CN113234713A - 一种生物炭负载微生物修复剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物炭负载微生物修复剂，该生物炭负载微生物修复剂是以贻贝壳粉为载体，地衣芽孢杆菌为修复剂的贻贝壳生物修复剂；本发明提供了一种基于废弃贻贝壳的生物修复剂，大大降低传统微生物所需要环境条件的苛刻，同时大大降低了生成成本，有利于废弃贻贝壳高值化利用，具有广泛的工业化前景和市场价值。
Description
技术领域
本发明属于污油污染物处理领域，具体涉及一种生物炭负载微生物修复剂及其制备方法。
技术背景
原油，汽油，杂酚油和柴油统称为总石油烃(TPH)，而TPH是最常见的持久性有机污染物之一。TPH通过地下储罐泄漏，石油泄漏，运输过程和工业过程进入生态系统，主要污染土壤和水。原油污染将严重影响土壤及其相关的环境机制。1978年以来，中国已经成为世界十大产油国之一，中国的原油污染土壤面积已超过8×107m2。迫切需要-种油污土壤修复剂使植物在土壤中健康生长。
对油污污染的土壤有多种修复方法，例如溶剂萃取，生物修复，植物修复, 化学氧化，电修复，热技术，超声处理和综合修复技术。其中，由于生物修复方法无毒，可降解，成本低等特点，被认为是最有前途的修复方法。
中国专利申请(申请号CN109261127A)中公开了一种无选择性疏油亲水材料的制备方法，其特征在于：将氟碳表面活性剂、水溶性金属盐溶液和微纳米颗粒混合超声分散于有机溶剂中，制得疏油亲水悬浮液；所述水溶性金属盐溶液为水溶性钠盐或水溶性钾盐；所述微纳米颗粒为TiO2、SiO2、ZnO,平均粒径为5～ 30nm；将所述疏油亲水悬浮液附着于多孔基底材料表面，得疏油亲水材料。本发明将氟碳表面活性剂、水溶性金属盐溶液和微纳米颗粒进行混合，并将得到的疏油亲水悬浮液附着在多孔基底材料上，获得的疏油亲水材料能够同时在水中和空气中实现疏油亲水性质，对各种常见油的接触角均大于150°，吸水倍率高，吸油倍率低，吸水倍率是吸油倍率的4000多倍。
中国专利申请(申请号CN102441565A)中公开了一种化学强化湿地植物修复石油污染湿地的方法。其特征在于：在原生态石油污染湿地上，按30～ 50mg/m2的计量，喷洒表面活性剂烷基糖苷，间隔一定时期重复喷洒，至湿地石油含量达到环境标准要求。本发明方法充分利用其原有的自净功能，通过添加表面活性剂强化的技术手段，加大污染物的解吸，提高柴油的生物可利用性，提高微生物活性、刺激本土石油烃降解微生物生长繁殖以实现湿地柴油污染土壤修复效率的提高。结果证明，添加适当配比的APG强化剂对于提高湿地系统的自净功能具有促进和强化作用，同时为APG强化植物修复有机类污染环境提供一定的技术支持。
中国专利申请(申请号CN105290105A)中公开一种降解湿地中油污的方法。其特征在于：在油污湿地的土壤中种植三棱草，待其适应后，在土壤中加入嗜油菌的菌悬液和降解促进剂小檗碱，在嗜油菌与植物根系的协同作用下，除去土壤中的油污；所述的种植三棱草的密度为300～800株/m2；所述的菌悬液与土壤的体积质量比为1～5:100ml/g；所述降解促进剂小檗碱的添加质量为土壤质量的万分之一至万分之五。本发明通过三棱草与嗜油菌联合作用来修复油污污染后的湿地土壤，通过添加小檗碱，进一步增强了二者的协同降解作用，降解能力显著提高。
上述现有技术中降解油污工艺繁琐，成本高，降解不彻底，降解过程对人体和环境造成一定的伤害等问题。
发明内容
本发明利用废弃贻贝壳作为载体负载微生物作为生物修复剂，提供一种有效去除土壤油污并且安全无污染、经济有效的生物炭负载微生物修复剂。
一种生物炭负载微生物修复剂，是以贻贝壳粉为载体，地衣芽孢杆菌为修复剂的贻贝壳生物修复剂。
作为优选，所述贻贝壳与地衣芽孢杆菌含量比为1g/100ml，所述地衣芽孢杆菌的浓度为10-5cfu/m3。
作为优选，所述贻贝壳为煅烧后改性的贝壳粉。
一种生物炭负载微生物修复剂，其通过以下方法制备得到：
(1)将贝壳粉在管式炉中以10℃/min的升温速度煅烧，1000℃保持2h，将煅烧后的贝壳粉依次加入辛基葡糖苷(APG0810)和十八烷基二甲基羟乙基硝酸季铵盐(SN)对贝壳粉进行改性处理，得改性后的贝壳粉；
(2)将地衣芽孢杆菌溶液接种于旋转恒温瓶培养基中，在37℃下摇动24 小时，活化菌种；
(3)测地衣芽孢杆菌溶液的OD值，稀释到10-5cfu/m3，吸取100mL细菌溶液，称取1gMMO粉末与之混合，超声处理30分钟，接着将混合液离心并去除上清液；
(4)将步骤3)得到的固体物质在10mL 2.5％的戊二醛溶液中于4℃放置过夜，接着用0.1M，PH＝7.0的磷酸盐缓冲液将其洗涤3次，每次15分钟；
(5)将步骤4)中得到的固体物质使用浓度为50％乙醇溶液脱水处理15分钟；
(6)将步骤5)处理好的样品在-20℃，使用真空冷冻干燥机冷冻2h，得生物炭负载微生物修复剂。
优选地，所述步骤2)中的培养基配方为：牛肉蛋白胨0.5g，大豆蛋白1g，氯化钠0.5g，蒸馏水100mL。
作为优选，所述步骤1)中煅烧后的贝壳粉与辛基葡糖苷的重量比为5:1。
作为优选，所述步骤2)中煅烧后的贝壳粉与十八烷基二甲基羟乙基硝酸季铵盐的重量比为5:1。
本发明贻贝壳生物修复剂通过废弃贻贝壳高温煅烧作为载体负载菌种制备得到，本发明的贻贝壳生物修复剂可用于降解土壤油污，使植物健康成长。
芽孢杆菌可以在非常低的碳和氮源条件下高效生长，并且可以以孢子的形式存在以抵抗恶劣的环境。贻贝壳由于其自然降解性和优异的机械性能而被研究人员广泛研究。壳的主要成分是碳酸钙和少量有机物。高温煅烧后，表面会形成均匀的孔结构，有利于地衣芽孢杆菌的负载，并可以为菌株提供一定的养分以延缓菌株在恶劣环境下的死亡。本发明旨在利用经过高温煅烧修饰后的废弃蛤壳来携带地衣芽孢杆菌，以达到植物在土壤中健康生长的目的。
本发明提供了一种基于废弃贻贝壳的生物修复剂，大大降低传统微生物所需要环境条件的苛刻，同时大大降低了生成成本，有利于废弃贻贝壳高值化利用，具有广泛的工业化前景和市场价值。
本发明使用废弃贻贝壳作为载体，比表面积较大，孔隙结构丰富，且表面富含多种活性基团，克服现有技术中使用单一微生物作为修复剂降解油污时受到其他微生物，养分和环境因素的限制，提高修复油污的效率。
本发明的合成方法具有合成原料绿色无污染，操作简便、反应条件温和等特点。利用本发明所制备的贻贝壳生物修复剂在原油作为油污底物的条件下对油污降解具有较高的效率，在降解油污方面具有一定的应用价值。
附图说明
图1为实施例1中贻贝壳生物修复剂SEM图。
图2为实施例2中植物叶片各个阶段苯并(a)芘的含量变化。
图3为实施例2中植物叶片各个阶段土壤PH的变化。
具体实施方法
下列实施例用于进一步解释说明本发明，但是，它们并不构成对本发明范围的限制或限定。
管式炉：SGL-1700-III郑州宏朗仪器设备有限公司。
本发明所使用的溶剂没有特别的限制，可采用商购的常规溶剂，例如本发明实施例中的氯化钠为分析纯，购于上海国药化学试剂有限公司，辛基葡糖苷 (APG0810)为分析纯，购于上海国药化学试剂有限公司。
本发明所采用的电子显微镜及测试条件为，利用日本Quanta 200F来分析样品，取10mg样品均匀覆盖于测试板上，之后用扫描电镜在不同倍数下观察样品的形貌以及具体结构。
实施例1
将10g贝壳粉在管式炉中以10℃/min的升温速度煅烧，1000℃保持2h，将煅烧后的样品依次由2g辛基葡糖苷(APG0810)和2g十八烷基二甲基羟乙基硝酸季铵盐(SN)改性得到改性贝壳粉13.8g；将地衣芽孢杆菌溶液放入旋转恒温瓶中，在37℃下摇动24小时，活化菌种；吸取100mL浓度为10-5cfu/m3的细菌溶液，称取1g改性贝壳粉粉末与之混合，超声处理30分钟，接着将混合液离心并去除上清液；将得到的1.12g固体物质在2.5％的戊二醛溶液中于4℃放置过夜，接着用0.1M，PH＝7.0的磷酸盐缓冲液将其洗涤3次，每次15分钟；用50ml50％乙醇溶液将样品脱水处理得到的1.10g固体物质15分钟；将处理好的样品在-20℃，使用真空冷冻干燥机冷冻2h，得生物炭负载微生物修复剂1.08g，电镜扫描图见图1，如图1所示，a和b可以明显看到地衣芽孢杆菌成功负载到贻贝壳粉中。
实施例2
自制油性土壤(含原油0.5％)，将番茄幼苗种植于200g油性土壤中，分为添加100mL地衣芽孢杆菌溶液(图中标号为1)、10g贻贝壳生物修复剂(图中标号为2)、以及空白对照三组(图中标号为blank)，每组设置两个重复组，每个盆中种植一株植物，每隔0、7、15、30、60天测定一次植物叶片和土壤中的有机元素并测定苯并(a)芘的含量及PH值变化，结果见图2及图3。
如图2所示，根据实施例1、2、3、4、5不同天数测定植株中苯并(a)芘的含量变化图从图中可以明显看到土壤中添加贻贝壳生物修复剂可以降低苯并(a) 芘的含量。
如图3所示，土壤中添加贻贝壳生物修复剂可以有效保持土壤酸碱性在一个中性范围内降低土壤油污。
Claims (7)
1.一种生物炭负载微生物修复剂，其特征在于所述生物炭负载微生物修复剂是以贻贝壳粉为载体，地衣芽孢杆菌为修复剂的贻贝壳生物修复剂。
2.根据权利要求1所述一种生物炭负载微生物修复剂，其特征在于所述地衣芽孢杆菌的浓度为10-5cfu/m3，所述贻贝壳与地衣芽孢杆菌含量比为1g/100ml。
3.根据权利要求1所述一种生物炭负载微生物修复剂，其特征在于所述贻贝壳为煅烧后改性的贝壳粉。
4.如权利要求1所述一种生物炭负载微生物修复剂的制备，其特征在于包括以下步骤：
(1)将贝壳粉在管式炉中以10℃/min的升温速度煅烧，1000℃保持2h，将煅烧后的贝壳粉依次加入辛基葡糖苷(APG0810)和十八烷基二甲基羟乙基硝酸季铵盐(SN)对贝壳粉进行改性处理，得改性后的贝壳粉；
(2)将地衣芽孢杆菌溶液接种于旋转恒温瓶培养基中，在37℃下摇动24小时，活化菌种；
(3)测地衣芽孢杆菌溶液的OD值，稀释到10-5cfu/m3，吸取100mL细菌溶液，称取1gMMO粉末与之混合，超声处理30分钟，接着将混合液离心并去除上清液；
(4)将步骤3)得到的固体物质在10mL 2.5％的戊二醛溶液中于4℃放置过夜，接着用0.1M，PH＝7.0的磷酸盐缓冲液将其洗涤3次，每次15分钟；
(5)将步骤4)中得到的固体物质使用浓度为50％乙醇溶液脱水处理15分钟；
(6)将步骤5)处理好的样品在-20℃，使用真空冷冻干燥机冷冻2h，得生物炭负载微生物修复剂。
5.根据权利要求4所述一种生物炭负载微生物修复剂的制备，其特征在于所述步骤2)中的培养基配方为：牛肉蛋白胨0.5g，大豆蛋白1g，氯化钠0.5g，蒸馏水100mL。
6.根据权利要求4所述一种生物炭负载微生物修复剂的制备，其特征在于所述步骤1)中煅烧后的贝壳粉与辛基葡糖苷的重量比为5：1。
7.根据权利要求4所述一种生物炭负载微生物修复剂的制备，其特征在于所述步骤2)中煅烧后的贝壳粉与十八烷基二甲基羟乙基硝酸季铵盐的重量比为5：1。
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