活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　由于人口的增长，对粮食作物的生产需求增加，所以研发人员使用一些技术来增强植物。这些技术中的一些涉及将各种材料和保护植物的化学物，包括聚合物，粘土，纤维素材料或活性炭等材料施用于植物。植物种子萌发受外部生物和非生物因素以及植物激素内部信号传导的影响。激素可以促进或延迟发芽并以复杂的方式与环境因素相互作用。

　　活性炭是植物增强技术中使用的材料的示例。活性炭具有高表面积，因为它具有微孔性质。这种高吸附容量可用于从环境和种子中除去植物生长抑制剂或用作添加的生长促进剂的缓释基质。然而，微孔材料的问题在于一些吸附物可能填充或阻塞孔，降低吸附容量并防止吸附物在微孔内解吸。所以我们选择具有中孔结构的活性炭，这虽然降低了点吸附能力，但几乎没有孔堵塞的风险，同时仍显示出有效的吸附能力。我们建议使用活性炭植物生长促进剂在发芽期间缓慢释放，同时从环境和种子中吸附植物生长抑制剂，将两种功能组合成一种材料以有利于种子发芽。

　　在此，测试了这款活性炭材料对几种植物生长促进剂和抑制剂的吸附和解吸行为，并与普通活性炭比较(图1)。活性炭的化学和物理性质取决于碳化温度，其中前体材料在真空下被加热到所需温度。较低的温度(例如，100-300℃)产生主要是中孔，亲水和富含羟基的材料。在较高温度(例如，700℃及以上)，结构仍然主要是中孔的，然而，微孔性增加，材料亲水性降低，趋于零羟基官能度。

　　通过扫描电子显微镜(SEM)分析这两种活性炭材料。对于所有材料，在×750放大率下拍摄图像(图2)。所述活性炭样品不显示光滑的表面，特别是对低温度下碳化的活性炭。而商用活性炭示出了光滑的表面，这表明在较低温度下碳化所观察到的表面缺陷在导致更少的突出表面缺陷更高的温度下热分解。微孔活性炭显示出比预期更大的颗粒尺寸变化，这也可以解释增加的表面积，因为与中孔活性炭样品相比颗粒尺寸更小。在不同温度下活性炭相比颗粒尺寸也有很大区别。在更高的温度下，原材料材料进一步碳化并分解成更小的颗粒。

　　吸附和解吸研究

　　固相萃取(SPE)用于分析微孔活性炭和中孔活性炭中激素的解吸附。将低浓度的激素(10mg g-1)吸附到80mg材料上。选择水作为溶剂，因为它是农业中的主要溶剂，并且选择氯化钙以允许受控杂质进入系统，因为在农业中，不期望水被去离子。其中比较了所有洗涤液中的材料和生物活性物质，如图3所示。观察到在所有实验中植物生长抑制剂显示出较差的解吸水平(小于吸附材料的1%)。中孔活性炭与植物生长促进剂相比显示出更高的解吸水平，并且对微孔活性炭具有显着的改善，对植物生长抑制剂的解吸水平非常低。这是一个重要的结果，因为它表明两种活性炭都可以保留这种类型的植物生长抑制剂，可以防止或阻止种子萌发。

　　当用活性炭测试植物激素时，观察到没有记录来自活性炭的解吸附。观察到来自活性炭的低解吸附水平(总共1.2%)。这些结果表明来自微孔活性炭的植物激素的解吸是最小的，因此不能实现用微孔活性炭控制植物生长促进剂的解吸附。与微孔活性炭不同的是中孔活性炭显示出对所有植物生长促进剂的解吸作用。解吸总量超过最大记录量，远远高于其他测试的植物生长促进剂。植物生长抑制剂显示低解吸水平，总解吸量小于0.1%。这些结果表明抑制剂与吸附剂的相互作用较弱，因此可能受溶剂相互作用的影响更大，从而允许与中孔活性炭的更高水平的解吸附。

　　总的来说，可以得出结论，活性炭的高度中孔性质使得所有植物生长促进剂的解吸水平显着高于用微孔活性炭观察到的水平。微孔活性炭在大多数情况下显示出对所选激素的最高潜在吸附能力，同时也表现出最低的解吸水平。怀疑这种低解吸是由于其微孔性质导致孔堵塞并阻止其表面解吸。然而，取决于碳化温度，特别是800摄氏度下碳化的活性炭，在所有进行的实验中显示所有选定激素的解吸附，除了植物生长抑制剂，其被发现要么不解吸或以非常低的量解吸(即，总共小于0.5%)。所有测试的中孔活性炭都表明它们能够选择性地和持续地解吸植物生长促进剂，同时保留植物生长抑制剂。这种选择性保留可能对种子处理有用。解吸不同水平的活性炭取决于它的碳化温度，这可以对活性炭性能进行微调，这有可能大大改善当前的种子增强技术。

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