[发明专利]一种改性生物炭固定化石油降解菌微球及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种改性生物炭固定化石油降解菌微球的制备方法，该方法包括：取芦苇生物质粉末，进行炭化处理，炭化后置于CO₂氛围下进行活化，得到改性生物炭载体；将改性生物炭载体和石油降解菌菌液置于固定化培养基中进行混合吸附，得到吸附菌剂的改性生物炭；以壳聚糖溶液为包埋剂，对吸附菌剂的改性生物炭进行包埋，得到改性生物炭固定化石油降解菌微球。本发明采用CO₂活化的方式对芦苇生物炭进行改性，有效增大了固定化载体的比表面积和孔容，采用壳聚糖作为包埋材料，有效提升了石油降解菌对石油的降解效率，并且回收再利用废弃芦苇可以解决人工湿地废弃物处置难题，实现废物的资源化利用。

技术领域

本发明涉及环境修复技术领域，尤其涉及一种改性生物炭固定化石油降解菌微球及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着社会经济的不断发展，对能源的需求日益紧张，石油开采及其加工行业水涨船高。石油在开采、运输、储存、加工和生产过程中，可经过跑、冒、滴、漏等途径进入环境，进而对水体、土壤以及大气环境造成影响。石油污染特点主要有：(1)大多数污染物在环境中非常稳定；(2)滞留时间长；(3)具有强烈的致畸、致癌和致突变作用；(4)低水溶性和高亲脂性，易通过食物链富集。每年泄漏到水环境中的原油就有成千上万吨，既造成资源的浪费，又严重破坏了人类赖以生存的生态环境。

现有水体石油污染修复方法主要包括物理、化学、微生物修复及这三种方法的集成。物理和化学修复技术存在着一定的局限性，如处理效率低、二次污染以及难以回收和彻底处理等瓶颈。与传统的物理化学技术相比，微生物技术因其经济、高效且环保的优势在降解石油烃污染物上展现出巨大的潜力。然而值得注意的是，游离微生物进入实际污染环境中后，其生存繁殖和降解能力易受外界因素干扰，降解作用难以充分发挥。固定化技术可将微生物固定在独立微环境中，有效克服了传统生物处理技术的不足，降低了外界因素对微生物的影响以提高对石油烃的降解能力。载体是影响固定化石油降解菌剂去除石油的一个关键因素，目前研发使用的固定化载体大多使用寿命较短，载体的再生利用较难，使用时需要频繁地更换，给运行管理造成不便。因此，在修复石油污染时，固定化微生物技术亟需一种低廉高效、制备简单、传质阻力小、生物相容性好的载体材料。

生物炭作为一种新兴功能材料被广泛应用于固定化微生物降解石油烃的研究中，而直接炭化得到的生物炭存在比表面积较低，孔容较小等问题。为了使生物炭的功能更加稳定、处理效率更高，研究人员选择对生物炭进行活化，常见活化手段有物理活化和化学活化，物理活化相对于化学活化，具有简单、清洁等优点。CO₂活化是常见的物理活化法之一，可有效提高生物炭的比表面积和孔容。改性生物炭具有较大的比表面积和孔容，这些特性有利于微生物的黏附和增殖,可为微生物提供丰富的附着位点，改性生物炭丰富的孔隙结构同时也为微生物提供稳定的环境，保持微生物的细胞活性，有利于污染物的微生物降解。

壳聚糖是一种来源广泛、成本低廉的绿色高分子材料，因其具有良好的生物相容性、可降解性且安全无毒副作用，常备用作包埋材料，在环保、化工、生物等领域备受关注。人工湿地技术是一种成本低廉且环境友好的水体修复技术，在其运行过程中会产出大量的湿地植物残体，若每年产出的废弃植物残体不能得到妥善处理，不仅造成资源的浪费，还会造成二次污染等环境问题。将湿地植物残体经炭化制备成生物炭材料作为吸附剂、载体材料等用于环境修复，不仅可以有效解决废弃湿地植物处理难题，还可以达到以废治废的目的。

发明内容

基于现有技术存在的局限性和不足，本发明提供了一种改性生物炭固定化石油降解菌微球的制备方法，该方法获得了有较大比表面积和孔容的改性生物炭载体，并且最终获得石油降解效率高的改性生物炭固定化石油降解菌微球，实现了固定化菌剂的靶向制备和水体中石油污染物的高效去除。

具体技术方案如下：

一种改性生物炭固定化石油降解菌微球的制备方法，包括以下步骤：