一种β-环糊精改性秸秆的制备方法及其应用

本发明涉及石油污染土壤修复，具体是一种β-环糊精改性秸秆的制备方法及其应用。

背景技术：

1、石油污染土壤是指在石油开采、运输、储存、加工及使用过程中，由于泄漏、油泥堆放或含油废弃物不当处置等原因，使石油烃类污染物进入土壤并超过土壤自净能力而形成的污染土壤。石油污染物通常由烷烃、环烷烃、芳香烃、多环芳烃、树脂和沥青质等组成，具有组分复杂、疏水性强、迁移转化过程复杂等特点。污染物进入土壤后，不仅会破坏土壤结构、降低通气性和透水性，还会影响土壤微生物群落及作物生长。尤其是多环芳烃等疏水性组分，易被土壤有机质和矿物颗粒吸附，随老化过程逐渐转化为难解吸、难利用形态，从而增加修复难度。

2、目前，石油污染土壤修复方法主要包括物理修复、化学修复和生物修复等。其中，生物修复因成本较低、环境扰动小、适用于原位修复等优点，已成为石油污染土壤治理的重要技术方向。微生物修复主要依赖土著微生物或外源功能菌剂对石油烃进行氧化、裂解和矿化。然而，在实际土壤环境中，外源菌剂往往受到污染物毒性、土壤孔隙限制、土著微生物竞争、环境胁迫以及营养元素不足等因素影响，存在定殖能力弱、活性衰减快、修复效果持续性不足等问题。

3、此外，石油烃污染物虽然可为微生物提供碳源，但通常缺乏氮、磷等微生物生长和代谢所需的营养元素，容易造成土壤碳氮磷比例失衡，限制降解菌的生长繁殖和相关降解酶的合成。与此同时，石油烃特别是多环芳烃类污染物疏水性强，在土壤中易发生吸附和老化，导致微生物难以有效接触和利用污染物。因此，菌剂持续性不足、养分限制和污染物生物可利用性低，是制约石油污染土壤生物修复效率的主要因素。

4、针对上述问题，现有技术中已有采用营养盐调控、表面活性剂增溶、环糊精促解吸、生物炭或秸秆载体固定化菌剂等方式强化石油污染土壤修复。但是，现有技术仍存在一定不足：单纯添加营养盐容易造成养分释放过快、分布不均；表面活性剂和游离环糊精在土壤中保持时间有限，难以同时提供菌剂定殖载体；生物炭或普通秸秆材料对疏水性石油烃的定向包合、界面传质和可利用性调控能力有限。

5、因此，如何将β-环糊精对疏水性石油烃的包合增溶作用、秸秆类生物质材料的微生物定殖载体作用以及生物修复过程中的养分调控作用有机结合，构建一种低成本、环境友好且可持续促进石油烃降解的复合修复材料，是当前石油污染土壤生物修复领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种β-环糊精改性秸秆的制备方法及其应用，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种β-环糊精改性秸秆的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将玉米秸秆粉碎后，加入碱液中进行碱改性处理，过滤、洗涤、干燥，得到碱改性秸秆；

5、s2、将步骤s1得到的碱改性秸秆加入缓冲液中，加入β-环糊精和交联剂进行接枝改性反应，反应结束后洗涤、干燥，得到β-环糊精改性秸秆。

6、作为本发明进一步的方案：步骤s1中所述碱液为0.5m的naoh溶液，碱改性处理的料液比为1:30g/ml，处理温度为50℃，处理时间为12h。

7、作为本发明进一步的方案：步骤s2中所述缓冲液为ph=5.5的2-吗啉乙磺酸缓冲液，所述β-环糊精的添加浓度为0.15mmol/l，所述交联剂为环氧丙烷，β-环糊精与环氧丙烷的摩尔比为1:3。

8、作为本发明进一步的方案：步骤s2中所述接枝改性反应在室温下进行，反应时间为6h。

9、第二方面，本发明提供一种β-环糊精改性秸秆-降解菌系联合体，包含上述任一项所述β-环糊精改性秸秆的制备方法制得的β-环糊精改性秸秆和负载于其上的降解菌系，所述降解菌系为沙棘木霉与铜绿假单胞菌的组合。

10、作为本发明进一步的方案：所述联合体通过以下方法制得：将由上述制备方法制得的β-环糊精改性秸秆灭菌处理后，用增殖培养基浸润，按10% m:v的接种量接种所述降解菌系，于30℃恒温培养72h。

11、作为本发明进一步的方案：所述增殖培养基为pdb和lb的混合培养基，液固比为10.0ml:1.0g。

12、第三方面，本发明提供一种石油污染土壤的生物强化修复方法，将上述β-环糊精改性秸秆-降解菌系联合体施加至石油污染土壤中，进行生物修复。

13、作为本发明进一步的方案：所述β-环糊精改性秸秆-降解菌系联合体的施加量为石油污染土壤质量的10%。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

15、（1）本发明首次将β-环糊精通过化学接枝方式共价键合于秸秆表面，将β-环糊精对疏水性石油烃的包合增溶作用、秸秆的微生物定殖载体作用和养分调控作用有机结合，构建了一种低成本、环境友好且可持续促进石油烃生物降解的复合修复材料。

16、（2）本发明制备的β-环糊精改性秸秆将普通玉米秸秆对石油烃的吸附量由0.34mg/g提升至2.06 mg/g，作为定殖载体可将与之联合的菌系生物量提升2.42倍。

17、（3）菌系联合β-环糊精改性秸秆后，与仅菌系相比，石油烃降解率由76.9%提升至94.6%，提升率达17.7%，速率常数由0.1497 d-1增至0.2730 d-1，为仅菌系的1.82倍，半衰期由4.63 d缩短至2.54 d，显著增强了联合菌系的生长与定殖能力。

18、（4）将本发明β-环糊精改性秸秆-降解菌系联合体应用于石油污染土壤修复，在芘和石油烃复合污染条件下表现出优异的修复效果。修复90 d后，在100+1000 mg/kg污染梯度下，联合修复组去除率为73.76%，较生物强化对照组（71.95%）略有提升；在100+2000 mg/kg下，联合修复组去除率为61.19%，较对照组（59.16%）提升2.03个百分点；在100+4000 mg/kg下，联合修复组去除率为53.43%，较对照组（49.42%）提升4.01个百分点；在100+8000 mg/kg高污染负荷下，联合修复组去除率达到59.01%，较对照组（38.31%）显著提升20.7个百分点。以上结果表明，本发明对高负荷、高环芳烃复合污染具有较强适用性，污染负荷越高，相对提升效果越显著。

19、（5）β-环糊精改性秸秆联合生物修复在提升污染物去除率的同时，改善了土壤理化环境和养分赋存水平，促进了土壤颗粒胶结和团聚化程度增强，有利于土壤生态功能的恢复。

1.一种β-环糊精改性秸秆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的β-环糊精改性秸秆的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述碱液为0.5m的naoh溶液，碱改性处理的料液比为1:30g/ml，处理温度为50℃，处理时间为12h。

3.根据权利要求2所述的β-环糊精改性秸秆的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述缓冲液为ph=5.5的2-吗啉乙磺酸缓冲液，所述β-环糊精的添加浓度为0.15mmol/l，所述交联剂为环氧丙烷，β-环糊精与环氧丙烷的摩尔比为1:3。

4.根据权利要求3所述的β-环糊精改性秸秆的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述接枝改性反应在室温下进行，反应时间为6h。

5.一种β-环糊精改性秸秆-降解菌系联合体，其特征在于，包含权利要求1-4任一项所述β-环糊精改性秸秆的制备方法制得的β-环糊精改性秸秆和负载于其上的降解菌系，所述降解菌系为沙棘木霉与铜绿假单胞菌的组合。

6.根据权利要求5所述的β-环糊精改性秸秆-降解菌系联合体，其特征在于，所述联合体通过以下方法制得：将权利要求1-4任一项所述制备方法制得的β-环糊精改性秸秆灭菌处理后，用增殖培养基浸润，按10% m:v的接种量接种所述降解菌系，于30℃恒温培养72h。

7.根据权利要求6所述的β-环糊精改性秸秆-降解菌系联合体，其特征在于，所述增殖培养基为pdb和lb的混合培养基，液固比为10.0ml:1.0g。

8.一种石油污染土壤的生物强化修复方法，其特征在于，将权利要求5-7任一项所述的β-环糊精改性秸秆-降解菌系联合体施加至石油污染土壤中。

9.根据权利要求8所述的石油污染土壤的生物强化修复方法，其特征在于，所述β-环糊精改性秸秆-降解菌系联合体的施加量为石油污染土壤质量的10%。