一种用于修复含水层中氯代烃污染的生物地球化学转化材料及其制备方法

本发明属于环境工程，具体涉及一种用于修复含水层中氯代烃污染的生物地球化学转化材料及其制备方法。

背景技术：

1、氯代烃是世界范围内常用的化工原料和有机溶剂，由于意外泄漏和不当处置，此类污染物在土壤和地下水中广泛存在。大部分氯代烃具有高密度、低粘度的特点，在重力作用下垂向迁移至含水层底部形成大面积污染羽，从而在自然含水层中形成持久性污染且对人体具有“三致”效应。近年来我国大部分城市关闭污染企业产生了大量的氯代烃污染遗留场地，具有生态和环境风险，严重威胁人类健康，被各国列为优先控制污染物。氯代烃污染场地修复正在成为当今世界地下水污染防治领域的研究热点及难点。

2、目前对于含水层中氯代烃污染的去除技术主要包括物理、化学和生物修复方法三类。其中的物理方法中以活性炭吸附法为主，该方法工艺成熟、效果可靠，但是成本高昂且无法彻底破坏污染物结构。化学氧化还原方法可以破坏改变污染物的结构，将其从环境中彻底清除，但是存在易产生有毒中间产物和二次污染的问题。生物修复方法易于原位修复、经济无害、无二次污染，但是存在降解产物毒性更大的风险。原位生物地球化学转化技术(isbgt，in situ biogeochemical transformation)兼具三种传统方法的优势，该技术相比于传统的氯代烃修复技术如原位化学氧化还原和生物处理技术，具有成本低、操作简单、无二次污染的优势。在生物地球化学转化过程中，会产生ramps矿物，如硫铁矿。ramps是降低有毒中间产物的关键作用物质，其可同时作为电子受体和电子供体。对于铁、硫酸盐和电子供体等关键物质比例失调的含水层，氧化还原交替循环使ramps硫铁矿物易老化、不可持续。同时该技术还存在着修复周期过长的问题。因此提出在污染含水层中注入强化药剂，调控ramps持续生成，创建生物地球电池原位非生物反应带，强化天然生物地球化学转化作用，实现工程原位生物地球化学转化(eisbgt，enhanced in situ biogeochemicaltransformation)。目前国内外对于氯代烃污染修复的eisbgt材料亟待研发。

3、目前国内外对于生物地球化学转化技术的研究较少，现有文献专利中对氯代烃污染修复的生物地球化学转化材料的研究鲜有涉及。关于氯代烃污染地下水修复的生物地球化学转化材料研究的专利与报道中，多以缓释碳源、铁源材料为主。公开号为cn114479872a的专利文献中制备了一种原位修复氯代烃类污染物的缓释剂，可缓慢释放零价铁并保护零价铁长时间不被氧化，制备工艺简单，但在零价铁的化学还原作用主导下氯代烃还原过程中仍存在着有毒产物累积的问题。公开号为cn114920365a的专利文献中制备了一种双功能缓释剂强化修复三氯乙烯(tce)污染地下水的方法，该药剂制备成本低，且不易产生二次污染。但该缓释药剂主要强化tce的生物还原脱氯，因此同样存在中间产物二氯乙烯(dce)累积量高的问题，将dce还原所需周期更长。因此，针对氯代烃降解过程中有毒产物累积和处理周期过长的问题研发一种生物地球化学转化材料是有必要的。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于修复含水层中氯代烃污染的原位生物地球化学转化材料，通过铁源硫源的添加及比例调配ramps硫铁矿物持续生成，氧化还原交替循环使ramps硫铁矿物易老化、不可持续强化含水层中的非生物氯代烃转化作用，降低生物转化作用占比，以克服现有缓释碳源材料对生物作用的过度强化导致有毒中间产物累积过多的问题。该生物地球化学转化材料可以在强化生物作用的同时促进氯代烃在含水层中的非生物转化过程，从而降低有毒中间产物的累积量。本发明提供了用于修复含水层中氯代烃污染的生物地球化学转化材料的制备和应用方法，并对发明材料的性质进行了表征。复合生物地球化学转化材料为制备的乳化植物油(evo)与七水合硫酸亚铁(feso4·7h2o)混合均匀而成的乳状液。其中evo由吐温80(tween 80)、植物油(玉米油/大豆油)和水按照一定比例混合而成，而后将feso4·7h2o均匀分散于evo中得到所述生物地球化学转化材料。该材料可以强化含水层中的微生物生长及矿物转化等作用，通过生物地球化学作用来降解氯代烃。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种用于修复含水层中氯代烃污染的生物地球化学转化材料由以下组分构成：植物油，tween 80，feso4·7h2o，除氧去离子水。

4、上述用于修复含水层中氯代烃污染的生物地球化学转化材料的制备方法，包括以下步骤：

5、a、evo的合成：①将植物油、tween 80和除氧去离子水按照筛选比例置于同一容器中，在3000r/min转速下搅拌24h。②得到静置48h不分层的性质稳定的evo。

6、b、将feso4·7ho加入步骤a合成的evo中，搅拌至混合均匀，静置不发生沉降。

7、上述用于修复含水层中氯代烃污染的生物地球化学转化材料的制备方法中，植物油、tween 80和除氧去离子水的比例为：1g植物油(1wt％)、2gtween 80(2wt％)用除氧去离子水定容至100ml。

8、上述用于修复含水层中氯代烃污染的生物地球化学转化材料的制备方法中，feso4·7h2o与evo的比例为：每100mlevo中加入1gfeso4·7h2o。

9、上述用于修复含水层中氯代烃污染的生物地球化学转化材料的应用方法，具体为将制得的复合材料立即注入地下含水层中，形成原位生物地球化学转化反应带，所用材料现用现配。

10、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

11、1、本发明中复合生物地球化学转化材料的主材料evo制备方法简单、无高温高压条件、原料来源广泛、价格低廉、易于工业生产；

12、2、本发明中复合生物地球化学转化材料evo-feso4相较于传统缓释碳源材料，在氯代烃转化过程中产生的有毒中间产物更少；

13、3、本发明中复合生物地球化学转化材料evo-feso4具有耐低温特性，在低温环境下仍可以发挥碳源、铁源和硫源的作用，可适用于地下环境；

14、4、本发明中复合生物地球化学转化材料evo-feso4配制简单，溶液粘度低，且各组分均环境友好，不会对地下环境产生二次污染；

技术特征：

1.一种用于修复含水层中氯代烃污染的生物地球化学转化材料及其制备方法，其特征在于，由以下组分构成：植物油，吐温80(tween 80)，除氧去离子水，外观呈乳状液，分散均匀，粒径主要分布在0-100nm之间。

2.根据权利要求1所述的一种用于修复含水层中氯代烃污染的生物地球化学转化材料的制备方法，其特征在于，包括以下a和b两个步骤：a、evo的合成：①将植物油、tween 80和除氧去离子水按照筛选比例置于同一容器中，在3000r/min转速下搅拌24h。②得到静置48h不分层的性质稳定的evo。b、将feso4·7h2o加入步骤a合成的evo中，搅拌至混合均匀，静置不发生沉降。

3.根据权利要求2所述的一种用于修复含水层中氯代烃污染的生物地球化学转化材料的制备方法，其特征在于，步骤a，所述植物油、tween 80和除氧去离子水的比例为1g植物油(1wt％)、2gtween 80(2wt％)用除氧去离子水定容至100ml。

4.根据权利要求2所述的一种用于修复含水层中氯代烃污染的生物地球化学转化材料的制备方法，其特征在于，步骤b，所述feso4·7h2o与evo的比例为：每100mlevo中加入1gfeso4·7h2o。

5.根据权利要求1所述的一种用于修复含水层中氯代烃污染的生物地球化学转化材料的应用方法具体为：将制备得到的复合生物地球化学转化材料直接注入地下含水层形成原位反应带，现用现配。

技术总结
本发明涉及一种用于地下环境氯代烃污染修复的生物地球化学转化材料及制备方法，材料以乳化植物油(EVO)为主材料，将七水合硫酸亚铁(FeSO<subgt;4</subgt;·7H<subgt;2</subgt;O)均匀分散于EVO中得到复合材料EVO‑FeSO<subgt;4</subgt;，将EVO‑FeSO<subgt;4</subgt;注入含水层，其能够有效迁移且各组分迁移速率较为一致。其中，EVO可以缓慢释放碳源，强化含水层中的微生物生长，适当比例的FeSO<subgt;4</subgt;作为铁源硫源使氧化还原亚稳态(RAMPs)矿物持续生成，二者共同作用促进氯代烃的非生物转化，从而有效降低传统缓释碳源材料修复氯代烃污染过程中有毒中间产物累积量。本发明成本低，且易制得，可广泛适用于氯代烃污染地下水的修复。

技术研发人员：董军,孙晨,梁雪
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16