CN108069734A - 一种利用微生物降解风化煤的化学前处理方法 - Google Patents

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张强
杨治平
冯悦晨
武文丽
黄高鉴
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孙捷
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Abstract

本发明公开了一种利用微生物降解风化煤的化学前处理方法，是通过向风化煤中加入风化剂，调节含水量为23‑27%，25‑35℃水浴中低温保温20‑40min，68‑72℃水浴中高温保温25‑35min，然后在60‑70℃下烘干；所述风化剂是由尿素和（NH4）2HPO4按2：(1‑3)的重量比混合而成的，其中，风化剂的加入量占风化煤重量的12‑18%。本发明通过化学前处理来增加风化煤中腐植酸类物质的含量（1.6‑16.5%），改变风化煤的结构，提高风化煤的失重率（33‑39%），进而提高微生物降解风化煤的降解率及稳定性。

Description

一种利用微生物降解风化煤的化学前处理方法
技术领域
本发明属于微生物在农业方面应用技术，涉及一种利用微生物降解风化煤的方法，特别是涉及一种利用微生物降解风化煤的化学前处理方法。
背景技术
风化煤是煤层的露头部分长期氧化、风化、水解形成的一种低级别煤。其共生的矿物质较多，富集着较多的微量元素，且含有大量再生腐植酸(HA)和多种含氧活性官能团,是生产有机肥和生物肥高品质的难得的天然原料,也是腐植酸的重要来源之一。腐植酸不仅用于工业、医药和环保等领域，而且广泛用于农业，如增加土壤蓄水保墒能力；改良盐碱地，提高保苗率；对植物的生长有刺激作用；能增加土壤中有效磷的含量。随着腐植酸研究应用的深入发展，风化煤中的腐植酸具有广阔的开发利用前景。
我国有非常丰富风化煤储量，估计近千亿吨，据有关煤炭地质部门初步调查，估计山西和内蒙二省（区）储量分别为80亿吨和50亿吨，储量较多的还有：新疆、黑龙江、江西、云南、四川、河南、甘肃、贵州等省。
随着微生物转化技术处理煤炭成为了国内外研究的热点，大量的研究表明利用微生物可显著提高风化煤的降解效果，但受到风化煤样品、微生物菌株及其发酵工艺等的影响。目前也有利用微生物菌株提高风化煤中腐植酸类物质含量的方法，但大多存在效率不高，效果不稳定等问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明公开了一种利用微生物降解风化煤的化学前处理方法，通过化学前处理来增加风化煤发中腐植酸类物质的含量，改变风化煤的结构，提高风化煤的失重率，进而提高微生物降解风化煤的降解率及稳定性。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明公开了一种利用微生物降解风化煤的化学前处理方法，向风化煤中加入风化剂，调节含水量为23-27%，25-35℃水浴中低温保温20-40min，68-72℃水浴中高温保温25-35min，然后在60-70℃下烘干。
作为一种优选实施方式，所述风化剂是由尿素和（NH4）2HPO4按1：(0.5-1)的重量比混合而成的，其中，风化剂的加入量占风化煤重量的12-18%。
作为一种优选实施方式，向风化煤中加入风化剂，调节含水量为25%，30℃水浴中低温保温30min，70℃水浴中高温保温30min，然后在65℃下烘干。
作为一种优选实施方式，所述风化剂是由尿素和（NH4）2HPO4按1：0.7的重量比混合而成的，其中，风化剂的加入量占风化煤重量的15%。
培养基的配制：（1） 将2.6 g (NH4)2S04、1.0 g K2HP04、0.5 g KH2P04、0.2 gMgS04·7H20、0.01 g CaCl2·2H20、3 g葡萄糖、0.8g酵母粉、1000 mL去离子水混合，得到基本培养基；（2）向基本培养基中加入10.0 g，经过化学前处理的风化煤配成降解培养基，并将降解培养基的pH值控制为6.0。
菌种制备：将菌种划线接种于PDA 斜面培养基上，在温度为26 ～ 30℃条件下，培养60 ～ 72h，连续转管2 次使菌种得到活化；活化后的菌株接种于PDA平板上，长满后，备用。
风化煤的降解：将制备好的菌株按1/4平板每100ml接种于降解培养基中，28℃下140 rpm培养5～7 d后，测定各项参数。
本发明风化剂中尿素和（NH4）2HPO4的重量比是经过多次试验筛选，同时基本符合农业生产中氮肥和磷肥的施用范围，风化剂与风化煤的重量比例主要考量风化剂中（NH4）2HPO4的处理效果，保证效果的同时降低尿素的使用量；化学处理采用变温水浴是由于高温容易引起风化剂的氨挥发，先低温再高温可使风化剂中NH4 +和HPO4 3-均能充分起作用，提高化学处理的效果。
本发明将经过化学前处理的风化煤转移到基本培养基中，得到降解培养基，通过微生物降解风化煤，提高降解率及稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为化学处理对风化煤中腐植酸类物质含量的影响。
图2为降解培养后，风化煤1号降解物的红外光谱分析结果。
图3为降解培养后，风化煤2号降解物的红外光谱分析结果。
图4为降解培养后，风化煤3号降解物的红外光谱分析结果。
图5液体培养下化学前处理后风化煤的失重率。
图6 化学前处理对风化煤发酵液中腐植酸类物质含量的影响。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1.材料与方法
供试菌株：微生物菌株（黑曲霉）
供试风化煤：3种不同来源的风化煤，分别记作风化煤1号，风化煤2号，风化煤3号；
将尿素和（NH4）2HPO4按1：0.7的重量比混合而成的风化剂，按15%的比例加入风化煤中，调节含水量为25%，30℃水浴中低温保温30min，70℃水浴中高温保温30min，然后在65℃下烘干。测定水溶性和游离性腐植酸的含量并进行FT-IR分析。
培养基的配制：（1） 将2.6 g (NH4)2S04、1.0 g K2HP04、0.5 g KH2P04、0.2 gMgS04·7H20、0.01 g CaCl2·2H20、3 g葡萄糖、0.8g酵母粉、1000 mL去离子水混合，得到基本培养基；（2）向基本培养基中加入10.0 g经过化学前处理的风化煤配成降解培养基，并将降解培养基的pH值控制为6.0。
菌种制备：将菌种划线接种于PDA 斜面培养基上，在温度为26 ～ 30℃条件下，培养60 ～ 72h，连续转管2 次使菌种得到活化；活化后的菌株接种于PDA平板上，长满后，备用。
将菌株活化后，分别接种到基本培养基和降解培养基中，50 mL培养基接种量为1／4个平板，28℃下培养7 d后，离心(12000rpm)15 min，测定上清液中游离腐植酸、水溶性腐植酸的含量。沉降物在75℃烘至恒重，计算损失的质量，失重率为培养基中加人的风化煤质量与沉降物质量(包括菌体和未分解的风化煤)之间的差值与原加入风化煤的质量之比，用百分数表示。同时做不接种的空白对照（CK），重复3次。
2.结果分析
2.1 化学处理对风化煤中腐植酸类物质含量的影响
如图1所示，化学处理后，风化煤1号和3号样品中游离腐植酸含量与对照差异不大，风化煤2号样品中游离腐植酸含量较对照明显增加；而处理后风化煤样品中水溶性腐植酸含量比对照有明显的增加。
2.2 化学处理后风化煤的红外分析
图2显示了降解培养后，风化煤1号降解物的红外光谱分析结果。处理与对照相较，谱图的形状基本相似， 1230 cm-1～1110 cm-1处峰形明显变得平缓，在1110 cm-1～910 cm-1处发生了不同程度的位移，而760 cm-1有新峰出现， 600cm-1～470 cm-1处明显的减弱峰；说明处理后产生的羧基官能团类物质种类多，结构复杂。
图3显示了降解培养后，风化煤2号降解物的红外光谱分析结果。处理与对照相较，谱图的形状基本相似，1652 cm-1～1631 cm-1处、910 cm-1～760 cm-1处的峰形发生了位移，在760 cm-1有新峰出现，600cm-1～470 cm-1处明显的减弱峰；说明在羧基官能团上含量较多且结构较复杂，而在C-H弯曲的面外振动有明显的加强，改变更多的集中在腐植酸类物质上，其含量增加量较大。
图4显示了降解培养后，风化煤3号降解物的红外光谱分析结果。处理与对照相较，谱图的形状基本相似，1230 cm-1～1110 cm-1处峰形明显变得平缓说,且在1087 cm-1有一个缺失峰，说明处理后羧基官能团含量存在差异，结构较复杂，处理作用较强。
2.3 化学处理对风化煤降解培养的影响
从图5风化煤液体培养后的失重率变化看出，化学处理后各风化煤的失重率明显高于对照。对照处理的风化煤1号、2号、3号的失重率分别是5.6%、4.7%和11.3%；化学处理后的失重率为38%、41%、43%；说明化学处理对3种不同来源、腐植酸类物质含量差异较大的风化煤的降解均存在明显的促进作用。
从图6风化煤液体培养后的上清液中腐植酸类物质含量的变化看出，化学处理明显提高了风化煤降解培养液中腐植酸类物质的含量。其中风化煤2号的游离腐植酸含量增加最明显，而在水溶性腐植酸的增加上风化煤1号和3号的效果较好，即化学处理明显增加了风化煤的降解效果。
实施例2
一种利用微生物降解风化煤的化学前处理方法，向风化煤1号中加入占风化煤重量12%的风化剂，调节含水量为23%，25℃水浴温度中保温40min，68℃水浴温度中保温35min，然后在60℃下烘干。其中，所述风化剂是由尿素和（NH4）2HPO4按2：1的重量比混合而成的。
实施例3
一种利用微生物降解风化煤的化学前处理方法，向风化煤3号中加入占风化煤重量18%的风化剂，调节含水量为27%，35℃水浴温度中保温20min，72℃水浴温度中保温25min，然后在70℃下烘干。其中，所述风化剂是由尿素和（NH4）2HPO4按1：1的重量比混合而成的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用微生物降解风化煤的化学前处理方法，其特征在于：向风化煤中加入风化剂，调节含水量为23-27%，25-35℃水浴中低温保温20-40min，68-72℃水浴中高温保温25-35min，然后在60-70℃下烘干。
2.如权利要求1所述利用微生物降解风化煤的化学前处理方法，其特征在于：所述风化剂是由尿素和（NH4）2HPO4按1：(0.5-1)的重量比混合而成的，其中，风化剂的加入量占风化煤重量的12-18%。
3.如权利要求1所述利用微生物降解风化煤的化学前处理方法，其特征在于：向风化煤中加入风化剂，调节含水量为25%，30℃水浴中低温保温30min，70℃水浴中高温保温30min，然后在65℃下烘干。
4.如权利要求2所述利用微生物降解风化煤的化学前处理方法，其特征在于：所述风化剂是由尿素和（NH4）2HPO4按1：0.7的重量比混合而成的，其中，风化剂的加入量占风化煤重量的15%。
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