本發(fā)明屬于環(huán)境保護技術領域，涉及一種采用碳納米材料調控深層草坪堆肥基質pH值的方法。

背景技術：

生活垃圾主要指居民日常生活、生產中產生的固體廢棄物。全球生活垃圾從2005至2025年將增長51%。我國生活垃圾年均增長超過15%，全國垃圾堆積累計侵占土地超過5億平方米。到2015年，我們部分城市的生活垃圾年產量預計將超過1000萬噸。生活垃圾物理成分分布主要為玻璃、磚瓦、煤渣灰土等無機物和植物、纖維、塑料、紙等有機物，其中可堆腐物占到30%以上?；瘜W成分主要為水分、N、P、K、有機質等，部分地區(qū)生活垃圾水分含量超過50%。

目前常用的生活垃圾處理方法主要有衛(wèi)生填埋、焚燒和高溫堆肥。衛(wèi)生填埋已成為大多是城市處理生活垃圾的主要方法。但衛(wèi)生填埋占據大量用地，隨著生活垃圾日產量逐年提高，垃圾圍城現象愈加嚴重，并且含水率較高的垃圾直接堆埋產生的滲瀝液較多，其中含有較多有害物質，并且產生大量溫室氣體，極易造成二次污染。焚燒處理使可燃垃圾燃燒轉化為殘渣，減少垃圾填埋量，并且高溫燃燒殺死其中的病原體和寄生菌，產生的熱能可用于供熱發(fā)電。但焚燒將部分污染物由固態(tài)轉化為氣態(tài)，尾氣含有復雜的污染物質，尤其會產生二惡英劇毒物質，在環(huán)境中有很強的滯留性。堆肥處理是指通過微生物在一定的人工條件下，發(fā)酵降解垃圾中的有機物形成穩(wěn)定的腐殖質的過程，是一種資源化、穩(wěn)定化、無害化的固廢處置方式。生活垃圾經堆肥化處理后，富含有機質、氮、磷等養(yǎng)分，并且無害化處理后可以作為肥料改善土壤環(huán)境，有較好的應用前景，同時也需指出的是，生活垃圾堆肥也存在其中重金屬含量較高等風險。各處理方式要求垃圾的成分是不同的，單一模式處理無法實現真正的無害化。針對垃圾不同主成分采用多種處理方法相結合，成為現在垃圾處理的大勢所趨。

垃圾堆肥中含有豐富的有機質以及植物生長所需的營養(yǎng)物質。研究表明，生活垃圾堆肥中的有機物、N、K、木質素含量較高，將堆肥作為肥料添加到土壤中，能夠提高土壤肥力、增加土壤持水能力、改善土壤的理化性質、促進植物生長、提高作物產量。有研究表明，將農田廢棄物堆肥和化肥分別和施入土壤，并種植圓白菜，對比作物的生長狀況，害蟲數量以及經濟效益等。結果表明，雖然施加對堆肥的土壤中害蟲數量是施加化肥的兩倍，但是，經濟效益是其3倍。張春英^[21]按不同比例混合垃圾堆肥和原土后，添加5%~20%的垃圾堆肥能夠顯著提高有機質、速效磷和全氮含量，增加花卉地上地下干重；其中，添加10% 堆肥時，地下干重是對照的3.61倍。有研究表明，利用堆肥改善土壤后種植菊苣，土壤的肥力顯著增加，菊苣顯著增產。唐少杰在施入堆肥的土壤上輪作冬小麥和夏玉米，作物施用生活垃圾堆肥后玉米增產率明顯增加，達到43.4%，小麥增產率2008年度，2009年度分別為53.6%和99.2%。在沙質土壤中施用堆肥可以提高土壤中的碳氮比，增加P、K、Mg含量，并且有益于增加土壤腐殖質。但是，來自工業(yè)區(qū)的堆肥即使少量施加，也會引起重金屬含量的顯著增加。如果不考慮重金屬的影響，添加堆肥可以顯著提高土壤質量。

草坪作為城市綠化建設的主要組成部分，給城市居民提供休閑娛樂的場所。能否擁有優(yōu)質的草坪綠地，是城市現代化的重要衡量標準之一?，F在城市綠化用地多為舊城拆遷地或建筑用地等，土質較差缺乏肥力，傳統(tǒng)草坪建植采用整體鋪設草皮卷，消耗了大量的優(yōu)質農田。草坪施肥可以有效的改善草坪質量，及時給草坪補充養(yǎng)分可以提高草坪品質，添加堆肥后，可以提高草坪植物的發(fā)芽率。堆肥對草坪植物生態(tài)和質量特征有顯著影響，添加后能提高草坪草的生物量，促進生長；并且加快植物返青，對第二年植物的密度、質地、蓋度等均有促進作用。在狼牙草草坪建植中添加12.5%的堆肥，能夠顯著提高草坪質量，促進根葉生長，垃圾堆肥能夠明顯改善土壤、提高肥效，增加土壤中養(yǎng)分含量。此外，堆肥可以作為無土草皮基質。將生活垃圾堆肥和豆秸稈制成復合基質，在低配豆秸的配比下，種子萌發(fā)、地上單株凈光合量和葉綠素均有提高，可以利用堆肥和豆秸稈復合基質替代土壤建植草坪。在不同粒徑的生活垃圾堆肥種植高羊茅，結果表明，小粒徑(300-600nm)的生活垃圾堆肥能夠提高高羊茅的葉綠素含量，并且促進根的生長，并且在水分脅迫下能夠緩解干旱傷害，提高抗旱性。對微生物和土壤動物而言，添加堆肥可以抑制草坪病原菌，不但可以減少草坪疾病，而且減緩了草坪的抗藥性。添加堆肥后，草坪建值體系中土壤線蟲的優(yōu)勢屬發(fā)生了變化，抑制植物寄生類群的生長繁殖，為草坪生長創(chuàng)作了良好的環(huán)境。

將生活垃圾堆肥用于草坪建植體系能夠有效的改善土壤的有機質、營養(yǎng)物質含量，并且草坪植物富集的重金屬不沿食物網富集，進入人體危害健康的風險減少。但是，長期使用土壤重金屬的積累仍然不可小窺，此外，土壤中重金屬受到土壤淋溶作用向下遷移，導致地下水重金屬污染。降低堆肥中重金屬危害將會給堆肥的合理化利用提供更廣闊的空間。

大多數重金屬是過渡性元素。土壤環(huán)境中，重金屬在一定幅度內會發(fā)生氧化還原反應，不同價態(tài)的重金屬具有不同的活性和毒性。土壤重金屬污染具有范圍廣、持續(xù)時間長、隱蔽性強、通過食物鏈富集、治理難度大、不可逆性等特點。大量生物分析與毒理研究表明，環(huán)境中重金屬元素的生物活性、毒性以及重金屬的遷移轉化過程和其在環(huán)境中的存在形態(tài)密切相關。因此只依靠重金屬總量很難表明重金屬的污染特征。

生物可利用態(tài)包括水溶態(tài)和交換態(tài)。土壤中生物可利用態(tài)重金屬具有含量小、遷移性強、易吸收的特點，它們對環(huán)境變化敏感，能夠直接被植物吸收，是引起土壤重金屬污染和危害生物體的主要來源。 生物潛在可利用態(tài)包括碳酸鹽結合態(tài)、鐵錳氧化物結合態(tài)和有機物結合態(tài)。在較強的酸性介質以及適當的環(huán)境條件下，它們轉化成為生物可利用態(tài)。隨著pH值的下降，碳酸鹽結合態(tài)會釋放出來進入土壤環(huán)境。鐵錳氧化態(tài)重金屬隨著氧化還原狀況（Eh）的改變，有可能會被釋放。有機結合態(tài)重金屬只有在堿性或氧化環(huán)境下可能轉化為活性態(tài)釋放到環(huán)境中，因此具有潛在危害性。殘渣態(tài)重金屬在自然界正常條件下不易釋放，能長期穩(wěn)定在沉積物中，不易為植物吸收。但是，當它遇到強酸、強堿或螯合劑時，這些金屬同樣有可能被活化釋放到環(huán)境中，對生態(tài)系統(tǒng)構成威脅。該形態(tài)的重金屬含量對土壤中重金屬的遷移和生物可利用性的影響極小。

重金屬在土壤中形成不同的化學形態(tài)，易被土壤介質吸附。但是在各種因素的影響下，重金屬會發(fā)生遷移和轉換。重金屬在土壤中的遷移是一個十分復雜的過程，是物理遷移、物理化學遷移和生物遷移三種遷移方式共同作用的結果，導致了重金屬在土壤中遷移的難以預測性。

碳納米材料是納米材料領域重要的組成部分，主要包括碳納米管、富勒烯、石墨烯及其衍生物等。石墨烯( graphene，GE) 是一種由 sp2雜化的碳原子以六邊形排列形成的周期性蜂窩狀二維碳質新材料，具有獨特的物化性質。2004 年，英國曼徹斯特大學物理和天文學系的 Geim和 Novoselov 等用膠帶剝離石墨晶體首次獲得了石墨烯，并由此獲得了2010年諾貝爾物理學獎。常見的制備方法主要有微機械剝離法、化學氣相沉積法、晶體外延生長法、膠體懸浮液法等。石墨烯巨大的比表面積使它成為優(yōu)質吸附劑，并且其吸附操作簡便、處理效果好等優(yōu)點被廣泛應用于水相環(huán)境污染修復，主要吸附兩類污染物：有機物與無機陰離子。

氧化石墨烯( graphene oxide，GO) 通常是由石墨經化學氧化、超聲制備獲得，氧化石墨烯便于大規(guī)模生產。目前報道的常用的石墨氧化方法主要有 Brodie 法、Standenmaier 法以及Hummers法。同時，氧化石墨烯擁有大量的羥基、羧基、環(huán)氧基等含氧基團，是一種親水性物質，可通過功能基團的作用與其他聚合物穩(wěn)固地結合形成復合物。因此，氧化石墨烯非常適合在水處理中應用去除水中的金屬和有機污染物。

碳納米管是石墨六角網平面卷成無縫筒狀的單層管狀物質或將其包裹在內，層層套疊而成的多層“管狀物質”。納米碳管分為單壁碳納米管（SWNTs）和多壁碳納米管(MWNTs)。單壁碳納米管的直徑大致在0.4～2.5nm之間，長度可達數微米；多壁碳納米管由多個同軸 SWNTs 組成，層數可以在兩層到幾十層之間，層與層之間距離0.34nm，直徑可以達到100nm左右。MWNTs 比表面略低，由于MWNTs 管壁上存在較多缺陷，因而具有較高的化學活性。碳納米管含有豐富的納米孔隙結構和巨大的比表面積，結構特征決定其物理、化學性質，主要表現在它具有優(yōu)良的吸附能力、特殊的電學和機械性質，并且具有優(yōu)良的吸附能力。

石墨烯、氧化石墨烯和碳納米管由于其獨特的表面結構、巨大的比表面積，使其具有很強的吸附能力，對有機物、無機物均表現出較強的吸附性能。大量研究表明，碳納米材料用于吸附有機污染有很好的吸附效果，利用石墨烯吸附甲醛、堿性染料、含苯環(huán)有機物等污染物質。采用濕法制備的氧化石墨烯不僅具有良好的機械特征，并且能夠有效吸附污染溶液中的染料。研究以石墨烯為基質的修復材料吸附磺胺甲惡唑，所有材料均表現出較強的吸附能力，最大吸附量依次是：graphene(239.0mg·g^-1)>graphene–NH₂ (40.6 mg·g^-1) > graphene–COOH (20.5 mg·g^-1)> graphene–OH(11.5 mg·g^-1)。修復性能隨環(huán)境pH發(fā)展改變，當pH=2的時候，其吸附性能最強，但是當pH=9時，則失去了吸附能力。Farghali等采用Hummer法制備氧化石墨烯并還原得到還原氧化石墨烯，用CoFe₂O₄修飾氧化還原石墨烯，測試其對甲基綠的吸附作用，結果表明，石墨烯表面積達40.6m²/g。此外，氧化石墨烯對其他堿性染料也有較好的吸附作用，利用3DGO生物高分子凝膠吸附污水中的甲基藍和甲基紫，通過實驗研究，對二者的吸附最大吸附量分別為1100mg/g和1350mg/g，并且有吸附具有很強的選擇性。磁性氧化石墨烯能夠同時吸附溶液中的Cd、甲基藍和橘紅G，結果表明，吸附量分別是91.29 mg/g，64.23 mg/g和20.85 mg/g；在Cd和甲基藍共存體系中，磁性氧化石墨烯對Cd的吸附力隨甲基藍濃度的增加而下降；在Cd和橘紅G共存體系中，吸附橘紅G的能力隨Cd濃度的增加而增加。

碳納米材料及其復合材料也被廣泛用于重金屬的吸附，對比了表面改性碳納米管、碳納米纖維、活性炭和飛灰對Cd的吸附能力表明，碳納米管吸附性能最好，其次是活性炭。石墨烯對Cu表現出較強的吸附能力，用含硫石墨烯去除污水中的Cu，結果表明，吸附過程反應迅速，最大吸附量為228mg/g，其可以作為吸附材料用于水體污染修復。Yang研究了片狀氧化石墨烯對溶液中Cu的去除，研究表明， Cu²⁺的富集量為 46.6 mg /g，高于碳納米管和活性炭。Jiang等制備石墨烯-CdS復合材料，對水相中的重金屬同樣具有良好的吸附性能。采用不同氧化方式制得碳納米管，用于吸附Cu離子有較好的修復效果。Jun等制備了磺化鹽-氧化石墨烯-聚苯胺（LS-CO-PANI）復合材料，其表現出對Pb較強的吸附能力，在30°C下，最高吸附量達到216.4mg/g。Hao等制備SiO₂/石墨烯復合物并分析其性質，表明，復合物對于 Pb離子有較高的選擇性和吸附性，最大吸附量為113.6mg/g，比SiO₂納米薄層的吸附量大大提高。Kim等研究發(fā)現含有多壁碳納米管的復合化合物（CS-MWNT-PAA-PADPA/FG）對六價Cr有強的吸附能力。

碳納米材料及其復合材料對重金屬的吸附特征主要受環(huán)境因素影響。liliu等制備戊二醛-殼聚糖（GCCS）和氧化石墨烯-殼聚糖（CSGO）用于吸附水溶液中的Au和Pb，結果表明，CSGO對重金屬吸附的最適pH范圍大于CSGO，分別是Au為pH3-5；Pb為pH3-4；殼聚糖和5%的氧化石墨烯制備的復合材料對重金屬吸附效果最好，最大吸附量分別為：1076.69mg/g和216.92mg/g。Luo等制備的PAS-GO在pH為4-7時，對溶液中Pb的吸附量最大，為312.3mg/g。Wang等采用Hummer法制備氧化石墨烯，考察了溶液pH、吸附劑含量、離子濃度、溫度等條件的影響。結果表明，吸附Zn的最適pH為7，20分鐘內吸附達到平衡，對其進行解吸實驗表明在鹽酸條件下，Zn的解吸率最大。碳納米材料對重金屬的吸附能力除收到pH影響外，還受到溫度的影響，研究表明氧化石墨烯在不同溫度下的修復能力不同。此外，環(huán)境中的有機質對重金屬吸附也有一定影響，Ye等利用氧化多壁碳納米管吸附水相中的Cu和水楊酸，研究結果表明，Cu和水楊酸二者相互促進對方在CNT表面的吸附。碳納米管表面結合有機物之后，有效增加了其對Cu的吸附能力。Yilong制備磁性介孔氧化硅氧化石墨烯（MMSP-GO）復合材料用于吸附重金屬和腐殖酸，MMSP-GO對二者表現出較好的共同吸附能力，和單一材質吸附比較，含有腐殖酸能夠提高其對重金屬Pb和Cd的吸附性能。EDTA改性氧化石墨烯對Pb有很強的吸附能力，在pH=6.8時，吸附能力最大約為479mg/g，并且吸附速度很快，20分鐘內吸附達到平衡，吸附Pb后的EDTA-GO可以用HCl洗脫，循環(huán)使用。Ma等利用碳納米管吸附Pb、Cu、Zn、Cd四種金屬，在競爭吸附中，Pb表現出較強的吸附性，并且和其他四種金屬相比，不易解吸。研究CNT對水中重金屬的吸附能力，結果表明，二價重金屬離子在不同CNTs 上的吸附能力為: Pb²⁺＞Cd²⁺＞Co²⁺＞Zn²⁺＞Cu²⁺。

當土壤條件發(fā)生改變，土壤中重金屬的形態(tài)隨之變化，主要受到土壤中氧化還原條件、添加劑、pH值等因素的影響。pH是土壤重金屬溶解度和滯留度的重要影響因子，pH通過改變土壤中重金屬的吸附位、吸附表面的穩(wěn)定性、存在形態(tài)和配位性能等影響土壤中重金屬的化學行為。另外，土壤中重金屬形態(tài)分布隨作物的不同而不同。作物栽培環(huán)境對重金屬的形態(tài)有著重要的影響，主要由于植物根系分泌作用的存在，作物根際的pH微生物等組成一個有異于非根際的特殊生境，使得重金屬在根際和非根際環(huán)境中各化學形態(tài)的含量和分布也有所差異。

總之，目前石墨烯和碳納米管及其衍生材料用于重金屬吸附技術，主要限于污染水體治理領域，而應用于草坪生活垃圾堆肥基質建植體系的pH方面的調節(jié)，還尚無文獻報道。

技術實現要素：

本發(fā)明選用碳納米材料及其衍生物作為調節(jié)劑，目的在于調節(jié)生活垃圾堆肥中的重金屬的有效性。這一技術在草坪建植體系中，對生活垃圾堆肥的修復效率具有重要意義，并有助于促進生活垃圾資源化利用。

為實現上述目的本發(fā)明公開了如下的內容：

一種采用碳納米材料調控深層草坪堆肥基質pH值的方法，其特征在于按如下的步驟進行：

（1）研制材料

供試垃圾堆肥取自天津市小淀生活垃圾堆肥處理廠，過2mm篩備用；所述的小淀生活垃圾堆肥其基本理化性質為：有機質含量22.00%，容重0.79g/cm³，孔隙度67.98%，飽和含水量0.67ml·g^-1，pH值7.49，全氮0.57%，全磷0.34%，全鉀1. 21%，有效磷 0.078 g·kg^-1，C/N 是 8.37，其中金屬含量分別為：Ca 23.23 mg/kg，Fe 30.49 g/kg，Mg 5. 78 g/kg，Cu 341.34 mg/kg，Zn 677.33 mg/kg，Pb 216.98 mg/kg，Cd 5.02 mg/kg，Mn 437.88 mg/kg， Cr 702.6 mg/kg，Ni 41.82 mg/kg。

供試垃圾堆肥取自天津市小淀生活垃圾堆肥處理廠，過2mm篩備用；

石墨烯微片的微片大小：0.5-20 μm；微片厚度：5-25 nm；比表面積：40-60 m²/g；密度：約2.25 g/cm³；電導率：8000-10000 S/m；含碳量：>99.5%。

氧化石墨烯的平均厚度：3.4-7 nm；片層直徑：10-50 μm；層數：5-10層；比表面積：100-300 m²/g；純度>90%。

羧基化多壁碳納米管的直徑：20-40 nm；長度：10-30 μm；-COOH含量：1.43%；純度：>90 wt%；灰粉：<8 wt%；比表面積：>110 m²/g；導電率：>10² s/cm。

羥基化多壁碳納米管的直徑：20-40 nm；長度：10-30 μm；-OH含量：1.63%；純度：>90 wt%；灰粉：<8 wt%；比表面積：>110 m²/g；導電率：>10² s/cm；

草種選用北方常見禾本科植物高羊茅（Festuca arundinacea）；

（2）方法：

1）高羊茅種植在高25 cm、直徑5 cm的PVC管，管底用雙層紗布封底，實驗設置1個對照組（CK），對照組不添加碳納米材料，實驗組分別為碳納米材料羧基化多壁碳納米管（C-CH）和碳納米材料羥基化多壁碳納米管（C-OH）；

2）每個PVC管內，底層填充河沙30 g，上層填充400 g生活垃圾堆肥和1%（w/w）碳納米材料形成堆肥和納米材料的混合基質；碳納米材料和堆肥充分混合均勻后裝入管內，靜止固化 7天，固化期間每天定量澆水維持土壤持水量，固化結束后種植高羊茅，播種量為0.2 g/cm²；

3）培養(yǎng)期間，室內溫度18~25 ℃，相對濕度35%~65%，光照為透入室內的自然光6856 LX-27090 LX，經常調換位置以保證光照一致，維持堆肥為最大含水量的70%，以保證植物生長所需水分，第70d刈割，并測定相關指標。

本發(fā)明所述的混合基質包括上、中、下三層，上層0-8 cm，中層8-16 cm，下層16-25 cm。

本發(fā)明進一步公開了采用碳納米材料調控深層草坪堆肥基質pH值的方法在降低深層草坪生活垃圾堆肥基質的pH值方面的應用。其中深層草坪生活垃圾堆肥基質的pH值指的是土層深度為中層8-25 cm的pH值。其中的碳納米材料指的是石墨烯、氧化石墨烯、和羥基化多壁碳納米管總體而言，添加碳納米材料后，基質中層和下層的pH較對照均有下降，其中，添加羥基化多壁碳納米管對基質pH值的影響最大。

本發(fā)明更加詳細的描述如下：

1 研制材料與方法

1.1材料

供試垃圾堆肥取自天津市小淀生活垃圾堆肥處理廠，過2mm篩備用。其基本理化性質為：有機質含量22.00%，容重0.79g/cm³，孔隙度67.98%，飽和含水量0.67ml·g^-1，pH值7.49，全氮0.57%，全磷0.34%，全鉀1. 21%，有效磷 0.078 g·kg^-1，C/N 是 8.37，其中金屬含量分別為：Ca 23.23 mg/kg，Fe 30.49 g/kg，Mg 5. 78 g/kg，Cu 341.34 mg/kg，Zn 677.33 mg/kg，Pb 216.98 mg/kg，Cd 5.02 mg/kg，Mn 437.88 mg/kg， Cr 702.6 mg/kg，Ni 41.82 mg/kg。

石墨烯微片（Graphene）購于南京吉倉納米科技有限公司，為黑色，無規(guī)則薄片狀結構，微片大?。?.5-20 μm；微片厚度：5-25 nm；比表面積：40-60 m²/g；密度：約2.25 g/cm³；電導率：8000-10000 S/m；含碳量：>99.5%。

氧化石墨烯（Graphene oxide）購于蘇州恒球納米公司，為黑色或褐黃色粉末，平均厚度：3.4-7 nm；片層直徑：10-50 μm；層數：5-10層；比表面積：100-300 m²/g；純度>90%。

羧基化多壁碳納米管（carboxylic multi-walled carbon nanotubes）購于北京博宇高科技新材料技術有限公司，直徑：20-40 nm；長度：10-30 μm；-COOH含量：1.43%；純度：>90 wt%；灰粉：<8 wt%；比表面積：>110 m²/g；導電率：>10² s/cm。

羥基化多壁碳納米管（Hydroxylation multi-walled carbon nanotubes）購于北京博宇高科技新材料技術有限公司，直徑：20-40 nm；長度：10-30 μm；-OH含量：1.63%；純度：>90 wt%；灰粉：<8 wt%；比表面積：>110 m²/g；導電率：>10² s/cm。

草種選用北方常見禾本科植物高羊茅（Festuca arundinacea）。

1.2技術設計

高羊茅種植在高25 cm、直徑5 cm的PVC管，管底用雙層紗布封底。實驗設置1個對照組（CK），對照組不添加碳納米材料。

實驗組分別為添加石墨烯（G）；氧化石墨烯（GO）。羧基化多壁碳納米管（C-CH）和羥基化多壁碳納米管（C-OH）。

每個PVC管內，底層填充河沙30 g，上層填充400 g生活垃圾堆肥和1%碳納米材料的混合基質；每個處理3次重復。碳納米材料和堆肥充分混合均勻后裝入管內，靜止固化 7天，固化期間每天定量澆水維持土壤持水量。固化結束后種植高羊茅，播種量為0.2 g/cm²。培養(yǎng)期間，室內溫度18~25 ℃，相對濕度35%~65%，光照為透入室內的自然光（6856 LX-27090 LX），經常調換位置以保證光照一致。維持堆肥為最大含水量的70%，以保證植物生長所需水分。第70d刈割，并測定相關指標?；|分上中下三層（上層0-8 cm，中層8-16 cm，下層16-25 cm），風干后測定相關指標。

1.3 指標測定

1.3.1株高動態(tài)

播種第5 d后，開始測量株高，每隔5 d測定一次。每盆中隨機選取5 株長勢均勻的植株測量株高，取其平均值為每個處理的株高。

1.3.2葉綠素相對含量測定

在刈割前，用葉綠素測定儀（SPAD-520）測定葉綠素的相對含量，每一盆隨機選取10株較為均勻的葉片進行測定，以其平均值作為高羊茅葉綠素相對含量。

1.3.3 基質pH值的測定

稱取 10.00 g 風干基質于100 ml干燥錐形瓶中，加入50 ml 去離子水(水土比5：1)，混勻，震蕩30 min，靜置30 min。 將pH計（PHS-25型）電極插入上部的懸液中，讀取讀數，每個樣品測定間均用去離子水沖洗電極。

1.4 數據處理

實驗數據采用 SPPS 17.0 統(tǒng)計軟件對實驗數據進行單因素方差分析，采用Tukey法，在 P =0.05水平進行數據差異顯著性檢驗。結果采用Microsoft Excel 2007作圖。

2 研制結果分析

2.1高羊茅葉綠素與株高

由表1可知，添加不同碳納米材料對高羊茅的影響差異顯著。氧化石墨烯處理組的葉綠素相對含量最高，和多壁碳納米管處理組的葉綠素相對含量差異顯著，但和對照組、石墨烯處理組相比無顯著差異。其中葉綠素相對含量最低的為羥基化多壁碳納米管，僅為對照組的79.08%。

表1高羊茅葉綠素

注：同列數據中不同字母表示差異顯著P<0.05；其中CK表示對照組，G表示添加石墨烯；GO表示添加氧化石墨烯，C-CH表示添加羧基化多壁碳納米管，C-OH表示添加羥基化多壁碳納米管，下同。

高羊茅株高變化如圖1所示，在前30天各處理組間高羊茅株高沒有顯著差異，隨后添加碳納米材料的各處理組較對照株高均有所下降，35d到50d時，羧基化多壁碳納米管處理組株高較對照顯著減少，石墨烯處理、氧化石墨烯處理和羥基化多壁碳納米管處理組的株高雖較對照下降但差異不顯著。刈割前，添加石墨烯的處理組和添加羧基化碳納米管的處理組高羊茅株高較對照有顯著減少；添加碳納米材料的各處理組之間沒有顯著差異。

2.2 碳納米材料對基質pH值的影響

圖2所示為不同碳納米材料對基質各層pH值的影響，對照組基質下層pH最高，其次是基質上層，pH值最低的是中層。添加碳納米材料后，各層基質pH值趨勢發(fā)生了改變，均變?yōu)樯蠈?gt;中層>下層。比較同層基質的pH值可得，上層基質pH值最高的是羧基化多壁碳納米管處理組處理組，其次是對照組，且兩者差異顯著，另三個處理組較對照組均有顯著減少。中層基質的pH值為對照組含量最高，處理組均較對照有所減少，其中羧基化多壁碳納米管處理組差異不顯著，其他均差異顯著。下層基質處理組的pH值較對照組顯著減少?？傮w而言，添加碳納米材料后，基質中層和下層的pH較對照均有下降，其中，添加羥基化多壁碳納米管對基質pH值的影響最大。

3 研制結論

添加碳納米管及其衍生物后，其對深層草坪生活垃圾堆肥基質的pH值有降低作用。這可為進一步有針對性調控草坪生活垃圾堆肥體系重金屬修復提供依據。

附圖說明：

圖1高羊茅動態(tài)株高圖；

圖2不同碳納米材料對基質pH值的影響圖。

具體實施方式

下面通過具體的實施方案敘述本發(fā)明。除非特別說明，本發(fā)明中所用的技術手段均為本領域技術人員所公知的方法。另外，實施方案應理解為說明性的，而非限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的實質和范圍僅由權利要求書所限定。對于本領域技術人員而言，在不背離本發(fā)明實質和范圍的前提下，對這些實施方案中的物料成分和用量進行的各種改變或改動也屬于本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明所用原料、試劑均有市售。

實施例1

（1）研制材料

供試垃圾堆肥取自天津市小淀生活垃圾堆肥處理廠，過2mm篩備用；小淀生活垃圾堆肥其基本理化性質為：有機質含量22.00%，容重0.79g/cm³，孔隙度67.98%，飽和含水量0.67ml·g^-1，pH值7.49，全氮0.57%，全磷0.34%，全鉀1. 21%，有效磷 0.078 g·kg^-1，C/N 是 8.37，其中金屬含量分別為：Ca 23.23 mg/kg，Fe 30.49 g/kg，Mg 5. 78 g/kg，Cu 341.34 mg/kg，Zn 677.33 mg/kg，Pb 216.98 mg/kg，Cd 5.02 mg/kg，Mn 437.88 mg/kg， Cr 702.6 mg/kg，Ni 41.82 mg/kg。

草種選用北方常見禾本科植物高羊茅（Festuca arundinacea）；

石墨烯微片（Graphene）購于南京吉倉納米科技有限公司，為黑色，無規(guī)則薄片狀結構，微片大?。?0 μm；微片厚度：5nm；比表面積：40 m²/g；密度：約2.25 g/cm³；電導率：8000S/m；含碳量：>99.5%。

氧化石墨烯（Graphene oxide）購于蘇州恒球納米公司，為黑色或褐黃色粉末，平均厚度：3.4nm；片層直徑：10 μm；層數：5層；比表面積：100 m²/g；純度>90%。

羧基化多壁碳納米管（carboxylic multi-walled carbon nanotubes）購于北京博宇高科技新材料技術有限公司，直徑：20 nm；長度：10 μm；-COOH含量：1.43%；純度：>90 wt%；灰粉：<8 wt%；比表面積：>110 m²/g；導電率：>10² s/cm。

羥基化多壁碳納米管（Hydroxylation multi-walled carbon nanotubes）購于北京博宇高科技新材料技術有限公司，直徑：20 nm；長度：10 μm；-OH含量：1.63%；純度：>90 wt%；灰粉：<8 wt%；比表面積：>110 m²/g；導電率：>10² s/cm。

草種選用北方常見禾本科植物高羊茅（Festuca arundinacea）。（2）方法：

1）高羊茅種植在高25 cm、直徑5 cm的PVC管，管底用雙層紗布封底，實驗設置1個對照組（CK），對照組不添加碳納米材料，實驗組分別為碳納米材料羧基化多壁碳納米管（C-CH）和碳納米材料羥基化多壁碳納米管（C-OH）；

2）每個PVC管內，底層填充河沙30 g，上層填充400 g生活垃圾堆肥和1%（w/w）碳納米材料形成堆肥和納米材料的混合基質；碳納米材料和堆肥充分混合均勻后裝入管內，靜止固化 7天，固化期間每天定量澆水維持土壤持水量，固化結束后種植高羊茅，播種量為0.2 g/cm²；

3）培養(yǎng)期間，室內溫度18 ℃，相對濕度35%，光照為透入室內的自然光6856 LX-27090 LX，經常調換位置以保證光照一致，維持堆肥為最大含水量的70%，以保證植物生長所需水分，第70d刈割，并測定相關指標?；|分上中下三層（上層0-8 cm，中層8-16 cm，下層16-25 cm），風干后測定相關指標。

實施例2

供試垃圾堆肥取自天津市小淀生活垃圾堆肥處理廠，過2mm篩備用。其基本理化性質為：有機質含量22.00%，容重0.79g/cm³，孔隙度67.98%，飽和含水量0.67ml·g^-1，pH值7.49，全氮0.57%，全磷0.34%，全鉀1. 21%，有效磷 0.078 g·kg^-1，C/N 是 8.37，其中金屬含量分別為：Ca 23.23 mg/kg，Fe 30.49 g/kg，Mg 5. 78 g/kg，Cu 341.34 mg/kg，Zn 677.33 mg/kg，Pb 216.98 mg/kg，Cd 5.02 mg/kg，Mn 437.88 mg/kg， Cr 702.6 mg/kg，Ni 41.82 mg/kg。

草種選用北方常見禾本科植物高羊茅（Festuca arundinacea）；

石墨烯微片（Graphene）購于南京吉倉納米科技有限公司，為黑色，無規(guī)則薄片狀結構，微片大?。?20 μm；微片厚度： 25 nm；比表面積：40m²/g；密度：約2.25 g/cm³；電導率： 10000 S/m；含碳量：>99.5%。

氧化石墨烯（Graphene oxide）購于蘇州恒球納米公司，為黑色或褐黃色粉末，平均厚度： 7 nm；片層直徑： 50 μm；層數： 10層；比表面積： 300 m²/g；純度>90%。

羧基化多壁碳納米管（carboxylic multi-walled carbon nanotubes）購于北京博宇高科技新材料技術有限公司，直徑： 40 nm；長度： 30 μm；-COOH含量：1.43%；純度：>90 wt%；灰粉：<8 wt%；比表面積：>110 m²/g；導電率：>10² s/cm。

羥基化多壁碳納米管（Hydroxylation multi-walled carbon nanotubes）購于北京博宇高科技新材料技術有限公司，直徑： 40 nm；長度： 30 μm；-OH含量：1.63%；純度：>90 wt%；灰粉：<8 wt%；比表面積：>110 m²/g；導電率：>10² s/cm。

草種選用北方常見禾本科植物高羊茅（Festuca arundinacea）。1.2技術設計

高羊茅種植在高25 cm、直徑5 cm的PVC管，管底用雙層紗布封底。實驗設置1個對照組（CK），對照組不添加碳納米材料。實驗組分別為羧基化多壁碳納米管（C-CH）和羥基化多壁碳納米管（C-OH）。

每個PVC管內，底層填充河沙30 g，上層填充400 g生活垃圾堆肥和1%碳納米材料的混合基質；每個處理3次重復。碳納米材料和堆肥充分混合均勻后裝入管內，靜止固化 7天，固化期間每天定量澆水維持土壤持水量。固化結束后種植高羊茅，播種量為0.2 g/cm²。培養(yǎng)期間，室內溫度25 ℃，相對濕度65%，光照為透入室內的自然光（6856 LX-27090 LX），經常調換位置以保證光照一致。維持堆肥為最大含水量的70%，以保證植物生長所需水分。第70d刈割，并測定相關指標?；|分上中下三層（上層0-8 cm，中層8-16 cm，下層16-25 cm），風干后測定相關指標。