CN109529773B

CN109529773B - 鸢尾富集锰元素的生物炭的制备方法及其应用

Info

Publication number: CN109529773B
Application number: CN201910045331.XA
Authority: CN
Inventors: 方艳芬; 黄应平; 牛慧斌
Original assignee: China Three Gorges University CTGU
Current assignee: Hubei Taisheng Chemical Co Ltd
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2039-01-17
Also published as: CN109529773A

Abstract

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。

Description

鸢尾富集锰元素的生物炭的制备方法及其应用

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。

(2)鸢尾富集锰元素的生物炭的制备将鸢尾富集锰元素的植株及去离子水的空白对照组植株的根部切碎、烘干至无水分，于坩埚中，在封闭条件下，抽空气，通氮气至管内外压强平衡后调整氮气流速在15-25mL/min下烧结得到生物炭，所述的烧结过程中，烧结升温速率为15-26℃/min，烧结至500-900℃后，保温0.5-2h。

(3)生物炭去灰分处理

将生物炭研磨后倒入2-5mol/L NaOH溶液，70-90℃下搅拌1-3h后过滤、水洗、静置，倾去浮渣、烘干得到鸢尾富集锰元素的生物。

步骤(1)中，移栽后，每2-4天添加一次Mn²⁺金属溶液，同时控制Mn²⁺金属溶液的浓度为5-12g/L，每次80-12ml；20天以后，每3-5天添加一次Mn²⁺金属溶液，同时控制Mn²⁺金属溶液的浓度为30-35g/L，每次1-2L。所述的Mn²⁺金属溶液为硫酸锰溶液。

盆内为椰丝与椰蓉的按质量比3-4:1的混合物，每盆3.5-5kg。

步骤(2)中进一步优选方案中，通氮气至管内外压强平衡后调整氮气流速在20mL/min。

步骤(2)中进一步优选方案中，烧结升温速率为17℃/min，烧结至900℃后，保温1h。

本发明将所述制备得到的鸢尾富集锰元素的生物炭在中性介质下电催化还原过氧化氢上的应用。

在发明的技术方案中人工栽培富集锰元素的鸢尾，制备生物炭，采用扫描电镜SEM及 EDS、X射线衍射仪(XRD)等对生物炭进行物理表征，原子吸收检测锰元素含量，测定ZETA电位等，光催化实验研究含锰元素的生物炭的催化活性，结果表明：

不同制备条件对生物炭的吸附性能有一定影响，通过比较得出，以鸢尾为生物质原料，热裂解法制备生物炭的最佳条件为升温900℃、热解1h。

通过对生物炭的SEM、EDS、XRD等物理表征，由SEM图无法看出各生物炭之间有明显的差异，而在叶生物炭EDS图中可以检测到锰，说明本次实验Mn富集成功且叶是富集锰元素的主要部位，这与原子吸收的检测结果一致。随着时间的延长，Mn的富集浓度越高。同时也在XRD中检测到Mn₂O₃的衍射峰。

生物炭的光催化反应得出，叶生物炭催化性能良好，且随着生物炭含锰量的增加，生物炭的催化活性增强。同时，生物炭含锰量越高，电催化还原H₂O₂的性能也越强。本发明以人工种植鸢尾富集锰元素。生物炭与金属及金属氧化物在一个体系中，能结合更多的自由基。本发明将制备好的生物炭浸渍于锰离子溶液中，经过一系列化学处理后，得到生物炭/Mn复合材料，与将生物炭和Mn机械性混合在一起的材料相比，能提供更多的反应位点，促进对四环素的吸附，在添加H₂O₂后，促进了对四环素的催化降解。

附图说明

图1为不同热解温度制备条件下鸢尾富集锰的叶部生物炭及根部生物炭对RHB的吸附动力学曲线图。

图2为不同热解时间条件下鸢尾富集锰的叶部生物炭及根部生物炭对RHB的去除率。

图3为不同培养时间叶生物炭SEM表征图。

图4为不同培养时间根生物炭SEM表征图。

图5为不同培养时间叶生物炭EDS检测图。

图6为不同培养时间根生物炭EDS检测图。

图7为不同培养时间叶制备所得生物炭XRD图。

图8为不同培养时间根制备所得生物炭XRD图。

图9为叶生物炭加H₂O₂对RHB光催化降解。

图10为根生物炭加H₂O₂对RHB光催化降解。

图11为不同时间的叶生物炭循环伏安图。

图12为不同时间的根生物炭循环伏安图。

上述附图中，BC-R0为根部生物炭，BC-L0为叶部生物炭。

具体实施方式

本发明的技术方案所用的实验仪器包括如下：

扫描电子显微镜(SEM)(Jeol，日本)；X射线衍射仪(XRD，D/max2500，Rigaku，日本)； ESCALab220i-XL型光电子能谱仪(VG，英国)；管式电阻炉(湖北英山县建力电炉制造有限公司，型号：SK2)；Delta320pH计(Mettler-Toledo，上海有限公司)；Pinnacle 900TPerkin Elmer 型原子吸收光谱仪；电化学测试均使用AUTOLAB(PGSTAT12)电化学工作站。

本发明的技术方案所用的实验试剂包括如下：

实验试剂：NaOH，罗丹明b(λmax＝554nm)，H₂O₂(7.4.4mol/L)，其他试剂均为分析纯，水为二次蒸馏水。

实施例1

植物筛选及栽培

植物栽培：鸢尾从三峡大学图书馆前移栽，在同一区域选取生长状况良好的幼苗，每盆各移栽三株，每盆用4kg椰丝与椰蓉(3:1)的土壤。设置一组空白对照，两个实验组，每组三个重复。空白对照用水浇灌，实验组用配制的MnSO₄金属溶液浇灌，使鸢尾富集锰元素。

为避免植物因金属离子溶液浓度过高而无法健康生长，先用低浓度的金属溶液浇灌，植物生长状况良好时，增加金属溶液浓度。金属溶液配制第一阶段：MnSO₄·H₂O(9.22g/L， 1L)，两天加一次培养液，每次100ml，保持植物表面湿润即可。20天以后进入第二阶段：MnSO₄·H₂O(33.986g/L，1.5L)，每10天添加一次，每次1.5L，培养1个月后收割，继续以MnSO₄·H₂O(33.986g/L，1.5L)，每10天添加一次，每次1.5L，再培养1个月后收割。

植物收割处理：用铁铲将植株挖起，注意不损伤植物根部，用水将泥土冲掉，蒸馏水冲洗一遍，将植物根、叶分开，剪碎，分别于烘箱中70℃烘12h，烘干后用自封保鲜袋保存备用。

生物炭制备：取一定量空白组炭材料放在坩埚中，移至管式马弗炉中靠近电热阻的位置，封闭管口，用真空泵抽掉管内空气，通入氮气至管内外压强平衡，真空泵无法一次性将管内空气抽尽时，重复2次，尽量使管式炉中接近真空状态。调整氮气流速在20mL/min左右后，设置温度控制器运行参数，分别以17℃/min升温至500℃、700℃、900℃三个温度条件后，运行1h后结束运行。待仪器冷却至室温后关闭氮气瓶阀门，取出生物炭。生物炭表征试验后确定热解温度，之后在此温度下，控制烧制生物炭的热解时间为0.5h、1h、2h，并对罗丹明 b进行吸附降解的试验。空白组和实验组按确定的制备条件烧制生物炭，测定生物炭各项物理特性及吸附性能，比较富集锰离子后的生物炭的吸附性能。

生物炭去灰分处理：配制3mol/LNaOH溶液，将生物炭装入烧杯中，倒入一定体积NaOH 溶液，于水浴锅中80℃搅拌2h，过滤，用蒸馏水水洗过滤两遍后，加蒸馏水搅拌后静置，倾去浮渣，过滤后放入烘箱，60℃烘1h。取出放入4号自封保鲜袋中保存。

SEM及EDS检测：将10mg生物炭溶于1.5mL的无水乙醇中，超声10min,通过扫描电子显微镜(JSM-7500F，Jeol，Japan)观察生物炭的表观形貌特征，并用能谱分析仪分析生物炭所含元素的组成。

XRD测定生物炭晶相：采用X-射线衍射仪(XRD)测定生物炭晶相，2θ为5°-90°，扫描速度为8°/min，步长：0.02°连续扫描。

原子吸收检测生物炭中金属离子浓度：称取10mg生物炭于消解罐中，在生物炭样品中加入5mL硝酸和1mL氢氟酸，放入消解炉中180℃消解10h，取出放入通风橱中冷却，用5％HNO₃溶液定容至50mL，原子吸收光谱仪通过锰元素的标准液作出标准曲线，用火焰法测定消解后的样品中总锰元素的含量，计算生物炭中的锰离子浓度。

Zeta电位测试：配制一系列pH为1，3、6、10的溶液，称取质量为2mg的生物炭催化剂溶于2.5mL EP管中，超声10min，Zeta电位测试在Zeta电位仪上进行。

生物炭吸附降解罗丹明b(RHB)

生物炭催化降解罗丹明b实验：配制5×10^-4mol/L的罗丹明b溶液备用。称取5mg生物炭，加入2.4mL的5×10^-4mol/L罗丹明b溶液，加蒸馏水至40mL，进行吸附实验，每隔30min取样2.5mL于离心管中，总反应时间3h，离心后用紫外分光光度计测定吸光度值，计算生物炭对罗丹明b降解率。

光催化降解罗丹明b实验：称取5mg生物炭，加入2.4mL的5×10^-4mol/L罗丹明b溶液， 300ul 7.404mol/L H₂O₂，加蒸馏水至40mL，放入暗箱中磁力搅拌反应90min，每30min取一次样。吸附反应完后将光反应试管放入可见光光反应器中，每30min取样，光反应总时间2h。测定吸光度值，计算降解率。

样品用离心机8000r/min离心10min，用紫外-可见分光光度计测定样品吸光度值，蒸馏水作空白对照。处理数据后，计算出生物炭材料暗吸附和光催化反应对罗丹明b的去除率。

电化学性能测试

将10mg生物炭溶于200μL无水乙醇及800μL超纯水中，移取10μL的生物炭无水乙醇分散液于抛光后的玻碳电极上，自然晾干后继续滴加10μL的0.5％Nafion溶液，经室温干燥后制得生物炭工作电极。循环伏安法电化学测试在三电极体系中进行，铂片电极为辅助电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，圆盘玻碳电极为工作电极，电解液为0.1M PBS溶液和4mM H₂O₂溶液，电解液pH值为7.4，扫描电势区间为-400mV到600mV，扫描圈数为10圈，扫速为100mv/s。电化学实验前先通高纯氮气10min以除去电解液中溶解的氧气。

图1为三种热解温度制备条件下生物炭对RHB的吸附动力学曲线图，以空白组鸢尾根和叶为碳材料，以17℃/min分别升温至500℃、700℃、900℃三个热解温度条件、热解1h，得到三种热解温度制备条件下的生物炭，进行罗丹明b吸附实验，测定吸光度值。

从图中可以看出在500℃，700℃，900℃下制备得到的生物炭对罗丹明b的吸附约在 120min达到平衡。根生物炭的吸附能力BC-R0-900(13.8％)﹥BC-R0-500(11.4％)﹥ BC-R0-700(10.7％)，叶生物炭的吸附能力BC-L0-900(20.1％)﹥BC-LO-500(17.9％)﹥ BC-L0-700(14.8％)。整体上，叶生物炭的吸附能力大于根生物炭能力，但是吸附效果都比较差。

图2为空白组鸢尾以17℃/min升温至900℃分别热解0.5h、1h、2h，制备成三种生物炭，进行罗丹明b吸附实验，测定吸光度，三种热解时间制备条件下的生物炭对罗丹明b 的吸附动力学曲线见下图。

可以看出，热解0.5h和2h的根生物炭在60min以后对罗丹明b的吸附达到平衡，热解 1h的根生物炭在120min以后达到吸附平衡。根生物炭吸附能力大小为BC-R0-1h(13.8％)﹥BC-R0-0.5h(BC-R0-2h)。热解1h和2h的叶生物炭在120min以后对罗丹明b吸附达到平衡，叶生物炭吸附能力大小为BC-L0-1h(20.1％)﹥BC-L0-2h(14.9％)﹥BC-L0-0.5(2％)。

图3为富集不同时间Mn培养液的叶生物炭的扫描电子显微镜(SEM)图，分别是BC-L0 (未加Mn培养液)，BC-L1(添加一个月的Mn培养液)，BC-L2(右图添加两个月Mn培养液)。从图中可以看出，由鸢尾叶制备的生物炭整体形貌较为复杂，表面粗糙且表面空隙多，这为锰负载提供了大量位点。

图4为富集不同时间Mn后根生物炭的扫描电子显微镜(SEM)图，分别是BC-R0(未加Mn培养液)，BC-R1(添加一个月的Mn培养液)，BC-R2(添加两个月Mn培养液)。但是，仅从SEM图无法看出空白组与实验组有明显的差异，可以看出鸢尾根生物炭的表面结构未被破坏，这在一定程度上保持了根生物炭的原有物理性质。

EDS图分析

对不同培养时间叶生物炭和根生物炭样品进行EDS检测，检测结果分别见图5和6。从图可以发现通过高温裂解方式制备得到的原位富集锰生物炭均包含C、O、Mg、Ca和Na五种元素(图5和6)，其各个原子个数百分比和质量百分比结果见表1和2，可以看出，鸢尾叶生物炭检测出重量百分比分别为7.70％和4.90％的锰元素，而根生物炭样品通过EDS没有检测出锰元素(表2)，可以看出鸢尾叶部是吸收锰元素的主要部位。比较生物炭的碳元素质量比得出，BC-R1(15.87％)﹥BC-R2(7.79)、BC-L1(7.53％)﹥BC-L2(4.86)，生物炭的碳含量随培养时间的延长而减少，同时O和Ca的含量在逐渐增加。此外，在表2中，在用一个月锰在鸢尾叶部检测到7.79％的锰，反而大于两个月(4.9％)，这可能是由于EDS扫描布点中锰元素不均匀而导致，在后期我们采用了原子吸收测定生物炭粉末，其结果将能更真实地表明富集在鸢尾上的锰含量。

表1实验组根生物炭EDS检测各元素重量比及原子个数比

表2实验组叶生物炭EDS检测各元素重量比及原子个数比

XRD分析

图7为不同时期叶生物炭的XRD图。从相关文献中查到生物炭的XRD图以及衍射峰对应的物质，以其作为参考图，判断在XRD图衍射峰所对应的物质，其中BC-L0(未加Mn培养液)，BC-L1(添加一个月的Mn培养液)，BC-L2(右图添加两个月Mn培养液)。在2θ为 32.951°，密勒指数为(2,2,2)时，表明为Mn₂O₃衍射峰，且可知Mn₂O₃的晶胞参数为a＝9.4091， b＝9.4091，c＝9.4091，z＝16，属于立方晶系。另外，在2θ为29.400°，晶面指数为(1,0,4)时出现了a＝b≠c，a＝β＝π/2，γ＝2π，2θ 29.400°的CaCO₃的峰，整体而言，叶生物炭结晶度较低。

图8为不同时期根生物炭的XRD图。BC-R0(未加Mn培养液)，BC-R1(添加一个月的Mn培养液)，BC-R2(添加两个月Mn培养液)。从图中可以看出，这三种催化剂均在30.1°存在着尖锐的衍射峰，该峰为CaCO₃的特征峰，与标准卡JCPDS:51-1524相一致。另外，在 33.5°，37.6°，50.9°处有轻微的CaMnO₇的衍射峰，无Mn₂O₃存在，结合EDS结果可知，锰主要以Mn₂O₃形式存在于鸢尾叶中，而非根部。

原子吸收法测定锰含量

表3为生物炭原子吸收测定锰结果，可以看出，随着培养时间的增加，生物炭中锰含量逐渐增加，如一个月得到的BC-L1含锰量为8.7525mg/g，二个月的BC-L2则为13.03mg/g，这进一步说明鸢尾叶在培养过程中成功富集了锰元素。此外，在相同培养时间内，叶生物炭中锰含量(13.03mg/g)要远高于根(1.735mg/g)，说明叶是富集锰元素的主要部位，这与EDS结论一致。

表3生物炭原子吸收测定

Table 3 biocarbon atomic absorption spectrometry

Zeta电位是表征胶体分散系稳定性的重要指标。从表4和表5由根和叶制备的生物炭表面均是带负电荷的。由于上面研究显示叶为主要富集部位且锰含量较高，因此在Zeta电位测定中，我们详细比较了BC-L系列催化剂在不同酸度介质条件下带有的表面电量。可以看出，在pH 3-9范围内，BC-L1和BC-L2生物炭样品的电量均大于30mv，表面该分散水溶液具有良好稳定性。同时，在pH1-6范围内，BC-L1催化剂表面电量分别为-5.78，-34.2和-35.1mv， BC-L2表面电量为-5.63，-33.0和-32.8mv，即随着富集锰含量的增大，其表面电荷量有微小地降低。结合ESD结果发现随着培养时间延长，催化剂表面钙镁离子含量会逐渐增多，因此其表面带有的相反电荷的负离子含量也会逐渐增大所致，而在pH 9条件下，表面负电量有所增大，这可能与溶液中增多的羟基有关。

表4叶生物炭Zeta电位测试

表5根生物炭Zeta电位测试

图9为叶生物炭对RhB的吸附降解动力学曲线。从图中可以看出，在pH 6.32条件下，不同培养时间的叶生物炭对罗丹明b的吸附性量较少，约为10％，且吸附在90min以后达到平衡。通过Zeta电位测定发现生物炭具有稳定分散体系且表面都带负电荷，而RhB等电位为 3.7，说明在pH 6.32条件下RhB分子带负电荷，因此电荷相斥导致生物炭与RhB吸附较弱。

在引入可见光(>420nm)照射后，可以看到单纯BC-L1和BC-L2生物炭对RhB降解率约为20％，空白组BC-L0即使加入H₂O₂后其降解率为15％；当外加H₂O₂后，BC-L1-H₂O₂体系对RhB的降解率达到33.2％，BC-L2-H₂O₂体系对其降解率高达50％，具有良好的催化降解效果。这说明单纯的生物炭无法直接活化分子氧去除底物，空白组生物炭即使加入H₂O₂仍不具备催化能力，表明生物炭催化降解能力主要来源于是富集上去的锰与H₂O₂构建的类 Fenton体系发挥了氧化作用，且其催化活性随着鸢尾叶部富集的锰含量增大而增大。

为了进一步验证锰发挥的催化作用，同样进行了根生物炭对RhB的吸附降解实验，其降解动力学曲线见图10。从图中可以看出，由根制备的不同生物炭对RhB吸附量率均低于10％。即使在引入可见光后，不加双氧水的生物炭对RhB几乎没有任何降解活性，在加入双氧水的生物炭对RhB的降解性并没有显明显提高，其降解率约为17％，远低于叶生物炭体系(50％)。进一步证明锰的存在有利于提高生物炭对底物的催化降解氧化能力。

为了更深入地研究原位富集锰生物炭是如何活化H₂O₂，我们采用循环伏安曲线对为不同培养时间的叶生物炭与根生物炭对H₂O₂的催化还原性能进行了研究，结果见图11从图可以看出，与BC-L1相比，随着锰含量的增加，BC-L2对H₂O对H₂O₂还原电流显著增大。与此同时，BC-R1与BC-R2对H₂O₂的催化还原差别不大(图12)，这进一步说明富集在生物炭上的高浓度锰能有效催化还原H₂O₂。

锰生物炭-H₂O₂体系中羟基自由基的测定

为了进一步搞清楚构建的Mn-H₂O₂体系中所产生的氧自由基，测定该体系中产生的羟基自由基的测定。可以看到，在可见光照射下单纯双氧水并无羟基自由基的产生，BC-R1和BC-R2体系即使外加双氧水后，产生的羟基自由基含量较低；而BC-L1和BC-L2体系产生显著的羟基自由基，且随着锰含量的增大而增大，这表明锰生物炭-H₂O₂是通过构建类Fenton体系产生具有氧化能力的羟基自由基来发挥氧化作用。此外，在暗反应条件下，可以看到BC-L1和BC-L2体系产生羟基自由基含量很少，表明该催化体系不需要可见光的激发。

Mn+H2O2→·OH(1)hv。

Claims

1.鸢尾富集锰元素的生物炭在电催化还原过氧化氢上的应用，其特征在于，

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Mn的鸢尾草；

（2）鸢尾富集Mn的生物炭的制备

将鸢尾富集Mn的植株的叶部切碎、烘干至无水分，于坩埚中，在封闭条件下，抽空气，通氮气至管内外压强平衡后调整氮气流速在15-25 mL/min下烧结得到鸢尾富集Mn生物炭粗品，烧结升温速率为17 ℃/min，烧结至900 ℃后，保温1 h；

（3）生物炭去灰分处理

将鸢尾富集Mn生物炭粗品研磨后倒入2-5 mol/L NaOH溶液，70-90 ℃下搅拌1-3 h后过滤、水洗、静置，倾去浮渣、烘干得到鸢尾富集Mn的生物炭，所述的Mn以Mn₂O₃的形式存在。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，移栽后，每2-4 d添加一次Mn²⁺金属溶液，同时控制Mn²⁺金属溶液的浓度为5-12 g/L，每次80-12 mL；20 d以后，每3-5天添加一次Mn²⁺金属溶液，同时控制Mn²⁺金属溶液的浓度为30-35 g/L，每次1-2 L。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述的Mn²⁺金属溶液为硫酸锰溶液。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，盆内为椰丝与椰蓉的按质量比3-4:1的混合物，每盆3.5-5 kg。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，通氮气至管内外压强平衡后调整氮气流速在20 mL/min。