆降解效率的可行途径。添加的微生物可以降解秸秆中的木质素、纤维素或半纤维素。然而，土壤中残留的抗生素会导致微生物中抗生素抗性基因(args)的产生和传播。args可以通过微生物繁殖在亲本之间垂直传播，并通过水平遗传转移在非亲本微生物之间传播。因此，args被定义为新的污染物。国际社会对args的发生、传播、减少和控制的关注有所增加。与大多数抗生素相比，在抗生素压力下产生的args更难清除。因此，通过降解抗生素来控制args的产生和传播是一种简单可行的方法。芬顿氧化是降解抗生素的常用方法。芬顿氧化或类芬顿氧化利用fe3+、fe2+或其他金属离子(如mn4+)激活过氧化氢(h2o2)并产生自由基以降解污染物。然而，低扩散速率和超短自由基寿命导致的自由基利用率低是芬顿氧化面临的挑战。

2、利用能够将其他能量转化为动能的微马达是解决这一困难的策略。微马达的自主运动，一方面，可以提高扩散速率，加快了催化剂与污染物接触的速度和概率，另一方面，起到搅拌作用，加快传质。目前，微马达在芬顿氧化技术中的应用研究尚处于起步阶段。所设计的微马达主要通过降解高浓度的h2o2(0.1％-1.5％)来实现自主运动。然而，如果微马达消耗大量的h2o2来促进自推动，就会影响芬顿反应，降低污染物的降解效率。同时，高浓度h2o2会对微生物和土壤环境造成危害。因此，只有解决了这一问题，微马达才能在实际应用中应用于芬顿氧化。

技术实现思路

1、为制备一种低浓度h2o2下实现自推动的微马达，本发明提供了一种粉煤灰基微马达及其制备方法和应用，本发明制备得到的粉煤灰基微马达极低浓度的h2o2启动了微马达的自推动和芬顿氧化过程，导致不同类型抗生素的快速有效降解，抑制了土壤活动中args传播。

2、本发明提供了一种粉煤灰基微马达的制备方法包括如下步骤：

3、粉煤灰于300-600℃下煅烧3-8h获得热改性粉煤灰；

4、将热改性粉煤灰分散在纯水中至浓度为1-30mg/ml，调节ph，获得粉煤灰分散液；

5、将锰铁矿分散在纯水中至浓度为1-30mg/ml，获得锰铁矿分散液；

6、将粉煤灰分散液和锰铁矿分散液旋涂至基底上，获得了旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底；

7、将旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底超声，直至基底上无粉煤灰和锰铁矿的附着，得到粉煤灰基微马达。

8、进一步地，将粉煤灰分散液和锰铁矿分散液旋涂至基底上的过程为：取粉煤灰分散液滴至基底上，100-3000rpm旋涂10-90s，30-100℃烘干剩余水分，得旋涂有粉煤灰的基底，然后将锰铁矿分散液滴至旋涂有粉煤灰的基底上，100-3000rpm旋涂10-90s，30-100℃烘干剩余水分，得旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底。

9、进一步地，所述基底为玻璃、金属、塑料、铝箔和硅片中的任意一种。

10、进一步地，所述粉煤灰煅烧温度为400-500℃，煅烧时间为4-6h。

11、进一步地，所述粉煤灰分散液和锰铁矿分散浓度均为10-20mg/ml。

12、进一步地，粉煤灰分散液和锰铁矿分散液旋涂在基底的条件为：500rpm旋涂60s。

13、本发明还提供了一种上述制备方法制备得到的粉煤灰基微马达。

14、本发明还提供了一种所述的粉煤灰基微马达在抑制土壤活动中args传播中的应用。

15、进一步地，所述粉煤灰基微马达在浓度为0.1mm h2o2下能启动自推动和芬顿氧化过程，促进抗生素降解，抑制土壤活动中args传播。

16、进一步地，所述粉煤灰基微马达降低了args在秸秆堆肥中的传播。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

18、1、本发明通过将废料粉煤灰改性后与锰铁矿共同旋涂在基底，并通过超声至基底上无粉煤灰和锰铁矿的附着，得到粉煤灰基微马达。本发明制备得到了一种粉煤灰基微马达，在秸秆还田时加入一定比例的白腐真菌(1％-10％)和粉煤灰基微马达(50-500g/l)，能够显著抑制args的传播，促进秸秆肥料化。本发明中秸秆还田时土壤中残留的抗生素浓度为0.01-30mg/kg。

技术特征：

1.一种粉煤灰基微马达的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的粉煤灰基微马达的制备方法，其特征在于，将粉煤灰分散液和锰铁矿分散液旋涂至基底上的过程为：取粉煤灰分散液滴至基底上，100-3000rpm旋涂10-90s，30-100℃烘干剩余水分，得旋涂有粉煤灰的基底，然后将锰铁矿分散液滴至旋涂有粉煤灰的基底上，100-3000rpm旋涂10-90s，于30-100℃烘干剩余水分，得到旋涂了粉煤灰和锰铁矿的基底。

3.根据权利要求2所述的粉煤灰基微马达的制备方法，其特征在于，所述基底为玻璃、金属、塑料、铝箔和硅片中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的粉煤灰基微马达的制备方法，其特征在于，所述粉煤灰煅烧温度为400-500℃，煅烧时间为4-6h。

5.根据权利要求1所述的粉煤灰基微马达的制备方法，其特征在于，所述粉煤灰分散液和锰铁矿分散浓度均为10-20mg/ml。

6.根据权利要求5所述的粉煤灰基微马达的制备方法，其特征在于，粉煤灰分散液和锰铁矿分散液旋涂在基底的条件为：500rpm旋涂60s。

7.一种权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到的粉煤灰基微马达。

8.一种权利要求7所述的粉煤灰基微马达在土壤抗生素降解中的应用。

9.根据权利要求8所述的粉煤灰基微马达在抑制土壤活动中args传播中的应用，其特征在于，所述粉煤灰基微马达在浓度为0.1mm h2o2下能启动自推动和芬顿氧化过程，促进抗生素降解，抑制args传播。

10.根据权利要求9所述的粉煤灰基微马达在抑制土壤活动中args传播中的应用，其特征在于，所述粉煤灰基微马达降低了args在秸秆堆肥中的传播。

技术总结本发明涉及土壤修复技术领域，具体公开了一种粉煤灰基微马达及其制备方法和应用，粉煤灰通过热改性获得热改性粉煤灰，分散在纯水中获得浓度为1‑30mg/mL的粉煤灰分散液；锰铁矿分散在纯水中获得浓度为1‑30mg/mL的锰铁矿分散液；依次将热改性粉煤灰和锰铁矿旋涂在基底，烘干后进行超声，获得粉煤灰基微马达。本发明制备得到的粉煤灰基微马达极低浓度的H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;启动了微马达的自推动和芬顿氧化过程，导致不同类型抗生素的快速有效降解，抑制土壤活动中抗生素抗性基因(ARGs)传播。技术研发人员：任姣雨,王竹新,爨妍妍受保护的技术使用者：中国矿业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29