一种促进还原脱氯的半导体矿物复合功能生物材料的制备方法和应用

本发明涉及一种促进还原脱氯的半导体矿物复合功能生物材料的制备方法和应用，属于环境生物修复。

背景技术：

1、随着工业化和城市化进程的加快，我国土壤与地下水中的氯代有机物污染问题日益严重，氯酚类化合物(chlorophenols,cps)常作为有机中间体被广泛用于农药、染料和防腐剂的生产。然而，cps化合物在环境中难以被降解，具有环境持久性，而且对生物体具有致畸致癌致突变的“三致”作用，因此是公认的有毒有害污染物。现阶段多种cps类物质被列为地下水环境优先控制污染物和土壤环境质量风险管控类物质。

2、对于土壤与地下水中的cps而言，微生物修复具有成本低，操作简单和效果好等优点。但是现有微生物修复cps污染技术具有修复时间长和修复效果不稳定等缺点。因此，提供一种促进微生物稳定快速脱氯的复合材料及其制备方法十分必要，是实现土壤和地下水场地污染原位修复的新趋势。

技术实现思路

1、2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-trichlorophenol，2,4,6-tcp)是典型的cps。本发明针对现有土壤和地下水场地中2,4,6-tcp污染问题，提出一种生态友好型的半导体矿物促进2,4,6-tcp还原脱氯的复合功能生物材料，并提供了该生物材料的详细制备方法。

2、本发明的技术方案：

3、本发明的目的是提供一种半导体矿物促进2,4,6-tcp还原脱氯的复合功能生物材料，该方法包括以下步骤：

4、s1，将赤铁矿或金红石研磨，过筛，得到混合粉末，将混合粉末与蒸馏水混合，超声处理，离心，弃上清液，烘干剩余部分，将干燥后的剩余部分置于无水乙醇中清洗，离心后将沉淀烘干，得到半导体矿物粉末，密封保存；

5、s2，将无机培养基溶液和半导体矿物粉末加入到厌氧罐中，曝气灭菌后加入目标氯代有机物2,4,6-tcp，然后接种2,4,6-tcp脱氯呼吸菌液，在30℃恒温条件下培养，在培养期间定期更换培养液并补充目标氯代有机物，继续培养18～22天，离心，得到促进微生物脱氯的复合材料。

6、进一步限定，s1中矿物粉末粒径≤200目。

7、进一步限定，s2中目标氯代有机物为2,4,6-tcp。

8、进一步限定，s2中半导体矿物粉末加入添加到无机培养基溶液的浓度为1g/l。

9、进一步限定，s2中加入目标卤代有机物的终浓度为100μmol/l。

10、进一步限定，无机培养基溶液是以去离子水配制的液体培养基，包括：1g/lnacl，0.2g/lmgcl2·6h2o，2.31g/lna2hpo4·12h2o，0.554g/lnah2po4·2h2o，0.13g/lnh4cl，0.3g/lkcl，0.012g/lcacl2，0.1ml/l矿质元素1和0.1ml/l矿质元素2。

11、更进一步限定，矿质元素1基础液配方为：0.5mg/lmncl2·4h2o，0.5mg/lzncl2，0.5mg/lnicl2·6h2o，0.5mg/lh3bo3，0.5mg/lna2moo4·2h2o，2.5mg/lcocl2·6h2o。

12、更进一步限定，矿质元素2基础液配方为：0.5mg/lnh4vo3，2.5mg/lki，10mg/l(napo3)16。

13、进一步限定，s2中2,4,6-tcp脱氯呼吸菌液接种体积为无机培养基溶液体积的5％。

14、进一步限定，s2中2,4,6-tcp脱氯呼吸菌液为驯化的厌氧混合菌群，驯化过程如下：

15、(1)取受2,4,6-tcp污染地区的土壤加入厌氧瓶中，向厌氧瓶中加入无机盐培养基，使用氮气吹脱后，密封；

16、(2)向密封后的厌氧瓶中注射2,4,6-tcp浓缩液，摇匀，静置在30℃恒温培养箱中，每日取样并对tcp浓度进行检测，tcp浓度降低至0后，重新加入与第一次等量的2,4,6-tcp浓缩液，重复上述步骤，培养3个月，得到菌液即为tcp脱氯呼吸菌液；且得到的tcp脱氯呼吸菌液呈现对tcp稳定脱氯的状态，脱氯周期为8天。

17、进一步限定，s2中2,4,6-tcp浓缩液为100x，最终浓度为100μmol/l。

18、本发明利用半导体矿物与脱氯呼吸菌如假单胞菌复合后能促进微生物的生长代谢，最终促进2,4,6-tcp的脱氯过程。此外，本发明与现有技术相比还具有以下有益效果：

19、(1)本发明以半导体矿物作为天然“电子导管”制备促进微生物还原脱氯的复合材料，采用简单的研磨方法制备半导体矿物材料后，可直接投加到2,4,6-tcp脱氯菌液中，即可使pseudomonasaeruginosacp-1等功能菌负载于矿物颗粒上，且得到得复合材料对2,4,6-tcp有良好的脱氯效果，且所用材料均为天然材料，不会对环境产生二次污染，具有极高的环境友好特性。

20、(2)本发明使用的半导体矿物为微米级具有较好的分散性与稳定性，可以与微生物进行充分接触，且不仅不会对脱氯呼吸菌有毒害性作用，还可以促进相关微生物的生长代谢。且选用的半导体矿物均为天然矿物，在自然界中储量丰富，成本较低。其作为微生物之间或微生物与其他非生命电子供受体之间的天然“电子导管”，可促进物种间的电子的快速转移，为脱氯呼吸功能菌株pseudomonasaeruginosacp-1提供额外的电子源。此外，半导体矿物材料可以修饰群落结构，促进与脱氯相关的菌株的丰度，为污染物和微生物提供较多的吸附位点，有效提高了厌氧微生物对于卤代有机污染物的还原速率。

21、(3)本发明制备的半导体矿物/微生物复合材料是强化微生物修复技术的重要发展方向，其更容易应用于实际的工程修复中，实现增强的土壤和地下水场地氯代有机物污染的原位修复。

技术特征：

1.一种促进还原脱氯的半导体矿物复合功能生物材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s1中矿物粉末粒径≤200目。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s2中目标卤代有机物为2,4,6-tcp。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s2中半导体矿物粉末加入添加到无机培养基溶液的浓度为1g/l。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s2中加入目标污染物2,4,6-tcp的终浓度为100μmol/l。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s2中脱氯呼吸菌液接种体积为无机培养基溶液体积的5％。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s2中2,4,6-tcp脱氯呼吸菌液为驯化的厌氧混合菌群，驯化过程如下：

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s2中2,4,6-tcp浓缩液为100x，最终浓度为100μmol/l。

9.一种权利要求1～8任一项所述的制备方法得到的促进微生物脱氯的复合材料。

10.一种权利要求9所述的促进微生物脱氯的复合材料的应用，其特征在于，用于土壤或地下水中原位强化生物脱氯。

技术总结
本发明公开了一种促进还原脱氯的半导体矿物复合功能生物材料的制备方法和应用，属于环境生物修复技术领域。本发明解决了现有生物修复过程中脱氯呼吸菌代谢速率较慢和降解能力不稳定的问题。本发明将半导体矿物与脱氯呼吸菌如铜绿假单胞菌等复合，利用半导体矿物的导电特性，促进了微生物群落中的电子传递过程和脱氯呼吸菌的生长代谢过程，最终增强了CPs的微生物脱氯。

技术研发人员：李智灵,俎云霞,王爱杰,陈雪琪
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14