一种用于地下水原位强化生物脱卤的聚氨酯复合载体自发电功能材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种用于地下水原位强化生物脱卤的聚氨酯复合载体自发电功能材料的制备方法及应用，属于地下水污染修复领域。本发明专利技术解决现有地下水污染修复方法中厌氧还原脱卤反应速率慢、难以利用氢气以外的物质作为电子供体、额外投加复杂有机碳源易造成地下水二次污染和安全隐患的问题。本申请首先将自发电功能材料负载到聚氨酯，然后将聚氨酯复合载体自发电功能材料负载脱卤呼吸菌，将负载脱卤呼吸菌的聚氨酯复合载体自发电功能材料作为生物反应格栅填料用于卤代有机物污染地下水的原位生物修复。本发明专利技术提供的聚氨酯复合载体自发电功能材料可以为脱卤呼吸菌提供电子供体，同时刺激细胞代谢并提高微生物活性，生物载体强度高且无二次污染。

Preparation and application of polyurethane composite carrier self generating functional material for in situ enhanced biological dehalogenation of groundwater

【技术实现步骤摘要】
一种用于地下水原位强化生物脱卤的聚氨酯复合载体自发电功能材料的制备方法及应用
本专利技术涉及一种用于地下水原位强化生物脱卤的聚氨酯复合载体自发电功能材料的制备方法及应用，属于地下水污染修复领域。
技术介绍
地下水作为一种重要的淡水资源，在人类生存发展进程中起到不可或缺的作用。卤代有机物因其在生活及工农产业中的广泛应用及不规范处置而对地下水造成了严重的污染，对公众健康的危害不容小觑。地下水污染修复方法主要分为原位修复法和异位修复法。其中原位修复法对水的扰动较小、不易扩散污染且具有较好的持久性，因此在地下水修复工程中应用广泛。地下水原位生物脱卤技术是模拟水体自净过程，微生物在缺氧环境下通过呼吸作用发生还原脱卤反应，实现卤代有机物的脱卤脱毒。但是上述厌氧还原脱卤反应的脱卤呼吸菌难以利用氢气以外的物质作为电子供体，故在实验及工程中通常在体系中加入有机碳源，并通过其发酵产氢提供微生物脱卤所需的电子供体。但在地下水原位生物修复过程中，复杂有机碳源的投加易造成地下水二次污染和安全隐患，因此，提供一种能够规模化应用于地下水原位强化生物脱卤的自发电功能性材料在为还原脱卤菌提供电子供体的同时，降低复杂有机碳源投加带来的二次污染风险，来强化地下水生物修复过程。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有厌氧还原脱卤反应的脱卤呼吸菌难以利用氢气以外的物质作为电子供体，加入的有机碳源易造成地下水二次污染和安全隐患的问题，提供一种用于地下水原位强化生物脱卤的聚氨酯复合载体自发电功能材料的制备方法及应用，该功能材料适用于规模化的地下水原位强化生物脱卤，实现地下水中卤代有机物污染的强化和可持续性修复。本专利技术的技术方案：一种聚氨酯复合载体自发电功能材料，包括以下质量配比的原料：聚氨酯海绵填料5份，自发产电材料50份和水性聚氨酯45份。进一步限定，自发产电材料为电气石粉或铁炭复合材料。更进一步限定，铁炭复合材料成分配比为：质量百分比为77％的80～100目铁粉，质量百分比为16％的100～200目生物炭粉，质量百分比为7％的100目镍粉。上述聚氨酯复合载体自发电功能材料的制备方法，该方法具体操作过程如下：首先，将正方体的聚氨酯海绵填料、自发产电材料和水性聚氨酯加入到搅拌罐中搅拌混合均匀，并通过挤压的方式除去多余的粘合剂，获得复合材料；然后，将上述获得的复合材料在80℃的温度条件下烘干，获得聚氨酯复合载体自发电功能材料。进一步不限定，正方体的聚氨酯海绵填料的边长为10～20mm。上述聚氨酯复合载体自发电功能材料负载脱卤呼吸菌的方法，该方法包括以下步骤：步骤一、将无菌初始培养液置于厌氧发酵罐中，加入终浓度为200μmol/L的目标卤代有机物，然后接种脱卤呼吸菌，在30℃恒温条件下培养，培养48～72h，得到絮体状的脱卤呼吸菌悬浊液；目标卤代有机物除TCP外，还可以为任何其他卤代有机物，相应采用针对具体卤代有机物为目标污染物驯化的复合菌群或分离的单一菌种即可，例如目标卤代有机物可以是四溴双酚A，相应负载的微生物为具有四溴双酚A还原脱卤功能的复合功能菌群或单离菌。步骤二、将聚氨酯复合载体自发电功能材料加入到上述厌氧发酵罐中，继续培养，在培养期间定期更换培养液并补充目标卤代有机物，培养20天后获得表面附着了白色的生物膜的黑色聚氨酯复合载体自发电功能材料。进一步不限定，无菌初始培养液以PBS缓冲体系调节pH，当聚氨酯复合载体功能材料的自发产电材料为电气石时，无菌初始培养液pH为7.2；当聚氨酯复合载体功能材料的自发产电材料为铁炭复合材料时，无菌初始培养液pH为6。进一步限定，脱卤呼吸菌为以卤代有机物为电子受体的厌氧微生物，接种质量为无菌初始培养液质量的5％。更进一步限定，以卤代有机物为电子受体的厌氧微生物为脱卤呼吸菌，包括但不限于硬壁菌门的脱硫杆菌属(Desulfitobacteriumspp.)，脱毛杆菌属(Dehalobacterspp.)，变形菌门的地杆菌属(Geobacterspp.)，脱硫菌(Desulfomonilespp.)，脱卤性厌氧杆菌(Anaeromyxobacterdehalogenans)，去氯鸟粪脱硫弧菌(Desulfovibriodechloracetivorans)和硫孢子菌属(Sulfosprillumspp.)，绿弯菌门的Dehalococcoidesspp。应用上述负载脱卤呼吸菌的聚氨酯复合载体自发电功能材料使地下水原位强化生物脱卤的方法，该方法为沿着地下水流方向安装生物反应格栅系统，格栅中装填负载脱卤呼吸菌的聚氨酯复合载体自发电功能材料。进一步限定，上述负载脱卤呼吸菌的聚氨酯复合载体自发电功能材料也可用于地表水和厌氧反应器中卤代有机污染物的脱卤脱毒。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术制得的网状聚氨酯海绵负载自发电材料的方法更适用于规模化生产，采用搅拌罐混合使自发电材料在聚氨酯海绵上分布更均匀，搅拌浆对聚氨酯海绵的不断挤压、释放使海绵内部孔隙内自发电材料的负载量大大增加。并且本专利技术制得的聚氨酯复合载体自发电功能材料集吸附和生物修复功能为一体，自发电材料为微生物提供电子，同时刺激细胞代谢并提高微生物活性，对生物修复过程起到强化作用，同时网状聚氨酯海绵填料为功能微生物提供了载体，使微生物固定化并保证功能菌和强化材料不会冲离污染区。将本专利技术制得的聚氨酯复合载体作为地下水原位修复生物反应格栅中的填料，可使含水层中横向扩散的卤代有机污染物随水流通过生物反应格栅实现脱卤脱毒。其在地下水中持续作用时间长，同时也有利于材料回收处理，尽可能降低了外加物质对地下水的影响，是一种理想的地下水原位生物修复功能材料。附图说明图1为聚氨酯复合载体自发电功能材料的实物图；图2为具体实施方式1制得的负载脱卤呼吸菌的聚氨酯复合载体自发电功能材料用于2L厌氧血清瓶中降解TCP的污染物及产物浓度变化曲线图；图3为具体实施方式2制得的负载脱卤呼吸菌的聚氨酯复合载体自发电功能材料用于2L厌氧血清瓶中降解TCP的污染物及产物浓度变化曲线图；图4为应用于地下水原位修复生物反应格栅的安装结构示意图。具体实施方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。具体实施方式1：首先，将5g尺寸为1cm×1cm×1cm的正方体网状聚氨酯海绵填料、50g800目的铁电气石粉和45g水性聚氨酯粘合剂放入搅拌器内充分搅拌混合，使电气石粉均匀地粘附在聚氨酯海绵的表面及孔隙内，通过挤压排出聚氨酯海绵中多余的粘合剂，放入80℃烘箱内烘干12h，取出即得到黑色聚氨酯复合载体自发电功能材料，如图1所示。其中，网状聚氨酯海绵填料为艾勤科技公司生产的AQ-30聚氨酯海绵，孔隙率95％，气孔数20个/25mm，气孔径1.5mm，比表面积91000m2/m3；水性聚氨酯为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚氨酯复合载体自发电功能材料，其特征在于，包括以下质量配比的原料：聚氨酯海绵填料5份，自发产电材料50份和水性聚氨酯45份。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚氨酯复合载体自发电功能材料，其特征在于，包括以下质量配比的原料：聚氨酯海绵填料5份，自发产电材料50份和水性聚氨酯45份。


2.根据权利要求1所述的一种聚氨酯复合载体自发电功能材料，其特征在于，所述的自发产电材料为电气石粉或铁炭复合材料。


3.根据权利要求2所述的一种聚氨酯复合载体自发电功能材料，其特征在于，所述的铁炭复合材料成分配比按重量百分比由质量百分比为77％的80～100目铁粉，质量百分比为16％的100～200目生物炭粉和质量百分比为7％的100目镍粉组成。


4.权利要求1所述的聚氨酯复合载体自发电功能材料的制备方法，其特征在于，该方法具体操作过程如下：
首先，将正方体的聚氨酯海绵填料、自发产电材料和水性聚氨酯加入到搅拌罐中搅拌混合均匀，并通过挤压的方式除去多余的粘合剂，获得复合材料；
然后，将上述获得的复合材料在80℃的温度条件下烘干，获得聚氨酯复合载体自发电功能材料。


5.根据权利要求4所述的聚氨酯复合载体自发电功能材料的制备方法，其特征在于，所述的正方体的聚氨酯海绵填料的边长为10～20mm。


6.权利要求1或2所述的聚氨酯复合载体自发电功能材料负载脱卤呼吸菌的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将...

【专利技术属性】
技术研发人员：李智灵，顾思文，林小秋，王爱杰，陈帆，孙凯，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23