CN113046344A

CN113046344A - 一种纤维状苦荞壳生物炭及土壤修复固定化菌剂制备方法

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Publication number: CN113046344A
Application number: CN202110296672.1A
Authority: CN
Inventors: 任宏洋; 邓源鹏; 魏紫静; 龚星明; 侯迪雅; 孙雷涛; 王兵
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University; Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources
Priority date: 2021-03-19
Filing date: 2021-03-19
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2041-03-19
Also published as: CN113046344B

Abstract

本发明公开了一种纤维状苦荞壳生物炭及土壤修复固定化菌剂制备方法。以苦荞壳为原材料，通过酸化去除苦荞壳内半纤维素，并在焦磷酸溶液中煮沸软化苦荞壳材质，经研磨压缩制成长条状结构，后通过由三个异相转动的齿轮组成的纤维化装置将苦荞壳制备成纤维状且在表面具备细微纤维结构的凹槽。将煤粉灰‑碳酸钙‑磷酸镁以斑点状不完全覆盖在纤维状苦荞壳上，低氧碳化制得纤维状苦荞壳生物炭，并通过在菌液中震荡培养和底层爆气培养使微生物生长在生物炭的孔道内和表层纤维结构上，从而制得一种纤维状固定化微生物菌剂。该方法加强了载体对土壤中水份的传导，强化石油污染的生物修复。

Description

一种纤维状苦荞壳生物炭及土壤修复固定化菌剂制备方法

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，具体涉及一种纤维状苦荞壳生物炭及土壤修复固定化菌剂制备方法。

背景技术

苦荞为荞麦属蓼科植物，在中国四川、内蒙等地大量种植，据统计2010年全世界荞麦的产量超过了151万吨。而当前随着苦荞产业规模的扩大，苦荞受到了广泛利用。然而，苦荞壳作为生产的废弃物，仅少量被用来制作枕头填充物，其价值却并未得到完全利用。

在石油污染的治理领域，经常采用固定化强化微生物对于石油污染土壤的生物修复。大多农业废弃物其具有较多的木质素、纤维素和半纤维素，在高温碳化下可以形成具有很大比表面积和空隙的结构，被用来制作固定化微生物的载体，固定微生物对石油污染进行生物处理。固定化载体多种多样，有谷糠、芦苇秸、芦苇地表根须、聚丙烯酰胺—海藻酸钠、小麦麸皮、生物炭等等。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；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；CN101768583A通过制备固定化菌剂，将不动杆菌负载到谷糠固定化载体中，保证微生物的生理活性和稳定性不受影响，同时为微生物提供好氧缺氧的微环境，既利于菌剂的生长又利于菌剂反硝化脱氮性能的发挥。CN109679871A以聚丙烯酰胺—海藻酸钠为载体，建立包埋固定化微生物，创立出一种PAM-SA固定化微生物降解含油废水的方法。CN111662897A将常见的小麦麸皮进行改性，用于微生物菌剂的载体，为微生物营造了丰富的微孔生长环境，采用该载体制成的菌剂中活菌数远超执行标准。

载体的形状特征对于石油污染土壤的生物修复有着重要的影响，前期的研究主要针对生物炭的比表面积、孔隙率等性质展开研究，一般认为比表面积和孔隙率越大，越越利于微生物的生长，有利于石油污染土壤的生物修复，而较少针对固定化菌剂的形状与石油污染土壤的生物修复之间的关系展开研究，纤维状外表生物炭具有对土壤中的水和污染物传递效率高、持水能力强，可改善土壤的特点。

本发明通过先酸化软化、研磨、压缩、经三角状齿轮撕扯制备出纤维状苦荞壳、并通过喷洒隔热材料实施生物炭表面不完全碳化的方式，制备出具备纤维状结构的苦荞壳生物炭，并通过在该生物炭内部和纤维状外表两步固定微生物，增强其附菌效果，强化石油污染土壤的生物修复，同时增强苦荞壳作为微生物固定化载体在油气田污染实际生物修复中的对水和污染物质的传导性能，为农业废弃物的资源化利用和石油污染的土壤修复提供一种新的解决办法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于石油类污染土壤生物修复的，具有明显纤维状表观形状的原材料以及对原材料实行表面部分碳化维持其纤维状形态从而最终得到一种纤维状苦荞壳生物炭的制备方法，以解决当前生物炭表面光滑、在土壤中对水以及污染物传导性不足的缺陷。通过酸化软化、三角状齿轮沿着载体内部纤维结构撕扯成纤维状结构的原材料，形成有利于制备纤维状生物炭的条件；而后通在纤维状原材料均匀喷撒煤粉灰-碳酸钙-碳酸镁混合浆液，在表面形成不完全碳化维持生物炭的纤维状表观结构的同时，也在生物碳上负载了粉煤灰以期改善土壤性质，加强固定化微生物的代谢与繁殖。

本发明以苦荞壳为原料，制备出一种纤维状外表的生物炭载体，可以有效的提高对土壤中水和污染物的传导作用，通过制备的微生物菌剂，有效降低石油类污染物的含量，实现石油类污染土壤的生物修复，为同时为农业废弃物资源化利用提供一条新途径，本发明的内容如下：

1、将苦荞壳原料用去离子水洗净后，置于体积分数为40～60％的HCl中搅拌4～6h，静止12～16h，进行抽滤，保留固体部分。

2、将上述苦荞壳置于体积分数为20～30％的焦磷酸溶液中煮沸3～4h，静置6～9h，进行抽滤，保留软化后的原材料，确保苦荞壳原材料的含水率为20～40％。软化后的苦荞壳原料，置于研钵中研磨10～20min，研磨压力为0.1～0.3MPa，通过研磨去除苦荞壳蒂，并对苦荞壳表面进行光滑打磨和挤压，使苦荞壳沿着内部纤维结构方向成型。

3、将制得的苦荞壳原材料在200～220MPa条件下压缩为5～7min，压成直径为1～2cm，长度为的13～15cm的长条状苦荞壳，在60℃下烘干1～2h，确保苦荞壳原材料的含水率为15～20％。

4、将制得的长条苦荞壳原材料分别进入由三个齿轮构成的纤维化装置破碎，进入速度为2～3cm/s。其中齿轮(1)(直径为4～5cm)的基本参数为：内齿中齿与外圆一致等厚且为0.5～1cm，齿数为40～50、齿高为0.5～1cm、齿根高为0.2～0.3cm。其中齿轮(2)(直径为2～3cm)的基本参数为：内齿中齿与外圆不一致等厚，外圆厚为0.5～0.8cm，内齿厚为0.1～0.2mm，为等腰三角状，两腰边为内齿，内齿与圆的平面方向成30～45°夹角，内齿与圆的平面方向成角的正负为间隔排列，齿数为15～30，齿高为0.2～0.5cm，齿根高为0.01～0.02cm。其中齿轮(3)(直径为0.5～1cm)的基本参数为：外圆厚为0.4～0.6cm，内齿厚为0.1～0.2mm，为等腰三角状，两腰边为内齿，内齿朝向与圆的平面方向一致，其基本参数为齿数为8～10，齿高为0.1～0.2cm，齿根高为0.01～0.02cm。

所述的3个齿轮的摆放位置要求为，三个齿轮圆心重合，中间间隔为0.2～0.4cm。3个齿轮的转速要求为，顶圆直径为4～5cm的齿轮转向为逆时针，转速为10～20r/min，顶圆直径为2～3cm的齿轮为顺时针转动，转速为20～30r/min，顶圆直径为0.5～1cm的齿轮转向为逆时针，转速为30～40r/min，使用发动机通过皮带传送为不同齿轮提供动力。

5、将上述制造得到的纤维状苦荞壳摊开，不存在相互重叠的情况；将煤粉灰、碳酸钙、碳酸镁分别粉碎至200目以下，后按照质量比煤粉灰：碳酸钙：碳酸镁：水为3：14：15：80的比例配成浆液，装入喷壶后通过在漩涡震荡仪中按照2500～3000r/min的转速对浆液进行混匀10～15min，混匀完毕立即对生物炭表面进行均匀喷洒，喷洒速率为10～15mL/min，喷洒浆液量为20～30mL/m²。

6、将经过喷洒后的纤维状苦荞壳在270～300℃下碳化2～3h，其中保护气体为氮气，氮气分压P/P₀范围为0.930～0.996。升温速率按照2～3℃/min，得到外表仍为纤维状的固定化载体。

7、将上述生物炭置于接种10～20％微生物的牛肉膏蛋白胨-琼脂培养基中，在120～150r/min、25～35℃的条件下震荡培养6～10h，其中牛肉膏、蛋白胨、氯化钠、琼脂、水的质量比为3：5：2：2：500。后将预先培养过的固定化微生物继续置于接种2～5％微生物的牛肉膏蛋白胨培养基中，其中牛肉膏、蛋白胨、氯化钠、水的质量比为3：5：2：500，选择从培养基接近底部进行曝气通氧，曝气速率为0.1～0.15L/min，培养10～15h，即得到纤维状固定化微生物。

技术特点

本发明中，步骤1中采用40～60％的HCl去除苦荞壳生物质原材料中的半纤维素，破坏其结合在纤维素纤维表面而形成的相互交错且牢固的网络结构，为后续材料能够轻易按照纤维纹路撕扯成纤维状表观结构提供先决条件。此外，通过去除半纤维素，降低苦荞壳原材料的抗拉、抗压能力，使其在后续处理中更容易研磨和压缩。

步骤2中通过20～30％的焦磷酸溶液中煮沸3～4h，对苦荞壳原材料进行软化，可以使苦荞壳进一步更容易被研磨和压缩。同时，焦磷酸具有极强的配位性，可以通过催化降解作用使苦荞壳原材料部分前驱体以气体的形式从原材料中逸出，减少碳化过程中焦油的生成，另外焦磷酸分布在原材料中占据一定位置减少在高温条件下苦荞壳原材料内部颗粒的收缩，也能一定程度上减少焦油的生成，即减少碳化过程中的大气污染。

步骤3中，考虑到苦荞壳一般长0.5～1cm，宽0.4～0.6cm左右，将苦荞壳压缩成直径为1～2cm的圆柱状聚集体，保证在后续的齿轮撕扯过程中苦荞壳圆柱体横切面的所有原材料都能被有效撕扯。

步骤4中使压缩成条状的苦荞壳生物炭以2～3cm/s依次通过4～5、2～3、0.5～1cm锯齿状齿轮。2～3cm/s的速度保证了几乎所有的苦荞壳都可以经过锯齿撕扯，避免了速度过快导致的撕扯不完全和过慢导致的效率低下问题。其中直径为4～5cm的等厚齿轮的作用是将将压缩后的苦荞壳原材料预先压散，保证后续撕扯过程能够有效进行，锯齿与圆等厚保证了锯齿与苦荞壳原材料的接触时间不至于过短，为苦荞壳原材料的充分压散提供条件。其中直径为2～3cm的齿轮的作用是对苦荞壳原材料进行撕扯，上下交错摆放的锯齿保证了有效撕裂。其中直径为0.5～1cm的齿轮与顶圆直径为2～3cm的齿轮转向相反，作用是通过异向转动强化对苦荞壳的撕扯能力，使其能够更好地沿着内部纤维结构撕扯，此外直径为0.5～1cm可以进一步在苦荞壳表面磨蚀成具有浅沟痕，使其更容易附菌。

步骤5中喷洒的浆液配方为：煤粉灰、碳酸钙、磷酸镁、水为按照质量比为3：15：10：80的比例配成。其中粉煤灰的导热系数是0.23W/m·K左右，碳酸钙的导热系数为0.05w/mk左右，磷酸镁的导热系数为0.046w/(m·k)，通过将浆液混合之后均匀喷洒在纤维状的苦荞壳上，在喷洒速率为10～15mL/min，喷洒浆液量20～30mL/m²的操作条件下在苦荞壳外表形成斑点状浆液点，以期在后期碳化过程中使该斑点处较未喷射到浆液的位置碳化速率更未缓慢，最终能够实现载体表面不均匀碳化，基本维持其纤维状结构。考虑到浆液中煤粉灰、碳酸钙、磷酸镁的导热系数近似比为9：2：2，因此配置浆液时其质量比为3：14：15左右，其中水的质量比占据80％左右是为了能够达到更好地分散以及喷洒效果。

此处煤粉灰的使用，一方面减少了火电厂粉煤灰的处置压力，一方面也能够起到改善土壤的作用，能够起到强化土壤生物修复的作用，考虑到它0.23W/m·K的导热系数，因此也能对生物炭表面不完全碳化做出一定贡献。为了更好地实现生物炭表面不完全碳化，选择传热系数较低的碳酸钙和磷酸镁作为主要隔热材料，同时，碳酸钙能够在长期的土壤修复中缓慢释放出Ca²⁺，为土壤中的植物、动物和微生物的生命活动提供营养元素，而磷酸镁也能够在长期的土壤修复中缓慢释放出PO₄ ^2-和Mg²⁺，作为营养增补剂为土壤中的植物、动物和微生物的生命活动提供P元素和Mg元素，同时也能作为抗结剂防止土壤板结。

步骤6中将纤维状苦荞壳按2～3℃/min的升温速率升到270～300℃在氮气保护下进行无氧碳化2～3h，2～3℃/min的升温速率可以产出质地更有韧性且密度较大的生物炭，同时也能减少焦油的产生；基于生物炭的组成、表观结构确定碳化温度为270～300℃，在此温度下，既可以保证苦荞壳经过碳化后仍能保持纤维状的表观结构，制造出的生物炭也具备足够的机械强度，此外还可以保证苦荞壳内的槲皮素不会被分解，可以有效保护固定的微生物不受多环芳烃等有毒物质引起的脂质过氧化反应影响，从而提高对石油污染土壤的生物修复效果。氮气保护可以保证更高的产碳率。氮气分压一定程度上决定了生物炭孔径的大小，0.930～0.996的氮气分压下制备出的生物炭的孔径直径在30～500nm，可以给微生物提供适宜条件。

步骤7中分别进行了2次附菌，以达到在生物炭孔道内和纤维状生物炭表层附菌的目的。第一次附菌时，少量琼脂的加入使牛肉膏蛋白胨营养液能够持久保留在纤维状苦荞壳生物炭的表层上，同时较大的接种量和以120～150r/min的转速震荡培养使微生物尽可能地生长在纤维状苦荞壳生物炭的孔道内；第二次附菌时，选择从培养基接近底部按0.1～0.15L/min的速率进行曝气通氧，保证了生物炭表层的营养物质不脱落，微生物在此种情况下在纤维状苦荞壳生物炭的未完全碳化的表层静静生长。

附图说明

图1是本发明中纤维化装置中齿轮摆放图。

图中1为纤维化装置中顶圆直径为4～5cm的内齿轮，2为顶圆直径为2～3cm的齿轮，3为顶圆直径为0.5～1cm的齿轮。

具体实施方式

实施案例1

本实施例是以苦荞壳为原材料，针对四川长宁页岩气井场石油烃类污染土壤开展的纤维状固定化生物菌剂制备。

将产自四川大凉山的苦荞壳原料用去纯洗净后，置于体积分数为40％的HCl中搅拌4h去除半纤维素，搅拌速率为75r/min，静止12h保证半纤维素的充分溶解，而后置于体积分数为20％的焦磷酸溶液中煮沸3h并静置6h对苦荞壳进行软化，此时苦荞壳原材料的含水率为20％。将软化后的的苦荞壳原料，置于研钵中，在压力为0.1MPa的条件下研磨10min，得到表面光滑且细长的苦荞壳，将其放入直径为2cm，长度为的10cm的碳合金钢管中，通过压力机给苦荞壳原材料压缩，在200MPa压缩时间为5min，在60℃下烘干1h，此时苦荞壳原材料的含水率为15％。

将制得的长条苦荞壳原材料置于顶圆直径为4cm、齿厚为0.5cm、齿数为40、齿高为0.9cm、齿根高为0.2cm的内齿轮中压散苦荞壳；而后通过顶圆直径为2cm、内齿厚为0.1mm、齿数为15，齿高为0.2cm，齿根高为0.01cm、内齿交错排放在圆截面的两侧并与圆的平面方向成30°夹角的锯齿齿轮，苦荞壳表面被齿轮摩擦勾出纤维状浅痕并按内部纤维结构被撕裂成长条状；最后进入与圆直径为2cm转向相反、顶圆直径为0.5cm、的齿轮、齿厚为0.1mm、齿数为10，齿高为0.1cm，齿根高为0.01cm且内齿朝向与圆的平面方向一致的锯齿状齿轮中进行顺时针-逆时针撕裂进一步将苦荞壳按内部纤维结构撕裂并在苦荞壳表面制造出更多的刮痕。最后得到长度均值在0.4cm左右、宽度为0.15cm左右的蓬松、纤维状的苦荞壳。

将煤粉灰、碳酸钙、磷酸镁分别粉碎至200目以下，后按照质量比煤粉灰：碳酸钙：磷酸镁：水为3：14：9：80的比例配成浆液，装入喷壶后通过在漩涡震荡仪中按照2500r/min的转速对浆液进行混匀10min，混匀完毕立即取20mL将其均匀喷洒在摊开的纤维状苦荞壳上，后将经过喷洒后的纤维状苦荞壳在放入马弗炉，在氮气保护的条件下按照2～3℃/min的按升温速率升到270℃下碳化2h，得到长度均值在0.3cm左右、宽度为0.1cm左右、外表仍为纤维状的固定化载体。

将上述生物炭置于接种10％Bacillusniabensis(中国工业微生物菌种保藏管理中心，编号23081)的牛肉膏蛋白胨-琼脂培养基中，在120r/min、30℃的条件下震荡培养10h，其中牛肉膏蛋白胨培养基中牛肉膏2g，蛋白胨5g，氯化钠2.5g，纯水500mL，琼脂加量为0.4％。后将预先培养过的固定化微生物继续置于接种2％Bacillusniabensis的牛肉膏蛋白胨培养基中培养15h，从培养基接近底部按照0.1L/min的速度进行缓慢曝气供氧，即得到纤维状固定化微生物。将该纤维状固定化微生物与污染物土壤按1:50(w/w)混合，经过30d的降解，能实现土壤中石油类污染物达71.2％的解效率，并且土壤变得松散，持水能力增强了30％。

实施案例2

本实施例是针对陕西长庆油田石油污染土壤开展的纤维状固定化生物菌剂制备。

利用木质素含量15％，总纤维素含量69％的苦荞壳制备纤维状表观结构的固定化微生物菌剂。将苦荞壳原料用自来水洗净后，置于体积分数为60％的HCl中搅拌6h，静止16h去除半纤维素组分，过滤后置于酸溶液中煮沸3h，此处为减少后续碳化过程的大气污染，采用体积分数为20％的焦磷酸，煮沸后静置6h，对苦荞壳进行软化，此时苦荞壳原材料的含水率为40％。将软化后的的苦荞壳原料，在压力为0.3MPa的条件下研磨20min，后通过压力机将苦荞壳压缩为直径为2cm，长度为的15cm的棒状结构，在60℃下烘干2h，此时苦荞壳原材料的含水率为15％。

将制得的长条苦荞壳原材料置于顶圆直径为5cm、齿厚为1cm、齿数为50、齿高为1.2齿根高为0.3m的内齿轮中压散苦荞壳；而后通过顶圆直径为3m、内齿厚为0.1mm、齿数为30，齿高为0.5cm，齿根高为0.01cm、内齿交错排放在圆截面的两侧并与圆的平面方向成45°夹角的锯齿齿轮，苦荞壳表面被齿轮摩擦勾出纤维状浅痕并按内部纤维结构被撕裂成长条状；最后进入与圆直径为2cm转向相反、顶圆直径为1cm的齿轮、齿厚为0.1mm、齿数为10，齿高为0.2cm，齿根高为0.01cm且内齿朝向与圆的平面方向一致的锯齿状齿轮中进行顺时针-逆时针撕裂进一步将苦荞壳按内部纤维结构撕裂并在苦荞壳表面制造出更多的刮痕。最后得到长度均值在0.4cm左右、宽度为0.1cm左右的蓬松、纤维状的苦荞壳。

为实现生物炭表层的不完全碳化，需在生物炭表层喷洒一层隔热矿材，因此将煤粉灰、碳酸钙、磷酸镁分别粉碎至200目以下，后按照质量比煤粉灰：碳酸钙：磷酸镁：水为4：15：9：80的比例配成浆液，为使浆液混合均匀，先装入喷壶后在摇床中按照150r/min摇动24h，保持温度低于30℃，后通过在漩涡震荡仪中按照3000r/min的转速对浆液进行混匀15min，混匀完毕立即取20mL将其均匀喷洒在摊开的纤维状苦荞壳上，后将经过喷洒后的纤维状苦荞壳在放入马弗炉，在氮气保护的条件下按照3℃/min的按升温速率升到300℃下碳化3h，过20目筛，最终得到长度均值在0.4cm左右、宽度为0.1cm左右、外表仍为纤维状的固定化载体。

将上述生物炭分两步进行附菌，第一步，为实现生物炭内部孔径的附菌，将生物炭置于接种20％Bacillusniabensis(中国工业微生物菌种保藏管理中心，编号23081)的牛肉膏蛋白胨-琼脂培养基中，在150r/min、30℃的条件下震荡培养6h，其中琼脂加量为0.4％。第二步，为实现纤维状表观结构的生物炭载体在纤维状表层附菌，将第一步中经过预先培养过的固定化微生物继续置于接种5％Bacillusniabensis的牛肉膏蛋白胨培养基中培养10h，从培养基接近底部按照0.1L/min的速度进行缓慢曝气供氧，即得到纤维状固定化微生物。将该纤维状固定化微生物菌剂与污染物土壤按1:5(w/w)混合，经过30d的降解，能实现土壤中石油类污染物达97％的降解效率，并且土壤中的板结情况得到较好改善。

实施案例3

本实施例是针对新疆塔里木油田石油污染土壤开展的纤维状固定化生物菌剂制备。

将苦荞壳原料用自来水洗净后，置于体积分数为50％的HCl中搅拌5h，静止14h去除半纤维素组分，过滤后置于24％的焦磷酸溶液中煮沸3h，静置8h，对苦荞壳进行软化，然后在压力为0.22MPa的条件下研磨15min，后通过压力机在205MPa条件下压缩为6min，将苦荞壳压缩为直径为1.4cm，长度为的13cm的棒状结构，在60℃下烘干2h。

将制得的长条苦荞壳原材料置于顶圆直径为4.5cm、齿厚为0.8cm、齿数为42、齿高为1cm，齿根高为0.2cm的内齿轮中压散苦荞壳；而后通过顶圆直径为2.8cm、内齿厚为0.1mm、齿数为35，齿高为0.4cm，齿根高为0.01cm、内齿交错排放在圆截面的两侧并与圆的平面方向成35°夹角的锯齿齿轮，苦荞壳表面被齿轮摩擦勾出纤维状浅痕并按内部纤维结构被撕裂成长条状；最后进入直径为0.8cm的齿轮、齿厚为0.1mm、齿数为10，齿高为0.1cm，齿根高为0.01cm且内齿朝向与圆的平面方向一致的锯齿状齿轮中撕裂，最后得到长度均值在0.36cm左右、宽度为0.13cm左右的蓬松、纤维状的苦荞壳。

因此将煤粉灰、碳酸钙、磷酸镁粉碎至200目以下，后按照质量比煤粉灰：碳酸钙：磷酸镁：水为4：15：15：80的比例配成浆液，通过在漩涡震荡仪中按照2800r/min的转速对浆液进行混匀13min，混匀完毕立即按25mL/m²将其均匀喷洒在摊开的纤维状苦荞壳上，后在氮气保护的条件将苦荞壳进行碳化，生物速率为2.5℃/min，碳化温度为290℃，碳化时间为2.5h，最终得到长度均值在0.31cm左右、宽度为0.09cm左右、外表仍为纤维状的固定化载体。

将上述生物炭置于接种15％的Bacillusniabensis(中国工业微生物菌种保藏管理中心，编号23081)的牛肉膏蛋白胨-琼脂培养基中振荡培养8h，培养条件为150r/min、30℃，培养基配方为牛肉膏3.2g，蛋白胨5.6g，氯化钠3g，琼脂3g，纯水500mL。将该固定化微生物继续置于接种3％Bacillusniabensis的牛肉膏蛋白胨培养基中培养10h，培养基配方为牛肉膏2.5g，蛋白胨5g，氯化钠2.3g，纯水500mL。从培养基接近底部按照0.12L/min的速度进行缓慢曝气供氧，即得到最终的纤维状固定化微生物菌剂。将该纤维状固定化微生物菌剂与塔里木油田石油污染土壤按1:50(w/w)混合，经过30d的降解，能实现土壤中石油类污染物达84.3％的降解效率。

Claims

1.一种纤维状苦荞壳生物炭及土壤修复固定化菌剂制备方法，以苦荞壳为原材料，通过酸化去除苦荞壳内半纤维素，酸中加热软化，并对苦荞壳进行研磨、压缩、机械撕扯从而得到整体形状为纤维状且表面具备细微纤维结构凹槽的苦荞壳结构，通在纤维状原材料均匀喷撒隔热浆液实现载体表面的不完全碳化，维持载体表观的纤维状结构，并附菌制成纤维状固定化微生物菌剂，该种苦荞壳可用于加强在土壤中载体对于水份的传导作用，强化石油污染的生物修复，具体包括如下步骤：

(1)将苦荞壳原料用去离子水洗净后，置于体积分数为40～60％的HCl中搅拌4～6h，静止12～16h，进行抽滤，保留固体部分；

(2)取去除半纤维素后的原材料，置于体积分数为20～30％的焦磷酸溶液中煮沸3～4h，静置6～9h，进行抽滤，保留软化后的原材料；

(3)软化后的的苦荞壳原料，置于研钵中研磨10～20min，研磨压力为0.1～0.3MPa，通过研磨去除苦荞壳蒂，并对苦荞壳表面进行光滑打磨和挤压；

(4)将(3)制得的苦荞壳原材料压缩成直径1～2cm，长度为的13～15cm的棒状苦荞壳原材料，压缩压力为200～220MPa，压缩时间为5～7min，在60℃下烘干1～2h，制得纤维状表观结构，长度为0.4～0.5cm，宽度为0.1～0.13cm的苦荞壳；

(5)将(4)制得的长条苦荞壳原材料置于由三个直径为4～5、2～3、0.5～1cm的锯齿状齿轮组成的纤维化机械装置下进行撕扯，进入速度为2～3cm/s；

(6)将上述制造得到的纤维状苦荞壳摊开，在不存在相互重叠的情况下，将煤粉灰、碳酸钙、碳酸镁配制成的浆液通过在漩涡震荡仪中以2500～3000r/min的转速对浆液进行混匀10～15min后，立即对苦荞壳表面进行均匀喷洒，将经过喷洒后的纤维状苦荞壳在270～300℃下碳化2～3h，其中保护气体为氮气，升温速率按照2～3℃/min，得到外表仍为纤维状，长度为0.3～0.4cm，宽度为0.08～0.1cm的固定化载体；

(7)将上述生物炭置于接种10～20％微生物的牛肉膏蛋白胨-琼脂培养基中，在120～150r/min、25～35℃的条件下震荡培养6～10h，后将生物炭捞出置于接种2～5％微生物的牛肉膏蛋白胨培养基中培养10～15h，即得到纤维状固定化微生物。

2.如权利要求1(5)所述的齿轮为内齿样式，顶圆直径为4～5cm的齿轮中，内齿中齿与外圆一致等厚，顶圆直径为2～3cm的齿轮的外圆厚为0.5～0.8cm，内齿厚为0.1～0.2mm，内齿与圆的平面方向成30～45°夹角，内齿与圆的平面方向成角的正负为间隔排列，顶圆直径为0.5～1cm的齿轮为的外圆厚为0.4～0.6cm，内齿厚为0.1～0.2mm，内齿朝向与圆的平面方向一致，3个齿轮的摆放位置要求为，三个齿轮圆心重合，中间间隔为0.2～0.4cm。

3.如权利要求1(5)所述的3个齿轮的转速要求为，顶圆直径为4～5cm的齿轮转向为逆时针，转速为10～20r/min，顶圆直径为2～3cm的齿轮为顺时针转动，转速为20～30r/min，顶圆直径为0.5～1cm的齿轮转向为逆时针，转速为30～40r/min。

4.如权利要求1(6)所述煤粉灰、碳酸钙、碳酸镁需粉碎至200目以下，后按照质量比煤粉灰：碳酸钙：碳酸镁：水为3：14：15：80的比例配成浆液，喷洒速率为10～15mL/min，喷洒浆液量20～30mL/m²。

5.如权利要求1(6)所述的碳化过程中升温速率按照2～3℃/min，降温速率为6～8℃/min其中氮气分压P/P₀处于0.930～0.996。

6.如权利要求1(7)中所述第一次培养为震荡培养，培养基中牛肉膏、蛋白胨、氯化钠、琼脂、水的质量比为3：5：2：2：500，第二次培养为曝气通氧静置培养，曝气位置为培养基接近底部处，后将预先培养过的固定化微生物继续置于接种2～5％微生物的牛肉膏蛋白胨培养基中，曝气速率为0.1～0.15L/min，其中牛肉膏、蛋白胨、氯化钠、水的质量比为3：5：2：500。