生物炭固定化EM菌复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种生物炭固定化EM菌复合材料及其制备方法和应用，该制备方法包括以下步骤：将生物质材料浸入磷酸和氯化锌的混合溶液中，经煅烧，制得生物炭前驱体；将生物炭前驱体和过氧化氢溶液混合，进行水热反应，得到生物炭；将生物炭和EM菌悬液混合，进行培养，得到生物炭固定化EM菌复合材料。本发明专利技术的制备方法，具有工艺简单、成本低、绿色环保等优点；其制得的生物炭固定化EM菌复合材料可以广泛运用于富营养化污染底泥的治理，该复合材料提高了微生物的稳定性、生理活性以及抗外界干扰能力，同时提高了微生物对污染物的降解和吸附能力，从而强化了微生物底泥原位修复的效果，最终改善底泥环境。终改善底泥环境。终改善底泥环境。

【技术实现步骤摘要】
生物炭固定化EM菌复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于微生物原位环境修复领域，具体涉及一种生物炭固定化EM菌复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前，环境修复是最近几十年发展起来的环境工程技术，环境修复中的原位修复技术主要包括物理法、化学法和生物法三大类，其中，原位生物修复技术具有低投资、高效益、持续时间长、治理范围广、发展潜力巨大和对环境友好等优点，是未来环境污染处理的主要发展方向。传统的微生物修复法是向污染环境中直接投加有效微生物菌剂，尤其是针对水体污染的环境，但是，直接投加外源菌种存在微生物不能很好适应环境而导致死亡、在水污染治理中菌种漂浮易被带走而不稳定等问题，从而不能最大程度发挥微生物的修复效益。因此，寻找合适的载体为微生物生长和固定提供优异的环境，研发高效、经济、环境友好且具有长期稳定性的固定化微生物复合材料是未来生物修复技术的研究重点之一。
[0003]河湖底泥作为河湖生态的重要组成部分，在水质长期严重污染的情况下，底泥和水体中环境生物、污染物等相互流通。底泥是河湖中各种污染物的重要蓄积库，污染物通过吸附、络合、絮凝、沉降等过程聚集于底泥中，底泥污染物的组成，直接反映了受污染水体的污染状况。底泥既是水体污染的承接载体，也成为了水体环境的内源污染释放源头，即底泥同时承担了河湖污染“汇”和“源”两种属性。大量研究表明，即使阻断外源污染，底泥中原有的污染物持续地迁移扩散至上层水体，仍可能造成“二次污染”。因此，做好河湖水污染治理，控制河湖内源污染，成为了河湖综合整治的先决手段。
[0004]固定化微生物技术是将特选的微生物固定在特定的载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的生物技术。据有关研究表明，微生物被固定化后，可提高微生物的固定性，降低微生物的流失可能性；其次，可提高单位空间内微生物的密集程度和生理活性；另外，微生物被固定化后，可以提高其对环境适应能力和应对恶劣环境的抗冲击能力。由于特殊的理化性质、广泛易得的来源、低廉的价格和环境友好等特点，生物炭近年来已得到科学界的极大重视，其有利于固体废物的减量化、资源化、无害化处置，且制备工艺简单、经济、成熟。然而，本申请专利技术人在前期研究中发现，现有的制备方法制得的生物炭存在孔隙结构不够发达、官能团类型及数量不足等缺陷。当其作为载体用于固定微生物时，不能很好的为微生物的附着和生长繁殖提供一个良好的环境，从而导致微生物的生物活性和负载数量均偏低，最终无法实现对湖泊氮磷和重金属复合污染体系的有效修复。因此，如何获得一种比表面积大、孔隙结构发达、官能团类型和数量丰富、稳定性好的生物炭为EM菌的有效固定提供载体作用，对于实现湖泊氮磷和重金属复合污染体系的修复具有重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低廉、环境修复
效果显著的生物炭固定化EM菌复合材料及其制备方法和应用。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案。
[0007]一种生物炭固定化EM菌复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)材料活化：将生物质材料浸入磷酸和氯化锌的混合溶液中，超声，浸泡，得到活化材料；
[0009](2)生物炭前驱体制备：将步骤(1)得到的活化材料进行煅烧，得到生物炭前驱体；
[0010](3)生物炭制备：将步骤(2)得到的生物炭前驱体和过氧化氢溶液混合，进行水热反应，得到生物炭；所述过氧化氢溶液的质量百分浓度为7％～9％；
[0011](4)微生物负载：将步骤(3)得到的生物炭和EM菌悬液混合，进行培养，经过滤，得到生物炭固定化EM菌复合材料。
[0012]上述的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述磷酸和氯化锌的混合溶液由磷酸和氯化锌溶液混合而成，所述磷酸与氯化锌溶液的体积比为1∶1，所述磷酸的质量百分浓度为30％～40％，所述氯化锌溶液的浓度为5mol/L～7mol/L。
[0013]上述的制备方法，优选的，步骤(4)中，所述生物炭的添加量为每升EM菌悬液中添加生物炭0.4g～0.8g，所述EM菌悬液的活菌数为1.8
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109CFU/mL～2.0
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109CFU/mL，所述培养的时间为17h～24h。
[0014]上述的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述生物质材料为玉米秸秆和木屑，所述玉米秸秆和木屑的质量比为1∶1，所述生物质材料的粒径为1mm～3mm，所述超声的时间为45min～55min，所述浸泡的时间为23h～24h，所述活化材料在使用之前还包括以下处理：采用氯化钠溶液清洗，再于105℃干燥。
[0015]上述的制备方法，优选的，步骤(2)中，所述煅烧在氮气气氛下进行，所述煅烧的温度为450℃～500℃，所述煅烧的时间为1.9h～2.1h，所述生物炭前驱体在使用之前还包括以下处理：将生物炭前驱体过筛，再采用氯化钠溶液清洗；所述生物炭前驱体的粒径<2mm。
[0016]上述的制备方法，优选的，步骤(3)中，所述水热反应的温度为120℃～130℃，所述水热反应的时间为2h～2.2h，所述生物炭前驱体与过氧化氢溶液的比例为1g∶5mL，所述生物炭在使用之前还包括以下处理：采用氯化钠溶液清洗，再于105℃干燥。
[0017]上述的制备方法，优选的，步骤(4)中，所述混合在超声条件下进行，所述超声的时间为60min，所述培养的温度为28℃，所述培养在振荡条件下进行，所述振荡的转速为120r/min。
[0018]上述的制备方法，优选的，步骤(4)中，所述EM菌悬液的制备方法包括以下步骤：
[0019]S1、将EM菌剂、生物营养剂、红糖和水混合，得到混合溶液；所述EM菌剂和混合溶液的比例为0.95mg～1.05mg∶300mL，所述生物营养剂和混合溶液的体积比为12mL～18mL∶300mL，所述红糖和混合溶液的比例为12mg～18mg∶300mL；
[0020]S2、将混合溶液进行活化培养24h，再加入增氧剂和氨基酸盐增氧辅助剂，得到EM菌悬液；所述增氧剂和混合溶液的比例为4.5mg～7.5mg∶300mL，所述氨基酸盐增氧辅助剂和混合溶液的比例为1.5mg～4.5mg∶300mL，所述增氧剂为过碳酸钠和过氧化钙，所述过碳酸钠和过氧化钙的质量比为1∶1，所述氨基酸盐增氧辅助剂为谷氨酸钠。
[0021]作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的生物炭固定化EM菌复合材料的制备方法制得的生物炭固定化EM菌复合材料。
[0022]作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的生物炭固定化EM菌复合材料在湖泊氮磷和重金属复合污染体系修复中的应用。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0024](1)本专利技术提供了一种生物炭固定化EM菌复合材料的制备方法，首先，生物质材料通过磷酸和氯化锌的活化改性，经煅烧，提高了生物炭前驱体的比表面积和孔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物炭固定化EM菌复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)材料活化：将生物质材料浸入磷酸和氯化锌的混合溶液中，超声，浸泡，得到活化材料；(2)生物炭前驱体制备：将步骤(1)得到的活化材料进行煅烧，得到生物炭前驱体；(3)生物炭制备：将步骤(2)得到的生物炭前驱体和过氧化氢溶液混合，进行水热反应，得到生物炭；所述过氧化氢溶液的质量百分浓度为7％～9％；(4)微生物负载：将步骤(3)得到的生物炭和EM菌悬液混合，进行培养，经过滤，得到生物炭固定化EM菌复合材料。2.根据权利要求1所述的生物炭固定化EM菌复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述磷酸和氯化锌的混合溶液由磷酸和氯化锌溶液混合而成，所述磷酸与氯化锌溶液的体积比为1∶1，所述磷酸的质量百分浓度为30％～40％，所述氯化锌溶液的浓度为5mol/L～7mol/L。3.根据权利要求1所述的生物炭固定化EM菌复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述生物炭的添加量为每升EM菌悬液中添加生物炭0.4g～0.8g，所述EM菌悬液的活菌数为1.8
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109CFU/mL～2.0
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109CFU/mL，所述培养的时间为17h～24h。4.根据权利要求1～3中任一项所述的生物炭固定化EM菌复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述生物质材料为玉米秸秆和木屑，所述玉米秸秆和木屑的质量比为1∶1，所述生物质材料的粒径为1mm～3mm，所述超声的时间为45min～55min，所述浸泡的时间为23h～24h，所述活化材料在使用之前还包括以下处理：采用氯化钠溶液清洗，再于105℃干燥。5.根据权利要求1～3中任一项所述的生物炭固定化EM菌复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述煅烧在氮气气氛下进行，所述煅烧的温度为450℃～500℃，所述煅烧的时间为1.9h～2....

【专利技术属性】
技术研发人员：龚继来，唐思群，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：