一种土壤中聚己内酯的降解方法与流程

本发明涉及聚己内脂降解领域，具体涉及一种土壤中聚己内酯的降解方法。

背景技术：

1、聚己内酯(poly(ε-caprolactone)，pcl)是一类化学合成有机高分子聚合物，具有独特的生物降解性和生物相容性，获得了美国fda批准的完全生物降解材料，在可降解塑料、药体载物、纳米纤维纺丝以及增塑剂等领域得到广泛应用。理论上聚己内酯可以被土壤中的微生物降解，降解后产物主要为co2和h2o，中间产物为羟基已酸，进入到自然循环后不会对环境造成污染；但改性或制成产品后，在自然界中往往降解缓慢且存在特殊性，因此在进行材料合成研究的同时，这些塑料制品的生物降解研究也备受重视，如何实现废弃物的快速完全降解，并建立有效的生物循环系统实现产品的物料循环是人们关注的热点。

2、聚己内酯在自然界中的降解主要依靠对聚己内酯具有降解作用的微生物或者酶类。因此，分离筛选出高效的降解菌株，对于高分子材料的降解以及生物循环系统的构建具有重要意义。于丹等人(2015)筛选出一株具有较好降解聚己内酯能力的菌株-假单胞菌(pseudomonas sp.ds0901)，该菌株可使聚己内酯膜在72h内完全降解。王佳丽等人(2016)从土壤中筛选并鉴定了一株具有聚己内酯降解活力的短密青霉菌(penicilliumbrevicompactum dswj1201)。中国专利cn102181378a分离出的假单胞菌(pseudomonas sp.ds1001)可以有效降解以聚乳酸、聚β羟基丁酸或聚己内酯等高分子化合物为主要成分的塑料废弃物。上述菌株虽然都可以降解聚己内酯，常规菌株在较高温度下难以生存，另外，目前微生物降解聚己内酯的研究均停留在实验室水平，而未实现工程化应用，且实际应用效果也尚不明确。

3、因此，如何对聚己内酯降解工艺进行优化和改进，提升聚己内酯的降解效率，使其可以工程化应用，是本领域亟待解决的一个技术难题。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的生物降解法对聚己内酯的降解效率低，从而通过优化降解工艺条件，提供一种土壤中聚己内酯的降解方法，该方法能够提高土壤中聚己内酯的降解效率。

2、本发明提供一种土壤中聚己内酯的降解方法，包括，将包含耐热假单胞菌菌液的菌剂分为至少两次注入至含有聚己内酯的土壤中，所述土壤的温度为35℃～40℃，并保持该温度20h～24h；之后将所述土壤的温度升高至51℃～53℃，并维持该温度至下次注入所述菌剂前2h～4h为止；

3、其中，所述耐热假单胞菌菌液的制备方法包括：s1，取保藏编号为cgmccno.4366的假单胞菌，在35℃～40℃下培养至对数生长期；将对数生长期的菌株按照每驯化周期1℃～2℃的温差提高培养温度至51℃～53℃，得到初筛菌株；s2，将所述初筛菌株于51℃～53℃下培养，复筛，菌株纯化，得到耐热假单胞菌；s3，将所述耐热假单胞菌接种到培养基中在35℃～40℃下发酵48h～56h。

4、其中，驯化周期为菌株在一个培养温度下培养的时间。

5、所述菌剂还包括降解液；所述降解液的组成包括：k2hpo4 0.4g/l～0.6g/l、kh2po43.5g/l～4g/l、(nh4)2hpo4 0.5g/l～1g/l、mgcl2·6h2o 18mg/l～22mg/l、fecl3 0.1mg/l～0.3mg/l、cacl21 mg/l～3mg/l、na2so4180 mg/l～220mg/l、kno3 1g/l～1.5g/l，所述降解液的ph值为7.0～7.2；和/或，

6、所述耐热假单胞菌菌液的菌活为2.0×108cfu/ml～1.0×109cfu/ml。

7、步骤s1～步骤s3中任一项采用的培养基的组成包括，葡萄糖4g/l～6g/l、牛肉膏8g/l～12g/l、蛋白胨8g/l～12g/l、nacl 4g/l～6g/l，所述培养基的ph值为7.0～7.2；和/或，

8、所述步骤s1中每个驯化周期为12h～24h；和/或，

9、所述步骤s2中培养的时间为24h～48h；和/或，

10、所述菌剂中所述耐热假单胞菌菌液与所述降解液的体积比为1：2～5；和/或，

11、所述降解方法还包括，向所述土壤中单独注入所述降解液的步骤。

12、降解处理前期所述菌剂的注入间隔为8d～9d，降解处理后期所述菌剂的注入间隔为10d～40d；在降解处理时，每次注入所述菌剂之后单独注入所述降解液，所述降解液的注入时间与降解处理前期所述菌剂的单独注入间隔时间为3d～6d，所述降解液的注入时间与降解处理后期所述菌剂的单独注入间隔时间为10d～30d，其中，所述降解处理前期为从开始降解处理起的第1d～19d，所述降解处理后期为从开始降解处理起的第20d及以后；和/或，

13、所述菌剂单次注入量与所述土壤体积比为50l/m3～200l/m3；和/或，

14、在单独注入所述降解液时，所述降解液的单次注入量与所述土壤体积比为25l/m3～35l/m3。

15、本发明提供的土壤中聚己内酯的降解方法，还包括，采用基于拉曼光谱的微塑料在线监测系统对所述土壤中聚己内酯的降解情况进行实时监测，采用高效低碳热稳定系统实现所述菌剂和/或所述降解液的原位注入；所述高效低碳热稳定系统包括：热源产生模块、换热器，控制器和温度采集装置，其中，

16、所述热源产生模块和所述换热器通过管路相互连通形成回路，所述管路上设置有动力装置，所述动力装置为所述热源产生模块和所述换热器中的介质流通提供动力；

17、所述换热器包括若干并排设置的加热单元，所述加热单元竖直设置；

18、所述温度采集装置位于相邻的两个所述加热单元之间，所述温度采集装置用于采集所述加热单元之间土壤的温度，所述温度采集装置和所述动力装置均和所述控制器电连接；

19、当所述加热单元之间土壤的温度低于阈值时，所述控制器控制所述动力装置加快所述热源产生模块和所述换热器中的介质流动速度。

20、所述加热单元包括若干并联设置的加热组，各所述加热组的进水口和所述动力装置的出水口连通；所述加热组的出水口和所述动力装置的进水口连通；各所述加热组包括水平设置的连通管和竖直设置的毛细管，所述连通管和所述毛细管连通，所述连通管的内径大于所述毛细管的内径。

21、所述毛细管包括外部套管和内部套管，所述内部套管套设于所述外部套管内；所述外部套管上具有外部出液口，所述内部套管上和所述外部出液口对应的位置具有内部出液口，所述外部出液口和所述内部出液口结构相同；所述外部套管的顶盖上具有穿孔，所述内部套管的内部连接有连杆，所述连杆和所述内部套管同轴设置，所述连杆通过支撑杆和所述内部套管的内壁相连，所述连杆穿过所述穿孔；所述连杆的一端位于所述外部套管外，位于所述外部套管外的所述连杆的一端设置有齿轮，所述齿轮通过传动带和驱动电机相连；

22、热源产生模块和换热器中的介质是用于修复土壤的所述菌剂和/或所述降解液，通过控制驱动电机带动所述齿轮转动，使所述内部套管和所述外部套管发生相对转动，使所述内部套管上的所述内部出液口和所述外部套管上的所述外部出液口重合，所述菌剂和/或所述降解液通过所述内部出液口和所述外部出液口补入土壤，完成补入后控制驱动电机使所述内部出液口和所述外部出液口错开，所述菌剂和/或所述降解液无法穿过所述内部出液口和所述外部出液口。

23、所述外部套管的上端设置有第一轴承，所述第一轴承的外环下端固定在所述外部套管的外壁上，所述连杆固定在所述第一轴承的内环上；所述外部套管内的底部设置有第二轴承，第二轴承的外环固定在所述外部套管的内壁，所述连杆的下端固定在第二轴承的内环上；和/或，

24、所述外部套管上包覆有无纺布，无纺布覆盖所述外部出液口；所述毛细管成排设置，同一排所述毛细管的所述齿轮通过同一所述传动带和驱动电机相连。

25、相邻的所述加热单元之间的距离是0.5m～2m，相邻的所述毛细管之间的距离是0.1m～0.5m；和/或，所述热源产生模块是太阳能集热器，所述连通管的内径为10至20厘米，所述毛细管的内径为1至2厘米，所述动力装置是水泵。

26、与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：

27、1.本发明提供的土壤中聚己内酯的降解方法，包括，将包含耐热假单胞菌菌液分为至少两次注入至含有聚己内酯的土壤中，所述土壤的温度为35℃～40℃，并保持该温度20h～24h；之后将所述土壤的温度升高至51℃～53℃，并维持该温度至下次注入所述菌剂前2h～4h为止；所述耐热假单胞菌菌液为驯化后菌株发酵得到。在土壤温度达到51℃～53℃范围时，为微生物降解聚己内酯提供适宜环境，显著提高了聚己内酯的降解速率，有助于减轻环境土壤聚己内酯微塑料污染。本发明采用在每个驯化周期1℃～2℃的温差慢速驯化假单胞菌，经过筛选和优化，得到性能稳定的耐热假单胞菌菌液，其能够在温度为51℃～53℃的温度环境下，表现出较高的活性，从而提高对聚己内酯的降解效率。

28、2.本发明提供的土壤中聚己内酯的降解方法，分别限定包含耐热假单胞菌菌液的菌剂在降解处理前期和降解处理后期原位注入的时间以及降解液在降解处理前期和降解处理后期单独注入时间，即在降解处理前期采用高频注入菌剂的方法，确保土壤中定植存活的微生物数量，在降解处理后期降低菌剂的注入频率，达到菌液的补充的目的即可；同时，在每次注入菌剂之后间隔一段时间再注入降解液，从而为菌剂中耐热假单胞菌存活提供必要营养来源，避免菌剂营养不充分，影响其在土壤中的生长繁殖。基于此，本发明的降解方法能够在确保塑料降解效果的同时减少菌剂的用量，避免引起环境的二次污染。

29、3.本发明提供的土壤中聚己内酯的降解方法，包括采用高效低碳热稳定系统实现所述菌剂和/或所述降解液的原位注入，并能够使所述土壤温度保持在一定范围，具体为当所述菌剂原位注入时保持所述土壤的温度在35℃～40℃，并保持该温度20h～24h，将土壤温度提高至51℃～53℃，并维持该温度至下次注入所述菌剂前2h～4h为止，在下次注入所述菌剂前2h～4h前，将土壤温度保持在35℃～40℃；所述高效低碳热稳定系统包括：热源产生模块、换热器，控制器和温度采集装置，其中，所述热源产生模块和所述换热器通过管路相互连通形成回路，所述管路上设置有动力装置，所述动力装置为所述热源产生模块和所述换热器中的介质流通提供动力；所述换热器包括若干并排设置的加热单元，所述加热单元竖直设置；所述温度采集装置位于相邻的两个加热单元之间，所述温度采集装置用于采集所述加热单元之间土壤的温度，所述温度采集装置和所述动力装置均和所述控制器电连接；当所述加热单元之间土壤的温度低于阈值时，所述控制器控制所述动力装置加快所述热源产生模块和所述换热器中的介质流动速度。本发明采用高效低碳热稳定系统可以使土壤温度保持在51℃～53℃，从而确保耐热假单胞菌更好地发挥降解作用。高效低碳热稳定系统具有原位加热和原位注入两个功能，通过高效低碳热稳定系统将菌剂原位注入土壤，并通过介质的热循环，保持土壤温度，实现提高土壤中耐热假单胞菌对聚己内酯的降解效率。