【摘 要】
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本研究通过资源化利用废弃苹果木制备负载微生物菌剂的生物炭,来提高微生物肥料利用率和稳定性。以前期实验室自主筛选的具有防病促生功能的Bacillus subtilis SL-44为研究对象,采用微波催化热解法制备生物炭并开发生物炭基菌剂。主要研究内容包括微波催化热解制备生物炭过程中,加入不同催化剂磷酸和磷酸钾后,对生物炭结构特性的影响;以低成本农副产品豆粕和玉米粉作为原料,优化菌株Bacillus
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本研究通过资源化利用废弃苹果木制备负载微生物菌剂的生物炭,来提高微生物肥料利用率和稳定性。以前期实验室自主筛选的具有防病促生功能的Bacillus subtilis SL-44为研究对象,采用微波催化热解法制备生物炭并开发生物炭基菌剂。主要研究内容包括微波催化热解制备生物炭过程中,加入不同催化剂磷酸和磷酸钾后,对生物炭结构特性的影响;以低成本农副产品豆粕和玉米粉作为原料,优化菌株Bacillus subtilis SL-44高密度发酵的工艺条件;研究开发生物炭基菌剂过程中,生物炭对SL-44的吸附机理及生物膜的形成特性。1)磷酸和磷酸钾可以有效提高微波热解效率,缩短了热解时间。通过Coats-Redfern模型确定催化剂和苹果木在热解过程中表现出高度协同作用,抑制了挥发物质的产生并有效的降低了碳化过程的活化能,提高了生物炭的产率。FTIR分析表明,磷酸和磷酸钾有助于生物炭表面形成芳香基团和磷酸酯结构形成。经生物炭孔结构及形貌分析表明,生物炭表面形成了大量的介孔。2)采用响应面优化法,考察玉米粉和豆粕对Bacillus subtilis SL-44溶磷量、IAA产量和有效活菌数的影响,最终确定SL-44的廉价培养基为玉米粉27.7 g/L、豆粕19.77g/L、硫酸镁1.49 g/L,菌株的溶磷量0.586 mg/L,IAA产量为3.13 mg/L。经过对SL-44发酵工艺优化后,最终确定最佳接种量为2%,最佳生长温度为32℃,最佳p H为7.0。工艺优化后,菌株SL-44在廉价培养基中的溶磷量、IAA产量和有效活菌数分别为0.59 mg/L、3.54 mg/L、13.32×1010CFU/ml。3)吸附实验结果表明生物炭可以有效捕获大量的SL-44菌体,二级动力学模型拟合数据更加符合吸附动力学行为,Langmuir模型能够更好的拟合生物炭对SL-44的吸附,而Freundlich模型表明生物炭对菌体能够优势吸附。吸附热力学参数表明整个过程为自发且为放热反应,低温有利于生物炭对SL-44的吸附。生物膜生长曲线表明生物炭表面形成生物膜量要远高于游离态生物膜,生物膜蛋白质和多糖含量显著增加。
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