一种生物炭固载产脲酶菌复合土壤重金属修复剂及其应用制造技术

本发明专利技术涉及微生物与环境工程技术交叉领域，具体涉及一种生物炭固载产脲酶菌复合土壤重金属修复剂及其应用。利用微生物诱导矿化原理从污染环境中修复重金属的过程中直接在土壤中施加产脲酶菌可能会导致微生物流失，且微生物生长的代谢能力不佳。针对上述问题，本发明专利技术提供一种生物炭固载产脲酶菌复合土壤重金属修复剂，其利用生物质炭作为产脲酶菌载体对其进行固定，再采用海藻酸钙对其进行封装，不仅可以防止产脲酶菌流失，还可以提高产脲酶菌的微生物活性，还进一步提高了所获修复剂对土壤中可溶性重金属离子的矿化沉淀效果。壤中可溶性重金属离子的矿化沉淀效果。壤中可溶性重金属离子的矿化沉淀效果。

【技术实现步骤摘要】
一种生物炭固载产脲酶菌复合土壤重金属修复剂及其应用


[0001]本专利技术涉及微生物与环境工程技术交叉领域，具体涉及一种生物炭固载产脲酶菌复合土壤重金属修复剂及其应用。

技术介绍

[0002]土壤资源是人类生产和生活最基本、最重要的自然资源之一。土壤重金属污染毒性强、易富集且无法生物降解，并且具有隐蔽性、长期性和不易修复性的特点，严重危害生态环境、导致农作物大量减产，更重要的是最终通过食物链进入人体严重危害国民生命健康。因此，开发土壤重金属污染的修复技术对于生态环境的可持续发展和国民生命健康意义重大，并且实现重金属污染修复任务十分紧迫。
[0003]微生物修复技术利用微生物诱导矿化原理从污染环境中修复重金属，因充分利用自然界中的微生物的净化作用，费用低、效率高、可以在不停耕的基础上进行原位修复，不给环境造成二次污染，成为修复土壤重金属污染的有效途径。但是直接在土壤中施加微生物可能会导致微生物流失或被吞噬，对重金属的固定能力有限，而且微生物生长的代谢能力不佳。
[0004]载体物质可以为活性微生物的生长繁殖提供保护区域和营养源有利于活性微生物对新的环境较快适应。因此，将微生物修复联合微生物载体来修复重金属污染土壤有望成为一种提高修复效率实际修复方法。

技术实现思路

[0005]现有技术中存在的问题是：利用微生物诱导矿化原理从污染环境中修复重金属的过程中直接在土壤中施加微生物可能会导致微生物流失。针对上述问题，本专利技术提供一种生物炭固载产脲酶菌复合土壤重金属修复剂，按照以下步骤制备：r/>[0006](1)以生物质秸秆为原料，粉碎过筛处理后得到秸秆粉末，将秸秆粉末置于微波碳化炉中，氮气氛围保护下进行快速微波碳化，得到生物炭；
[0007](2)以LB培养基培养产脲酶菌，得到OD
600
＝1.2
‑
1.8的产脲酶微生物菌液；
[0008](3)将壳聚糖、酵母粉、胰蛋白胨、尿素、生物炭按质量比为30:10:5:5:50加入到浓度为0.05mol/L的醋酸水溶液中，搅拌均匀后，得到核层复合物；
[0009](4)将步骤(2)得到的产脲酶微生物菌液与质量浓度为0.5
‑
1.0％的海藻酸钠水溶液按照质量比5:1混合均匀，得到壳层复合物；
[0010](5)将步骤(3)得到的核层复合物作为核层液体，将步骤(4)得到的壳层复合物作为壳层液体，利用同轴针管将核层液体与壳层液体按照质量比1:1连续滴入质量浓度为2
‑
20％的氯化钙水溶液中，即得到核壳结构的生物炭固载产脲酶菌复合土壤重金属修复剂。
[0011]具体地，所述生物质秸秆包括水稻、玉米、小麦、芦苇中的至少一种。
[0012]具体地，步骤(1)中所述秸秆粉末的平均粒径为5mm。
[0013]具体地，步骤(1)中所述微波碳化的温度为350
‑
550℃。
[0014]具体地，步骤(2)中所述培养的条件是将产脲酶菌接种于灭菌培养基中，28℃下振荡培养2d，通过离心浓缩或加入生理盐水调节菌液浓度至OD
600
＝1.2
‑
1.8；
[0015]所述灭菌培养基是将20g酵母粉、15g NH4Cl、1mmol NiCl2混合均匀，加蒸馏水补足至1L，然后用1mol/L的NaOH水溶液调节灭菌培养基的pH＝9.2
‑
9.3。
[0016]具体地，所述产脲酶菌包括芽孢杆菌、孢子虫、肠杆菌、假单胞菌中的至少一种。
[0017]具体地，所述产脲酶菌为巴氏芽孢杆菌。
[0018]具体地，所述生物炭的平均粒径为2mm。
[0019]具体地，所述的一种生物炭固载产脲酶菌复合土壤重金属修复剂，可用于土壤中可溶性重金属离子的矿化沉淀。
[0020]具体地，所述土壤中可溶性重金属离子包括Cd
2+
、Hg
2+
、Pb
2+
、Cu
2+
、Zn
2+
、Ni
2+
等中的至少一种。
[0021]有益效果
[0022](1)本专利技术所制备的生物炭固载产脲酶菌复合土壤重金属修复剂中的产脲酶菌可以分泌脲酶水解尿素产生NH
4+
和CO
32
‑
，在碱性条件下，土壤中的可溶性重金属离子与CO
32
‑
形成沉淀，从而将重金属离子转化为不溶性碳酸盐矿物晶体，降低其迁移率和生物利用度，起到去除和钝化土壤重金属的作用；
[0023](2)本专利技术利用生物质炭作为产脲酶菌载体对其进行固定，再采用海藻酸钙对其进行封装，不仅可以防止产脲酶菌流失，还可以提高产脲酶菌的微生物活性；
[0024](3)本专利技术将产脲酶菌正常生长代谢所需营养物质(酵母粉以及胰蛋白胨)与产脲酶菌一起封装在壳聚糖
‑
海藻酸钙核壳交联网络结构中，有效保证了产脲酶菌在土壤中的生存稳定性，大大提高了产脲酶菌对土壤中重金属的固定效率；
[0025](4)专利技术人通过大量的试验研究发现，先将产脲酶菌正常生长代谢所需营养物质与生物炭复合以后再与产脲酶菌一起封装在海藻酸钙交联网络中相比将产脲酶菌、产脲酶菌正常生长代谢所需营养物质与生物炭直接复合以后再封装在海藻酸钙交联网络中，更能提高产脲酶菌对土壤中的重金属的矿化沉淀能力，原因可能是：产脲酶菌不断分泌脲酶水解尿素产生NH
4+
和CO
32
‑
，在碱性条件下，对土壤中的可溶性重金属离子矿化沉淀的过程，会使得矿化的不溶性碳酸盐矿物晶体层层包裹在生物炭固载产脲酶菌复合土壤重金属修复剂的外壳上，这一现象不仅影响修复剂对土壤中重金属的吸附作用，还会影响土壤中尿素向修复剂内部的传质过程，如果先将产脲酶菌与生物炭复合再与产脲酶菌正常生长代谢所需营养物质一起封装在海藻酸钙交联网络中，势必会更加阻碍脲酶以及土壤中尿素在修复剂内部的传质作用，更不利于产脲酶菌对土壤中可溶性重金属离子的矿化沉淀作用。
附图说明
[0026]图1：是实施例1所获生物炭固载产脲酶菌复合土壤重金属修复剂的形貌图像。
具体实施方式
[0027]本专利技术以下实施例中所使用巴氏芽孢杆菌为市售巴氏芽孢杆菌ATCC11859，该菌株为本领域常规菌株。
[0028]实施例1
[0029](1)以水稻秸秆为原料，粉碎过筛处理后得到秸秆粉末，将秸秆粉末置于微波碳化炉中，微波碳化的温度为350℃，碳化时间为120min，氮气氛围保护下进行快速微波碳化，得到平均粒径为2mm的生物炭；
[0030](2)以LB培养基培养巴氏芽孢杆菌，具体是将巴氏芽孢杆菌接种于灭菌后的LB培养基中，28℃下振荡培养2d，加入生理盐水调节菌液浓度至OD
600
＝1.2得到巴氏芽孢杆菌液；
[0031]所述灭菌后的LB培养基是将20g本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物炭固载产脲酶菌复合土壤重金属修复剂，其特征在于，按照以下步骤制备：(1)以生物质秸秆为原料，粉碎过筛处理后得到秸秆粉末，将秸秆粉末置于微波碳化炉中，氮气氛围保护下进行快速微波碳化，得到生物炭；(2)以LB培养基培养产脲酶菌，得到OD
600
＝1.2
‑
1.8的产脲酶微生物菌液；(3)将壳聚糖、酵母粉、胰蛋白胨、尿素、生物炭按质量比为30:10:5:5:50加入到浓度为0.05mol/L的醋酸水溶液中，搅拌均匀后，得到核层复合物；(4)将步骤(2)得到的产脲酶微生物菌液与质量浓度为0.5
‑
1.0％的海藻酸钠水溶液按照质量比5:1混合均匀，得到壳层复合物；(5)将步骤(3)得到的核层复合物作为核层液体，将步骤(4)得到的壳层复合物作为壳层液体，利用同轴针管将核层液体与壳层液体按照质量比1:1连续滴入质量浓度为2
‑
20％的氯化钙水溶液中，即得到核壳结构的生物炭固载产脲酶菌复合土壤重金属修复剂。2.根据权利要求1所述的一种生物炭固载产脲酶菌复合土壤重金属修复剂，其特征在于，所述生物质秸秆包括水稻、玉米、小麦、芦苇中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种生物炭固载产脲酶菌复合土壤重金属修复剂，其特征在于，步骤(1)中所述秸秆粉末的平均粒径为5mm。4.根据权利要求1所述的一种生物炭固载产脲酶菌复合土壤重金属修复剂，其特征在于，步骤(1)中所述微波碳化的温度为350
‑
550℃。5.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛其建，陈玉波，王胜，段宏伟，成亮，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：