基于多源生物质的生物炭固定石油烃降解菌的方法及应用

技术领域

本发明涉及微生物固定化技术领域，尤其涉及一种基于多源生物质的生物炭固定石油烃降解菌的方法及应用。

背景技术

随着石化能源的需求量日益增加，在土壤环境中石油烃污染日趋严重，对农业及人类健康造成了严重的威胁。石油烃进入土壤后会改变土壤的理化性质并对土壤生态系统造成严重破坏，如堵塞土壤孔隙、减小土壤通透性、降低微生物活性和多样性，对作物产生毒害作用，同时石油烃通过富集于植物体内，进一步通过食物链传递危害人体健康。

当前处理石油污染土壤的方法主要有物理法、化学法和生物修复法。随着分子生物学及微生物培养技术的发展，微生物修复技术因其环保无害得到了长足的发展。但单一的微生物菌剂不便于保存和运输，不利于被广泛应用，存在一定的局限性，并且游离的微生物抗性低，容易受到土著菌群的影响，进而影响其降解效率。因此，寻找合适的载体制备固定化微生物菌剂进行土壤修复成为近年来比较热门的研究。

现有的固定化菌剂研究中，虽然菌剂修复效果较好，但大多数固定化菌剂的制备过程复杂或应用的载体材料单一。其中主要利用含有聚乙烯醇的溶液或凝胶等作为包埋剂制备固定化菌剂，例如专利CN110699347A的记载，先以活性炭为载体利用吸附法制备菌剂，再将其使用含有聚乙烯醇和天然高分子凝胶载体的溶液进行包埋得到固定化菌剂，这种方法制备过程繁琐，成本高昂。也有部分技术利用生物炭作为菌株的载体，但多是单一的生物质原料制备的生物炭材料，例如专利CN106148318A的记载，用玉米芯为载体吸附发酵后的菌液制备固定化菌剂，载体材料单一，其性能存在一定的局限性。

发明内容

有鉴于此，为了有效固定石油烃降解菌，本发明提供了一种基于多源生物质的生物炭固定石油烃降解菌的方法及应用。

本发明提供一种基于多源生物质的生物炭固定石油烃降解菌的方法，该方法包括：利用多种天然材料形成生物炭，生物炭作为载体材料；将石油烃降解菌的种子液与载体材料均匀混合，进行吸附培养；在吸附培养完成后，在无菌条件下离心，去除上层悬液，得到固体材料；将固体材料冷冻干燥后，得到固定化石油烃降解菌。

在一些实施例中，多种天然材料包括：甘蔗渣、稻壳、玉米秸秆、小麦秸秆、浒苔；其中，甘蔗渣的质量比为10～20wt％，稻壳的质量比为20～25wt％，玉米秸秆的质量比为10～15wt％，小麦秸秆的质量比为15～25wt％，浒苔的质量比为30～50wt％。

在一些实施例中，利用多种天然材料形成生物炭包括：将多种天然材料与氢氧化钾溶液混合，经搅拌、静置、干燥后，得到混合物；在保护气体气氛下，混合物在预设温度下炭化，经预设时长后，形成生物炭。

在一些实施例中，多种天然材料与氢氧化钾溶液的质量比为(1～2):3；氢氧化钾溶液的质量分数为45～65wt％。

在一些实施例中，预设温度为300～500℃，预设时长为60～90min。

在一些实施例中，载体材料与石油烃降解菌的种子液的配比为(2～4)g/20mL。

在一些实施例中，吸附培养包括：将载体材料与石油烃降解菌的种子液置于摇床吸附培养。

在一些实施例中，摇床的转速为180～200rmp，吸附培养的吸附时长为12～20h。

本发明还提供一种利用上述的方法得到的固定化石油烃降解菌。

本发明还提供一种利用上述的固定化石油烃降解菌在石油污染土壤原位修复中的应用。

本发明采用多种生物质材料按比例混合制备生物炭，并利用氢氧化钾改性技术提升生物炭的性能，利用制备得到的生物炭作为载体材料固定高效石油烃降解菌，提高了载体材料的固定性能。本发明提供的方法简单易行，适合大规模生产；采用的原料为天然材料，廉价易得。

将本发明得到的固定化石油烃降解菌应用于石油污染土壤的原位修复，能有效去除石油污染土壤的石油污染物，提升了石油烃污染土壤的修复效率，为微生物修复石油烃污染土壤提供了技术支撑。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于多源生物质的生物炭固定石油烃降解菌的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明采用多种生物质材料按比例混合制备生物炭，并利用氢氧化钾改性技术提升生物炭的性能，利用制备得到的生物炭作为载体材料固定高效石油烃降解菌。

本发明提供一种基于多源生物质的生物炭固定石油烃降解菌的方法，该方法包括：利用多种天然材料形成生物炭，生物炭作为载体材料；将石油烃降解菌的种子液与载体材料均匀混合，进行吸附培养；在吸附培养完成后，在无菌条件下离心，去除上层悬液，得到固体材料；将固体材料冷冻干燥后，得到固定化石油烃降解菌。

图1为本发明实施例提供的基于多源生物质的生物炭固定石油烃降解菌的方法的流程图。如图1所示，该方法包括操作S101～S104。

在操作S101，利用多种天然材料形成生物炭，生物炭作为载体材料。

根据本发明的实施例，多种天然材料包括：甘蔗渣、稻壳、玉米秸秆、小麦秸秆、浒苔。

根据本发明的实施例，多种天然材料包括：甘蔗渣、稻壳、玉米秸秆、小麦秸秆、浒苔；其中，甘蔗渣的质量比可以为10～20wt％，稻壳的质量比可以为20～25wt％，玉米秸秆的质量比可以为10～15wt％，小麦秸秆的质量比可以为15～25wt％，浒苔的质量比可以为30～50wt％。

根据本发明的实施例，利用多种天然材料形成生物炭包括：将多种天然材料与氢氧化钾溶液混合，经搅拌、静置、干燥后，得到混合物；在保护气体气氛下，混合物在预设温度下炭化，经预设时长后，形成生物炭。

根据本发明的实施例，多种天然材料与氢氧化钾溶液的质量比为(1～2):3，例如，可以为1:3、1:2、2:3。

根据本发明的实施例，氢氧化钾溶液的质量分数为45～65wt％，例如，可以为45wt％、50wt％、55wt％、60wt％、65wt％。

根据本发明的实施例，预设温度为300～500℃，例如，可以为300℃、350℃、400℃、450℃、500℃；预设时长为60～90min，例如，可以为60min、70min、80min、90min。

根据本发明的实施例，将多种天然材料与氢氧化钾溶液混合，经搅拌、静置、干燥后，得到混合物；具体地，将多种天然材料与氢氧化钾溶液混合，搅拌1～2h，静置24～48h，干燥后，得到混合物。

根据本发明的实施例，利用多种天然材料形成生物炭后，将生物炭洗涤至中性、干燥后，作为载体材料。

在操作S102，将石油烃降解菌的种子液与载体材料均匀混合，进行吸附培养。

根据本发明的实施例，载体材料与石油烃降解菌的种子液的配比为(2～4)g/20mL，例如，可以为2g/20mL、3g/20mL、4g/20mL。

根据本发明的实施例，吸附培养包括：将载体材料与石油烃降解菌的种子液置于摇床吸附培养。

根据本发明的实施例，摇床的转速为180～200rmp，例如，可以为180rmp、190rmp、200rmp；吸附培养的吸附时长为12～20h，例如，可以为12h、14h、16h、18h、20h。

在操作S103，在吸附培养完成后，在无菌条件下离心，去除上层悬液，得到固体材料。

在操作S104，将固体材料冷冻干燥后，得到固定化石油烃降解菌。

本发明还提供一种利用上述的方法得到的固定化石油烃降解菌。

本发明还提供一种利用上述得到的固定化石油烃降解菌在石油污染土壤原位修复中的应用。

为了更清楚地阐述本发明的实施特点，将结合一种基于多源生物质的生物炭固定石油烃降解菌的方法的实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

采用多种天然材料作为原料形成生物炭，多种天然材料的配比为：10wt％的甘蔗渣、20wt％的稻壳、15wt％玉米秸秆、15wt％的小麦秸秆、40wt％的浒苔。采用氢氧化钾溶液对生物炭改性。具体地，称取10g甘蔗渣、20g稻壳、15g玉米秸秆、15g小麦秸秆和40g浒苔浸渍于50wt％的氢氧化钾溶液中，其中，多种天然材料与氢氧化钾溶液的质量比为2:3；搅拌1h后静置24h，取出干燥后，在300℃、N

将得到的载体材料与石油烃降解菌的种子液混合，置于摇床进行吸附培养，其中载体材料与石油烃降解菌的种子液的配比为3g/20mL；在转速为200rmp的摇床吸附培养20h；在吸附培养完成后，在无菌条件下离心，去掉上层悬液，得到固体材料；将得到的固体材料冷冻干燥后，得到固定化石油烃降解菌。对得到的固定化石油烃降解菌进行比表面积测试，测试结果表明，固定化石油烃降解菌的比表面积为1189m

将得到的固定化石油烃降解菌应用于石油污染土壤的原位修复。具体地，保持石油污染土壤的水分为10～20wt％，播种0.5kg/m

实施例2

采用与实施例1类似的方法形成生物炭。

将配比为15wt％甘蔗渣、25wt％稻壳、10wt％玉米秸秆、15wt％小麦秸秆、35wt％浒苔的多种天然材料浸渍于45wt％的氢氧化钾溶液中，其中多种天然材料与氢氧化钾溶液的质量比为1:3；搅拌2h后静置36h，取出干燥后，在400℃、N

将得到的载体材料与石油烃降解菌的种子液混合，置于摇床进行吸附培养，其中载体材料与石油烃降解菌的种子液的配比为4g/20mL；在转速为200rmp的摇床吸附培养15h；在吸附培养完成后，在无菌条件下离心，去掉上层悬液，得到固体材料；将得到的固体材料冷冻干燥后，得到固定化石油烃降解菌。对得到的固定化石油烃降解菌进行比表面积测试，测试结果表明，固定化石油烃降解菌的比表面积为1657m

将得到的固定化石油烃降解菌应用于石油污染土壤的原位修复。具体地，保持石油污染土壤的水分为10～20wt％，播种0.5kg/m

实施例3

采用与实施例1类似的方法形成生物炭。

将配比为20wt％甘蔗渣、20wt％稻壳、15wt％玉米秸秆、15wt％小麦秸秆、30wt％浒苔的多种天然材料原料浸渍于60wt％的氢氧化钾溶液中，其中多种天然材料与氢氧化钾溶液的质量比为2:3；搅拌1h后静置8h，取出干燥后，在450℃、N

将得到的载体材料与石油烃降解菌的种子液混合，置于摇床进行吸附培养，其中载体材料与石油烃降解菌的种子液的配比为2g/20mL；在转速为200rmp的摇床吸附培养12h；在吸附培养完成后，在无菌条件下离心，去掉上层悬液，得到固体材料；将得到的固体材料冷冻干燥后，得到固定化石油烃降解菌。对得到的固定化石油烃降解菌进行比表面积测试，测试结果表明，固定化石油烃降解菌的比表面积为1021m

将得到的固定化石油烃降解菌应用于石油污染土壤的原位修复。具体地，保持石油污染土壤的水分为10～20wt％，播种0.5kg/m

实施例4

采用与实施例1类似的方法形成生物炭。

将配比为10wt％甘蔗渣、25wt％稻壳、10wt％玉米秸秆、15wt％小麦秸秆、40wt％浒苔的多种天然材料浸渍于65wt％的氢氧化钾溶液中，其中多种天然材料原料与氢氧化钾溶液的质量比为1:3；搅拌2h后静置30h，取出干燥后，在500℃、N

将得到的载体材料与石油烃降解菌的种子液混合，置于摇床进行吸附培养，其中载体材料与石油烃降解菌的种子液的配比为3g/20mL；在转速为200rmp的摇床吸附培养18h；在吸附培养完成后，在无菌条件下离心，去掉上层悬液，得到固体材料；将得到的固体材料冷冻干燥后，得到固定化石油烃降解菌。对得到的固定化石油烃降解菌进行比表面积测试，测试结果表明，固定化石油烃降解菌的比表面积为1356m

将得到的固定化石油烃降解菌应用于石油污染土壤的原位修复。具体地，保持石油污染土壤的水分为10～20wt％，播种0.5kg/m

本发明的实施例采用多种生物质材料按比例混合制备生物炭，并利用氢氧化钾改性技术提升生物炭的性能，利用制备得到的生物炭作为载体材料固定高效石油烃降解菌，提高了载体材料的固定性能。本发明的实施例提供的方法简单易行，适合大规模生产，采用的原料为天然材料，廉价易得。

将本发明的实施例中得到的固定化石油烃降解菌应用于石油污染土壤的原位修复，能有效去除石油污染土壤的石油污染物，提升了石油烃污染土壤的修复效率，为微生物修复石油烃污染土壤提供了技术支撑。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。