一种适用于负载芽孢杆菌的磁性生物炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种适用于负载芽孢杆菌的磁性生物炭的制备方法，包括如下步骤：(1)将玉米芯加入到混合溶液中，于摇床上在40‑70℃下振荡进行结构渗透，烘干得到的改性玉米芯经水热炭化制得生物炭备用；(2)将生物炭和可溶性铁盐溶液混合，于摇床上室温振荡进行结构渗透，烘干得到的改性生物炭于弱氧化性气氛下高温焙烧得到磁性生物炭。本发明专利技术以玉米芯为原材料，通过含有多种微量元素的混合溶液对其进行低温混合渗透后高温水热炭化，利用两次水分的挥发提供的动力使得生物炭孔隙结构丰富，微量元素渗透进入孔隙内保留，得到的孔隙结构丰富、富含营养元素的生物炭再经可溶性铁盐渗透，保护性气氛焙烧得到磁性生物炭。

A magnetic biochar suitable for loading bacillus and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种适用于负载芽孢杆菌的磁性生物炭及其制备方法和应用
本专利技术属于生物炭制备和环保
，涉及一种适用于负载芽孢杆菌的磁性生物炭及其制备方法和在废水净化中的应用。
技术介绍
在我国，农副产品加工业、食品加工业和饮料生产制造业废水约占10％左右，随着国家经济调整，企业结构随之往节能、高效的方向发展，此类工业废水排放量较大并有持续增加的趋势，排放到河流会污染水体，引起水体的严重富营养化，导致赤潮等现象。微生物处理法就是在适宜的降解条件下利用已经培养驯化好的废水降解菌，对废水中有害物质进行高效率的降解的过程，从而降低废水中COD，BOD等的含量，但微生物处理仍存在着微生物活性及适应性低、在污染较严重环境中难以发挥作用的问题；固定化微生物修复是微生物修复的一种，是利用物理或化学方法使游离微生物固定在一个区域并保持高度富集与活性，来满足应用的生物技术。申请号CN20160555834.8提出了一种负载微生物的活性炭的制备方法，活性炭表面负载有80％的微生物，但微生物都负载在活性炭的表面，机械强度差，回收困难，不利于二次利用；申请号CN20101082869.3提出了一种承载微生物的填料，但微生物载体填料制备成本较高，且填料会对环境造成二次污染；上述废水的pH值偏低，在3-4范围内，COD较高但磷浓度很低，由于这类废水中的N、P含量低，维持生物作用的C、N、P比例失调，采用生化工艺处理该类废水时，一般是通过添加营养盐保证一般微生物所需的C、N、P比来维持工艺的正常运行。但这种方式不仅会增加运行成本，而且若投加量不足则处理效果不佳，投加量过大则增加了出水的磷含量。因此，亟需建立一种少或无需投加营养元素的生物处理新工艺解决上述问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供了一种适用于负载芽孢杆菌的磁性生物炭的制备方法，以玉米芯为原材料，通过含有多种微量元素的混合溶液对其进行低温混合渗透后高温水热炭化，利用两次水分的挥发提供的动力使得生物炭孔隙结构丰富，微量元素渗透进入孔隙内保留提供微生物生长所需，且丰富的孔隙有利于氧气的鼓入，形成更多的酰胺基、羧基等带电的含氧官能团，有利于微生物黏附增殖，得到的孔隙结构丰富、富含营养元素的生物炭再经可溶性铁盐渗透，保护性气氛焙烧得到磁性生物炭。为了实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种适用于负载芽孢杆菌的磁性生物炭的制备方法，包括如下步骤：(1)将玉米芯加入到混合溶液中，于摇床上在40-70℃下振荡进行结构渗透，烘干得到的改性玉米芯经水热炭化制得生物炭备用；所述混合溶液的溶质包括以下组分：硫酸镁15-25.0mg，磷酸氢二钠2.0-2.5g，磷酸二氢钾1.0-1.5g，硝酸铵0.5-1.0g，混合溶液总的质量分数为15％-20％；(2)将生物炭和可溶性铁盐溶液混合，于摇床上室温振荡进行结构渗透，烘干得到的改性生物炭于弱氧化性气氛下高温焙烧得到磁性生物炭。本专利技术预先将玉米芯和混合溶液在40-70℃下进行低温混合渗透，水分的缓慢蒸腾作用提供动力对材料造孔，提高了材料的孔隙率；同时混合溶液中的多种微量元素渗透至形成的玉米芯孔隙内部，再经高温水热炭化，利用水分挥发提供的动力再次对材料造孔，使得形成的生物炭孔隙结构丰富，丰富的孔隙有利于氧气的鼓入，形成更多酰胺基、羧基等带电的含氧官能团，有利于微生物黏附增殖，其次渗透至玉米芯孔隙内部的多种微量元素，经碳化后保留在孔隙内，得到孔隙结构丰富、富含营养元素的生物炭；再于可溶性铁盐溶液中进行渗透改性，高温焙烧成形，铁盐在高温弱氧化性气氛中生成四氧化三铁和氧化铁，得到磁性生物炭。优选的，步骤(1)中，所述玉米芯先切成1-1.5cm的块状结构，再按质量体积比为1:3-4g/mL加入到混合溶液中。优选的，步骤(1)中，振荡时间为18-24h。优选的，步骤(1)中，水热炭化时，改性玉米芯浓度为0.36-0.66g/mL，温度为180-250℃，时间为4-6h。优选的，步骤(2)中，生物炭和可溶性铁盐溶液的的质量体积比为1g:30-40mL，所述可溶性铁盐溶液的质量分数为50％。优选的，步骤(2)中，所述可溶性铁盐为氯化铁、硫酸铁或硝酸铁。优选的，步骤(2)中，振荡时间为4-5h。优选的，步骤(2)中，弱氧化性气氛为体积分数为5％的氧气和95％的氮气的混合气氛，高温焙烧的温度为400-700℃，时间为2-3h。优选的，步骤(2)中，所述磁性生物炭经水洗，再经酸或碱洗至pH为7.2-7.4。本专利技术还提供了上述制备方法制得的磁性生物炭，其孔隙结构丰富，富含酰胺基、羧基等带电的含氧官能团和多种微量营养元素，非常适宜芽孢杆菌等微生物生长。本专利技术还提供了上述磁性生物炭的应用，所述磁性生物炭负载芽孢杆菌后，用于废水净化。优选的，磁性生物炭负载芽孢杆菌的具体过程为：将芽孢杆菌剂按照体积比1-5％的接种量接入到装有LB液体培养基的容器中，在20-35℃，转速为120-150r/min的振荡培养箱中培养2-8h后，按LB液体培养基的3-5wt％加入磁性生物炭载体，将磁性生物炭与菌液混合均匀，置于温度35℃、转速90-130r/min摇床固定1-2天后取出，固定结束后，在5000-8000r/min的高速离心机上离心去除培养基，用0.85％生理盐水洗涤、固液分离后得到负载芽孢杆菌的磁性生物炭。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术采用玉米芯为原材料制备生物炭，玉米芯较现有载体相比，孔隙结构丰富，使得微生物能够进入孔隙中，适合微生物栖居，避免高浓度污染物对微生物的损伤，提高了微生物在污染环境里的活性和数量，更适合作为微生物载体。(2)本专利技术采用混合溶液于40-70℃下对玉米芯进行低温混合渗透，水分的缓慢蒸腾作用提供动力对材料造孔，提高了材料的孔隙率；再经高温水热炭化，利用水分挥发提供的动力再次对材料造孔，使得形成的生物炭孔隙结构丰富，丰富的孔隙有利于氧气的鼓入，可以使生物炭上酰胺基，羧基等含氧官能团增多，有利于微生物黏附增殖，其次混合溶液中含有多种微量元素，这些元素渗透至玉米芯孔隙内部，使得制备出的生物炭含有N、P、Mg、S等微量元素，一方面能够提供微生物生长所需的微量元素，更加适合微生物的生长繁殖，提高污染物中微生物的数量，提高降解效率。另一方面这些元素的添加也提高了生物炭电化学性能，加速微生物通过生物炭与污染物作用。(3)本专利技术制得的玉米芯生物炭于可溶性铁盐溶液中进行渗透改性，400-700℃高温焙烧成形，可溶性铁盐在高温下与氧气反应生成成四氧化三铁和氧化铁，得到具有磁性的生物炭材料，具有磁性，处理完后可以回收二次利用，不给环境造成污染。(4)本专利技术以磁性生物炭负载芽孢杆菌来降解酿酒废水污染物中的有机物，磁性生物炭有利于微生物存活进而达到有效降解污染物的目的。降解过程中不破坏环境，不带来二次污染，绿色环保，实现了绿色降解。附图说明图1为实施例1制得的磁性生物炭材料的比表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于负载芽孢杆菌的磁性生物炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将玉米芯加入到混合溶液中，于摇床上在40-70℃下振荡进行结构渗透，烘干得到的改性玉米芯经水热炭化制得生物炭备用；/n所述混合溶液的溶质包括以下组分：硫酸镁15-25.0mg，磷酸氢二钠2.0-2.5g，磷酸二氢钾1.0-1.5g，硝酸铵0.5-1.0g，混合溶液总的质量分数为15％-20％；/n(2)将生物炭和可溶性铁盐溶液混合，于摇床上室温振荡进行结构渗透，烘干后于弱氧化性气氛下高温焙烧得到磁性生物炭。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于负载芽孢杆菌的磁性生物炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将玉米芯加入到混合溶液中，于摇床上在40-70℃下振荡进行结构渗透，烘干得到的改性玉米芯经水热炭化制得生物炭备用；
所述混合溶液的溶质包括以下组分：硫酸镁15-25.0mg，磷酸氢二钠2.0-2.5g，磷酸二氢钾1.0-1.5g，硝酸铵0.5-1.0g，混合溶液总的质量分数为15％-20％；
(2)将生物炭和可溶性铁盐溶液混合，于摇床上室温振荡进行结构渗透，烘干后于弱氧化性气氛下高温焙烧得到磁性生物炭。


2.根据权利要求1所述的一种适用于负载芽孢杆菌的磁性生物炭的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述玉米芯先切成1-1.5cm的块状结构，再按质量体积比为1:3-4g/mL加入到混合溶液中；振荡时间为18-24h。


3.根据权利要求1所述的一种适用于负载芽孢杆菌的磁性生物炭的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，水热炭化时，改性玉米芯浓度为0.36-0.66g/mL，温度为180-250℃，时间为4-6h。


4.根据权利要求1所述的一种适用于负载芽孢杆菌的磁性生物炭的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，生物炭和可溶性铁盐溶液的的质量体积比为1g:30-40mL，所述可溶性铁盐溶液的质量分数为50％；
所述可溶性...

【专利技术属性】
技术研发人员：周南，徐凤娟，雷继雨，粟一峰，周智，
申请(专利权)人：湖南创清环境技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43