CN107523561B

CN107523561B - 一种高温碱化改性生物炭基载体制备方法及应用

Info

Publication number: CN107523561B
Application number: CN201710785484.9A
Authority: CN
Inventors: 任宏洋; 王兵; 马伶俐; 谢红丽; 李珍珍
Original assignee: CNPC Research Institute of Safety and Environmental Technology Co Ltd
Current assignee: CNPC Research Institute of Safety and Environmental Technology Co Ltd
Priority date: 2017-09-04
Filing date: 2017-09-04
Publication date: 2020-09-11
Anticipated expiration: 2037-09-04
Also published as: CN107523561A

Abstract

本发明属于环境修复技术领域和微生物固定领域，具体地涉及一种高温碱化改性生物炭基载体制备方法及应用，其特征在于：通过对生物质材料干燥粉碎、热解和冷却、酸化和碱化步骤，再经生物炭内部孔道的受控刻蚀处理，确保制备的生物炭内孔道结构有利于微生物的生长、代谢，再将生物炭表面经高温碱性溶液改性后，用于碳基固定化微生物菌剂的制备。本发明以生物质材料，如秸秆、玉米芯为原料，制备生物炭，通过对生物炭内部孔道的受控刻蚀，精确控制制备的生物炭载体中空隙的孔径和长度，确保制备的生物炭内孔道结构有利于微生物的生长、代谢，最后生物炭表面经改性后，可用于炭基固定化微生物菌剂的制备，用于石油烃类污染土壤修复和农业废弃物处理。

Description

一种高温碱化改性生物炭基载体制备方法及应用

技术领域

本发明属于环境修复技术领域和微生物固定领域，具体地涉及一种高温碱化改性生物炭基载体制备方法及应用，以受控造孔制备介孔生物炭基载体，并通过表面碱化改性，固定石油降解菌并应用于修复石油类污染土壤的方法。

背景技术

随着石化产业的运行，石油和页岩气开采、储存、运输、炼制等过程中造成的土壤污染问题，严重威胁人们的身体健康。石油中的有机烃类不仅破坏土壤结构，降低土壤功能，造成土地无法耕作、土壤板结，由于其在自然环境中很难被降解，还会抑制微生物代谢活动，累积在植物体内的石油烃类物质，引发食品安全问题，污染物通过食物链，进入动植物和人体内，影响人类健康和生存。国内外治理石油污染土壤的主要方法有填埋法、焚烧法和生物修复法等。

微生物修复是利用石油降解菌对污染物的降解作用，在微生物代谢活动中，将石油烃类污染物作为底物来源。经微生物降解后，污染物种类、性质等更加复杂，一些具有毒性的次代谢产物由于不能被微生物继续利用，易在土壤中累积，不利于微生物生长，降低降解效果。

固定化微生物技术是通过将游离的细胞或酶限制在特定空间区域内，使其保持较高活性，具有微生物密度高、流失少、能抵抗外界胁迫等优点，在适宜条件下，能快速、大量增殖的生物技术。国内外常将固定化微生物技术应用于修复受污染水体：CN102433318A将一种石油降解菌固定在聚乙烯泡沫上，用于净化被石油污染的水体；CN101760455A将芦苇地表根须为载体，将纯化富集的石油降解菌喷洒在芦苇根须上，达到固定化，并应用于强化自然湿地对石油污染水体的净污能力；CN201410005600.7以硫酸亚铁为原料，通过对经催化氧化后的沉淀产物进行熟化改性，用于修复砷污染土壤，且土壤中水溶态砷降低99.8%，有效态砷减少75.4%；CN104707566A将秸秆生物炭用0.1mol/L硝酸改性后，制成生物炭球用于石油污染水体净化。微生物的活性是生物修复的关键，生物炭固定技术的关键是为微生物提供良好的载体，并对固定的微生物提供保护，前期的技术认为孔隙率越高，比表面积越大，微生物固定化效果越好，没有针对生物炭空隙结构和表面形态与微生物代谢的关系展开的研究。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种用于石油类污染土壤生物修复的，内部孔道受控刻蚀、表面碱化改性的生物炭基载体制备方法，以解决目前修复过程中微生物活性弱、固定化效果较差等不足，且以秸秆、玉米芯等农业废弃物为原料，为农业废弃物资源化利用提供一条有效途径。

解决以上技术问题的一种高温碱化改性生物炭基载体制备方法，包括生物质材料，其特征在于：通过对生物质材料干燥粉碎、热解和冷却、酸化和碱化步骤，再经生物炭内部孔道的受控刻蚀处理，确保制备的生物炭内孔道结构有利于微生物的生长、代谢，再将生物炭表面经高温碱性溶液改性后，用于碳基固定化微生物菌剂的制备。

所述生物质材料木质素含量15~20%，总纤维素含量65%~70%，碱性溶液为5mol/L的氢氧化钠溶液。

所述生物炭内部孔道受控刻蚀步骤处理后生物炭孔径为7~12um。

本发明中高温碱化改性生物炭基载体制备方法，包括如下步骤：

(1)干燥粉碎：将生物质材料54-62℃烘干11-15h，粉碎；

(2)热解冷却：取粉碎后的原料以10-15℃/min升温到400-500℃，热解3-4h，加热过程中氧气体积浓度为10~12%，冷却、研磨；

(3)酸化：冷却后的生物炭原料于硝酸和氢氟酸混合酸中浸泡3~4h，过滤；

(4)碱化：过滤物放入过氧化氢溶液中浸泡30~60min，pH=3~4，静置、沉淀，生物炭原料含水率8~10%；

(5) 生物炭内部孔道受控刻蚀：将(4)制得的生物炭原料置于加热炉中进行生物炭内部孔道受控刻蚀；

(6)表面改性处理：将(5)中的生物炭原料与氢氧化钠溶液按1:3~1:5 w/w混合，每10-15min以100r/min-150r/min搅拌2~3min搅拌，浸泡2-3h后，静置、沉淀，生物炭原料含水率8~10%；烘干，再以20-25℃/min速率升温到400~450℃，加热2-3h、冷却；

(7)干燥后制膜：烘干后以20-25℃/min速率升温到400-500℃，加热时间3-4h，冷却、干燥；再按1:1~3的质量比例将生物炭原料放入缓释膜制备溶液中，浸泡20~30min，沉淀后、晾干即得。

所述硝酸、氢氟酸、过氧化氢溶液和氢氧化钠为体积百分比浓度为1%~2%的硝酸和0.5%~1%的氢氟酸混合酸，8~10%的过氧化氢溶液；所述步骤（8）中接入活化16-18h后的接种菌。

所述生物炭载体内孔道受控刻蚀步骤在有氧过程中反应，具体如下：

（1）预加热：以10-15℃/min速率升温到100~120℃，控制加热炉中气压1.1~1.2个大气压，温度达到100~120℃后，加热5~10min；

（2）预加热完成后，以速率30-35℃/min升温到700~750℃，控制加热炉中气压1.2~1.5个大气压，加热3~4h；

（3）以20~30℃/min速率冷却到室温。

所述步骤（1）和步骤（2）控制加热中氧气体积百分含量1%~2%，所述步骤（3）冷却过程中氧气体积百分含量0.1%~0.5%。

本发明中高温碱化改性生物炭基载体的应用，即按1:100的质量比例，将生物炭加入到微生物液体培养基中，以5-10%接种量接入接种菌，置于摇床中固定、离心、洗涤后再离心，所得固体物质即为固定化菌剂。

所述微生物液体培养基为将蔗糖10 g、牛肉膏6 g、酵母粉1.5 g和1000 m L蒸馏水混合均匀，调节培养基中无机盐浓度为K₂HPO₄∙3H2O 2.266 g/L，KH₂PO₄ 0.68 g/L，MgSO₄∙7H₂O 0.1 g/L，FeSO₄∙7H2O 0.03 g/L，MnSO₄∙H₂O 0.03 g/L，CaCl₂ 0.0151 g/L，NH₄Cl1.325 g/L，再用NaOH或盐酸调节pH，温度121 ℃灭菌20 min即可。

所述pH 7.0~7.4。

本发明中对于生物炭微生物固定化技术而言，炭基载体内的孔道结构和表面特性是影响微生物固定化的关键。合适的载体内的孔径和较长的孔道有利于微生物附着在生物炭基载体上，本发明通过对基材的选择和工艺条件优化实现了生物炭基载体内部孔道的受控刻蚀，确保制备的生物炭基载体的高生物活性。

本发明中，步骤1确定了生物炭基材原料的组分，木质素含量15~20%，总纤维素含量65%~70%。木质素质量分数是生物炭比表面积的主要影响因素，较高的木质素质量分数越高，孔隙率越小，所制得的生物炭比表面积越小，本发明中，针对秸秆、玉米芯等农业废弃物的组分分析表明，其木质素含量较低，有利于后期制备较高孔隙率的生物炭，同时原料的来源较为广泛，可以实现农业废物的资源化。

在400-500℃下对生物质原料进行高温缺氧热解3-4h，升温速率设置为10-12℃/min，进行生物炭基载体内部空隙初步制备，但在工艺条件优化方面，在较低的温度和较低的氧气含量条件下，可以实现生物炭表面微孔的大量生成，又避免了热解速率的过快，形成过大、过浅的孔道。

针对本发明中采用的秸秆、玉米芯等农业废物中无机物含量较高的材料，采用硝酸和氢氟酸混合酸进行酸化，可有效地将原料中的部分不溶物溶出，进一步提高生物炭内部的空隙率。

通过工艺条件优化实现载体内的合适的孔径和较长的孔道是本发明的关键，在步骤4、5中，本发明将经过初步热解的炭基材料载体浸没于过氧化氢溶液中，让过氧化氢溶液渗透到载体的微孔内，通过pH调节，使过氧化氢保持稳定。经过氧化氢处理后的载体通过预热，使载体孔道中的过氧化氢分解，生成氧气，通过优化加热炉中气压和氧气量，确保生成的氧气保留在孔道内。预热完成后，然后快速升温，实现生物炭载体内部孔道的受控刻蚀，其关键控制条件包括：首先，控制加热炉中的氧气浓度，通过工艺条件优化，加热炉中氧气浓度为1%~2%（v/v），防止由于加热炉中的氧气含量过高导致载体孔径过大，通过控制，步骤4中过氧化氢溶液浓度、浸泡时间，以及沉淀后生物炭原料含水率，确保载体孔道内过氧化氢生成的氧气浓度，并通过优化加热炉中的气压和氧气浓度，延缓载体空隙内生成的氧气逸出到加热炉中，实现炭基载体内空隙的生成主要由孔道内生成的氧气反应，确保载体内孔道向内部扩展，增加孔道长度；其次，对于刻蚀温度的控制，可以实现生物炭载体孔径和孔道长度的控制。低温时生物炭的孔隙数量少，所吸附的微生物数量和石油量少；随着温度升高，生物炭表面的粗糙程度增加，孔隙数量增多，吸附的微生物数量和石油量增加，但是，热解温度过高会使生物炭的孔隙堵塞，阻碍氧气和营养元素等的传质作用，遏制固定化菌剂的降解性能，本发明通过工艺条件优化，升温速率为30-35℃/min，升温到600~650℃。实现孔径为7~12um，为微生物进入孔道内部，进行固定化奠定基础。

再采用氢氧化钠试剂对其进行碱化改性，步骤6、7，通过优化改性过程中氢氧化钠溶液浓度及反应条件，并在400~450℃条件下实现热化学反应，因氢氧化钠的熔点是318.4℃，此时的氢氧化钠处于熔融状态，能够有效与生物炭基材料反应，增加载体表面的羟基、羧基等疏水基团增加，材料表面疏水性能增加，保证微生物固定过程中，有效挂膜，且能有效吸附石油污染物，从而增大了石油降解菌与石油烃类污染底物的接触几率。

对于碱化改性后的炭基载体，通过步骤8，将其与无机培养基及具有石油类降解功能的微生物菌种进行固定化，制备高效反应菌剂。经高温碱化后的生物炭基载，无毒且为微生物生长提供了足够的营养物质，并为微生物的生长提供了有利的生长条件，同时降解菌分泌的酶能渗入到生物炭孔道中，与孔内吸附的污染物作用，加速石油污染物的降解。

经高温碱化改性后的生物炭基载体具有良好的物理性状，微孔数量增多，孔道结构清晰，孔径适宜于微生物的固定化，比表面积增大，能有效保护孔道内部石油降解菌，为石油降解菌提供较长保护时间。制备的炭基载体通过氢氧化钠改性后，载体表面的羟基、羧基等疏水基团增加，材料表面疏水性能增加，保证微生物固定过程中，有效挂膜，使微生物在土壤中积累足够的生物活性，避免因外界环境及土壤微生物竞争，导致石油降解菌数量减少，同时，有利于污染物和代谢产物的扩散，为维持正常代谢提供足够的空间和氧气。

本发明以生物质材料，如秸秆、玉米芯为原料，制备生物炭，通过对生物炭内部孔道的受控刻蚀，精确控制制备的生物炭载体中空隙的孔径和长度，确保制备的生物炭内孔道结构有利于微生物的生长、代谢，最后生物炭表面经改性后，可用于炭基固定化微生物菌剂的制备，可用于石油烃类污染土壤修复和农业废弃物处理。本发明具有材料来源广泛、修复效果好、有利于农业废弃物处理，且可用于实际页岩气开场井场污染土壤和石油污染土壤修复使用等优点。

附图说明

图1为本发明中实施例1的生物炭基载体孔径图

图2为本发明中实施例2的生物炭基载体孔径图

图3为本发明中实施例3的生物炭基载体孔径图

图4为本发明中工艺流程图

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明做更进一步详细说明：

实施例1

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进行进一步说明：

本实施例针对四川长宁页岩气井场石油烃类污染区土壤开展炭基固定化生物修复菌剂制备。

利用玉米芯为原料，木质素含量18%，总纤维素含量70%。将玉米芯依次用自来水和纯净水洗净，60℃烘干12h，将干燥后的原料粉碎，过20目筛。取粉碎后的原料，置于加热炉中，以10℃/min升温速率升温到 400℃，热解3h，加热过程中氧气浓度控制在10%（v/v），冷却取出后，将制备好的生物炭基载体研磨，过200目筛。

冷却后的玉米芯，置于1%（v/v）的硝酸和0.5%（v/v）的氢氟酸混合酸中，浸泡3h，过滤，去除残酸液。将去除酸液后的玉米芯原料放入8%过氧化氢溶液中，pH控制在3，浸泡30min，静置、沉淀，去除过氧化氢上清液，确保生物炭原料含水率8%。

过氧化氢浸泡后的玉米芯生物炭原料置于加热炉中进行生物炭内部孔道受控刻蚀，以10℃/min升温速率升温到100℃，控制加热炉中气压1.1个大气压，氧气含量1%（v/v），温度达到100℃后，加热5min。预加热完成后，提高升温速率到30℃/min，升温到600℃，控制加热炉中气压1.2个大气压，氧气含量1%（v/v），加热2h。以20℃/min的降温速率冷却到室温，冷却过程中，氧气含量0.1%（v/v），完成受控刻蚀后，通过扫描电镜（SEM）分析（如图1），表明载体内部孔隙结构发达，生物炭载体孔径主要分布于8~10um，生物炭基载体进行BET表征，测得其比表面积为312.30 m²·g^-1，孔容为3.792 cm³·g^-1。

经过与过氧化氢反应定向刻蚀后的生物炭原料与5mol/L氢氧化钠溶液按1:5（w/w）混合，每10min以100r/min搅拌2min，浸渍2h后，静置、沉淀，去除氢氧化钠溶液上清液，确保生物炭原料含水率8%。

120℃烘箱中烘干，置于加热炉中，以20℃/min升温速率升温到400℃，加热2h，制备得表面改性的生物炭基载体。

将受控刻蚀并表面改性的生物炭载体1g，按质量比1:100的比例，加入100mL固定化培养基中，121℃灭菌20min，以5-10%接种量接入活化16h后的接种菌Pseudomonasaeruginosa(中国工业微生物菌种保藏管理中心，编号10205)，置于温度为35℃、转速为130r/min的摇床中固定18h。倒掉上层培养基，将下层固体转入离心管中，在6000 r/min离心10min，弃去上清液。用0.85%生理盐水洗涤下层固体后，离心5min，重复洗涤三次，离心所得固体物质即为固定化菌剂。

固定化培养基的配方为：蔗糖10 g、牛肉膏6 g、酵母粉1.5 g和1000 m L蒸馏水混合均匀，控制培养基中无机盐浓度，K₂HPO₄∙3H₂O 2.266 g/L，KH₂PO₄ 0.68 g/L，MgSO₄∙7H₂O0.1 g/L，FeSO₄∙7H₂O 0.03 g/L，MnSO₄∙H₂O 0.03 g/L，CaCl₂ 0.0151 g/L，NH₄Cl 1.325 g/L，以pH试纸为指示，用NaOH或盐酸调节pH 7.0~7.4，121 ℃灭菌20 min。

对于玉米芯生物炭中固定的微生物量分析表明，数量为4.2×10¹⁰ cfu/g，固定效率达71.2%。

将其与石油类污染物土壤按1:100混合后，降解10d后，土壤中石油类污染物的降解效率达到80%。

实施例2

本实施例针对新疆塔里木油田石油烃类污染区土壤开展炭基固定化生物修复菌剂制备。

利用秸秆为原料，木质素含量20%，总纤维素含量65%。将秸秆依次用自来水和纯净水洗净，54℃烘干15h，将干燥后的原料粉碎，过20目筛。取粉碎后的原料，置于加热炉中，以15℃/min升温速率升温到 500℃，热解4h，加热过程中氧气浓度控制在12%（v/v），冷却取出后，将制备好的生物炭基载体研磨，过200目筛。

考虑到秸秆生长、收集中，与无机物接触频率较高，原料中无机物较高，需要更高的酸浓度和更长的时间进行酸解，冷却后的秸秆，置于2%（v/v）的硝酸和1%（v/v）的氢氟酸混合酸中，浸泡4h，过滤，去除残酸液。

秸秆中木质素含量较高，其孔道的受控刻蚀需要更多的氧化剂，将去除酸液后的秸秆原料放入10%过氧化氢溶液中，pH控制在4，浸泡60min，静置、沉淀，去除过氧化氢上清液，确保生物炭原料含水率10%。

将过氧化氢浸泡后的秸秆生物炭原料置于加热炉中进行生物炭内部孔道受控刻蚀，以15℃/min升温速率升温到120℃，控制加热炉中气压1.2个大气压，氧气含量2%（v/v），温度达到120℃后，加热10min。预加热完成后，提高升温速率到35℃/min，升温到650℃，控制加热炉中气压1.5个大气压，氧气含量2%（v/v），加热3h。以30℃/min的降温速率冷却到室温，冷却过程中，氧气含量0.1%（v/v）。

由于秸秆中木质素含量较高，完成受控刻蚀后，其生物炭载体内部孔径较玉米芯小，通过扫描电镜（SEM）分析（如图2），生物炭载体孔径主要分布于7~8um。

经过与过氧化氢反应定向刻蚀后的生物炭原料与5mol/L氢氧化钠溶液按1:3（w/w）混合，每15min以150r/min搅拌3min，浸渍3h后，静置、沉淀，去除氢氧化钠溶液上清液，确保生物炭原料含水率10%，120℃烘箱中烘干，置于加热炉中，以25℃/min升温速率升温到450℃，加热2h，制备得表面改性的生物炭基载体。

将受控刻蚀并表面改性的生物炭载体1g，按质量比1:100的比例，加入100mL固定化培养基中，121℃灭菌20min，以5-10%接种量接入活化16h后的接种菌，铜绿假单胞菌,Pseudomonas aeruginosa(中国工业微生物菌种保藏管理中心，编号10204)），置于温度为35℃、转速为130 r/min的摇床中固定20h，由于秸秆生物炭载体内部孔径较小，需要更长的固定化时间。

倒掉上层培养基，将下层固体转入离心管中，在6000 r/min离心10min，弃去上清液。用0.85%生理盐水洗涤下层固体后，离心5min，重复洗涤三次，离心所得固体物质即为固定化菌剂。

对于秸秆生物炭中固定的微生物量分析表明，数量为2.5×10¹⁰ cfu/g，固定效率达57.6%。

将其与石油类污染物土壤按1:200混合后，降解30d后，土壤中石油类污染物的降解效率达到90%。

实施例3

本实施例针对陕西长庆油田石油烃类污染区土壤的开展炭基固定化生物修复菌剂制备。

利用玉米芯为原料，木质素含量15%，总纤维素含量68%。将玉米芯依次用自来水和纯净水洗净，62℃烘干11h，将干燥后的原料粉碎，过20目筛。取粉碎后的原料，置于加热炉中，以10℃/min升温速率升温到 450℃，热解3h，加热过程中氧气浓度控制在11%（v/v），冷却取出后，将制备好的生物炭基载体研磨，过200目筛。

冷却后的玉米芯，置于1.5%（v/v）的硝酸和0.8%（v/v）的氢氟酸混合酸中，浸泡3h，过滤，去除残酸液。将去除酸液后的玉米芯原料放入9%过氧化氢溶液中，pH控制在3.8，浸泡40min，静置、沉淀,去除过氧化氢上清液，确保生物炭原料含水率8.5%。

过氧化氢浸泡后的玉米芯生物炭原料置于加热炉中进行生物炭内部孔道受控刻蚀，以12℃/min升温速率升温到105℃，控制加热炉中气压1.1个大气压，氧气含量1.2%（v/v），温度达到105℃后，加热6min。预加热完成后，提高升温速率到32℃/min，升温到610℃，控制加热炉中气压1.25个大气压，氧气含量1.2%（v/v），加热2.5h。以28℃/min的降温速率冷却到室温，冷却过程中，氧气含量0.4%（v/v）。

完成受控刻蚀后，通过扫描电镜（SEM）分析（如图3），表明载体内部孔隙结构发达，生物炭载体孔径主要分布于9~12um。

经过与过氧化氢反应定向刻蚀后的生物炭原料与5mol/L氢氧化钠溶液按1:3（w/w）混合，每10min以120r/min搅拌3min，浸渍2.5h后，静置、沉淀，去除氢氧化钠溶液上清液，确保生物炭原料含水率8.5%，120℃烘箱中烘干，以22℃/min升温速率升温到410℃，加热2.5h，制备得表面改性的生物炭基载体。

将受控刻蚀并表面改性的生物炭载体1g，按质量比1:100的比例，加入100mL固定化培养基中.121℃灭菌20min，以8%接种量接入活化16h后的接种菌Pseudomonasalcaligenes (中国工业微生物菌种保藏管理中心，编号20696)，，置于温度为35℃、转速为130 r/min的摇床中固定20h。倒掉上层培养基，将下层固体转入离心管中，在6000 r/min离心10min，弃去上清液。用0.85%生理盐水洗涤下层固体后，离心5min，重复洗涤三次，离心所得固体物质即为固定化菌剂。

对于玉米芯生物炭中固定的微生物量分析表明，数量为4.5×10¹⁰ cfu/g，固定效率达74.2%。

将其与石油类污染物土壤按1:200混合后，降解10d后，土壤中石油类污染物的降解效率达到86%。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种高温碱化改性生物炭基载体制备方法，包括生物质材料，其特征在于：

通过对生物质材料干燥粉碎、热解和冷却、酸化和碱化步骤，再经生物炭内部孔道的受控刻蚀处理，确保制备的生物炭内孔道结构有利于微生物的生长、代谢，再将生物炭表面经高温碱性溶液改性后，用于碳基固定化微生物菌剂的制备；

其中，生物质材料为木质素含量15~20%，总纤维素含量65%~70%，碱性溶液为5mol/L的氢氧化钠溶液；

所述酸化为冷却后的生物炭原料于硝酸和氢氟酸混合酸中浸泡3~4h，过滤；

所述碱化为过滤物放入过氧化氢溶液中浸泡30~60min，pH=3~4，静置、沉淀；

所述生物炭内部孔道的受控刻蚀处理为在有氧过程中反应，具体如下：

（1）预加热：以10~15℃/min速率升温到100~120℃，控制加热炉中气压1.1~1.2个大气压，温度达到100~120℃后，加热5~10min；

（2）预加热完成后，以速率30~35℃/min升温到700~750℃，控制加热炉中气压1.2~1.5个大气压，加热3~4 h；

（3）以20~30℃/min速率冷却到室温；

表面改性处理为将受控刻蚀处理后的生物炭原料与氢氧化钠溶液按1:3~1:5 w/w混合，搅拌，浸泡2~3 h后，静置、沉淀；烘干，再以20~25℃/min速率升温到400~450℃，加热2-3h、冷却。

2.如权利要求1所述的一种高温碱化改性生物炭基载体制备方法，其特征在于：所述生物炭内部孔道受控刻蚀步骤处理后生物炭孔径为7~12um。

3.如权利要求1所述的一种高温碱化改性生物炭基载体制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)干燥粉碎：将生物质材料54~62℃烘干11~15 h，粉碎；

(2)热解冷却：取粉碎后的原料以10~15℃/min升温到400~500℃，热解3~4 h，加热过程中氧气体积浓度为10~12%，冷却、研磨；

(3)酸化：冷却后的生物炭原料于硝酸和氢氟酸混合酸中浸泡3~4 h，过滤；

(4)碱化：过滤物放入过氧化氢溶液中浸泡30~60min，pH=3~4，静置、沉淀；

(6)表面改性处理：将(5)中的生物炭原料与氢氧化钠溶液按1:3~1:5 w/w混合，搅拌，浸泡2-3h后，静置、沉淀；烘干，再以20~25℃/min速率升温到400~450℃，加热2~3 h、冷却；

(7)干燥后制膜：烘干后以20-25℃/min速率升温到400-500℃，加热时间3~4 h，冷却、干燥；再按1:1~3的质量比例将生物炭原料放入缓释膜制备溶液中，浸泡20~30min，沉淀后、晾干即得。

4.如权利要求1所述的一种高温碱化改性生物炭基载体制备方法，其特征在于：所述步骤（1）和步骤（2）控制加热中氧气体积百分含量1%~2%，所述步骤（3）冷却过程中氧气体积百分含量0.1%~0.5%。

5.如权利要求3所述的制备方法制备的高温碱化改性生物炭基载体的应用，其特征在于：按1:100的质量比例，将生物炭加入到微生物液体培养基中，以5-10%接种量接入接种菌，置于摇床中固定、离心、洗涤后再离心，所得固体物质即为固定化菌剂。

6.如权利要求5所述的应用，其特征在于：所述微生物液体培养基为将蔗糖10 g、牛肉膏6 g、酵母粉1.5 g和1000 m L蒸馏水混合均匀，调节培养基中无机盐浓度为K₂HPO₄∙3H₂O2.266 g/L，KH₂PO₄ 0.68 g/L，MgSO₄∙7H₂O 0.1 g/L，FeSO₄∙7H₂O 0.03 g/L，MnSO₄∙H₂O 0.03g/L，CaCl₂ 0.0151 g/L，NH₄Cl 1.325 g/L，再用NaOH或盐酸调节pH，温度121 ℃灭菌20 min即可。

7.如权利要求6所述的应用，其特征在于：所述pH 7.0~7.4。