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

本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术属于环境修复
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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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
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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。
[0004]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。
[0005]本专利技术通过先酸化软化、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。

技术实现思路

[0006]本专利技术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
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碳酸钙
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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。
[0007]本专利技术以苦荞壳为原料，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，本专利技术的内容如下：
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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％。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]7、将上述生物炭置于接种10～20％微生物的牛肉膏蛋白胨
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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、蛋白胨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：任宏洋，邓源鹏，魏紫静，龚星明，侯迪雅，孙雷涛，王兵，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：