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一种有机氯污染土壤的纳米零价铁-线虫协同修复技术制造技术

技术编号:28060445 阅读:5 留言:0更新日期:2021-04-14 13:37
本发明专利技术涉及土壤修复技术领域,具体涉及一种有机氯污染土壤的纳米零价铁

【技术实现步骤摘要】
一种有机氯污染土壤的纳米零价铁

线虫协同修复技术


[0001]本专利技术涉及土壤修复
,具体涉及一种有机氯污染土壤的纳米零价铁

线虫协同修复技术。

技术介绍

[0002]土壤有机氯污染是世界许多国家,尤其是发展中国家面临的重大环境问题之一。有机氯化物作为农药被广泛使用,多数化学性质稳定,不易降解,可通过食物链富集,产生严重的生态后果。有机氯污染物大多水溶性不高,使得土壤逐渐成为其重要的汇。例如五氯酚曾是全球使用最广泛的生物杀灭剂之一,它作为除草剂和防腐剂的功能逐渐被更加安全的新型农药所替代,但由于洪涝灾害及血吸虫病在传统流行病区域的反复爆发,五氯酚仍被大量用于防治血吸虫的中间寄主钉螺,在底泥中的浓度可高达48mg/kg。然而传统土壤修复技术如气相抽提、热处理、化学淋洗等不但需要消耗大量能源,而且容易破坏土壤原有结构,甚至引起二次污染。生物修复技术具有成本低、安全性高等优点,但由于受到生物代谢能力的限制,存在效率不高、周期长等不足。因此,亟需发展高效去除土壤中有机氯污染物的新技术。
[0003]近年来纳米零价铁在土壤污染修复方面展现出巨大潜力,具有比较面积大,反应活性高等优势,能够对有机氯污染物进行吸附、还原脱氯,已被越来越多地应用于有机氯污染土壤和地下水修复工程。但纳米零价铁在环境中不可避免地团聚、氧化失活,导致其在土壤修复中的实际利用率不高。在土壤及地下水修复应用中,往往需要将高达10g/L级别的纳米零价铁直接注入受污染区域。这不仅导致纳米零价铁土壤修复技术的成本高昂,而且进入环境的纳米材料会产生复杂的生物效应,尤其与目标污染物产生复合毒性,威胁生态安全和人类健康。因此,有必要寻求经济、高效的强化手段,在保障纳米零价铁土壤修复技术安全性的基础上降低成本。纳米

生物协同修复是一个新概念,旨在通过生物的生命活动强化纳米材料对污染物的降解效果,或通过纳米材料刺激生物对污染物的降解能力,有望形成低成本、高效率的联合修复技术。但由于对相关机理研究的匮乏,当前国内外仅存在极少数纳米

微生物或纳米

植物协同修复研究,纳米

土壤动物协同修复技术尚为空白。
[0004]线虫是一类典型的土壤动物,具有体型小、透明等优势,常作为指示生物被用于生态风险评估。更重要的是,它在有机质分解、植物营养矿化及养分循环过程中起重要作用,其生命活动能改变土壤中污染物的行为和归趋。已有证据显示线虫可通过取食、消化以及与细菌相互作用等活动改变土壤性质,促进土壤中菲的去除。最新研究还发现一定浓度的纳米材料不仅具有去除有机污染物的功能,还能诱导线虫抗氧化、解毒等生物学响应,增强线虫对有机污染物的抗性和降解。其中一些诱导产生的生物大分子如谷胱甘肽、半胱氨酸等不但可与铁/铁离子形成螯合作用,且因结构中具有巯基而呈还原性,已被证实能够在水介质中促进纳米零价铁对有机氯污染物的还原降解。因此,土壤中纳米零价铁与线虫的共存可能产生协同去除有机氯污染物的效果。考虑到线虫自身合成促降解化合物的能力较为有限,以人为添加促降解化合物为辅助,基于响应面法构建和优化一定组合和配比的纳米
零价铁

线虫互作体系,有望在保证土壤生物安全的基础上协同去除土壤中有机污染物。这将填补纳米

动物协同修复技术的空白,为治理土壤污染提供绿色、经济、高效的新技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种有机氯污染土壤的纳米零价铁

线虫协同修复技术。与传统技术相比,该方法兼具较高的生态安全性以及优良的有机氯污染土壤修复效率;在筛选功能纳米材料的基础上,以人为添加促降解化合物为辅助,基于响应面法构建一定组合和配比的纳米零价铁

线虫互作体系,并优化参数以获得最优设计方案,可在保障修复效果的前提下精准、科学地减少纳米零价铁的用量,有效降低纳米土壤污染修复技术的成本。
[0006]具体技术方案如下:
[0007]一种有机氯污染土壤的纳米零价铁

线虫协同修复技术,包括以下步骤:
[0008](1)修复材料的筛选:
[0009]参考环境浓度配置五氯酚污染土壤,将一定数量的线虫添加至土壤中,测定添加不同粒径和表面改性的纳米零价铁对土壤中线虫存活率的影响,以评估其生态安全性;另一方面,比较有无线虫条件下不同粒径和表面改性的纳米零价铁对土壤五氯酚的降解效果;综合考虑以上两方面,选取线虫存活率高、五氯酚降解效果好的一种纳米零价铁材料用于构建纳米

动物协同修复体系;
[0010](2)促降解化合物的选取:
[0011]在水介质中比较谷胱甘肽和半胱氨酸两种生物还原性分子对纳米零价铁降解五氯酚的促进效果;选取效果好的一种作为强化纳米零价铁

线虫协同修复体系的添加剂;
[0012](3)单因素实验:
[0013]在合理范围内对纳米零价铁、促降解化合物及线虫的添加量进行多水平取值,获得各组分不同添加量下五氯酚降解率变化曲线;在单因素实验结果的基础上筛选合理控制效能指标下的取值范围;
[0014](4)响应面实验与建模:
[0015]根据单因素实验确定的取值范围,利用Design

Expert 12软件在Box

Behnken Design中设计实验方案(三因素三水平共17组),按照设计将不同浓度的纳米零价铁、促降解化合物拌入土壤;再将含有不同数量线虫的溶液加入土壤;测定不同处理组土壤中五氯酚的降解率;将测定结果通过二次多项回归拟合,得到纳米零价铁

促降解化合物

线虫协同去除土壤中五氯酚的响应面方程;
[0016](5)确定最优组合:
[0017]在Design

Expert 12软件中进行因素优先级排序,计算在尽可能减少纳米零价铁用量的前提下获得最佳五氯酚去除效率的纳米零价铁

促降解化合物

线虫配比,以此作为最优方案,并通过重复实验比较真实值与预测理论值的差异,验证优化结果的有效性。
[0018]有益效果
[0019]与现有技术相比,本专利技术具有以下有益效果:
[0020]本专利技术在筛选功能纳米材料的基础上,以人为添加促降解化合物为辅助,基于响应面法构建一定组合和配比的纳米零价铁

线虫互作体系,并优化参数以获得最优设计方案,最终优选出20nm零价铁作为修复材料,半胱氨酸作为促进剂,确定了最优化的修复组
合:纳米零价铁为2g/kg,半胱氨酸为5g/kg,线虫为18百万条/kg,得到了拟合度高的模型方程,在保障修复效果和生态安全性的前提下科学地减少纳米零价铁的用量,降低技术成本,为土壤纳米修复技术指明了新的发展方向。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1中不同粒径和表面本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机氯污染土壤的纳米零价铁

线虫协同修复技术,其特征在于,在筛选功能纳米材料的基础上,以人为添加促降解化合物为辅助,构建并优化纳米零价铁

线虫互作体系,具体包括以下步骤:(1)修复材料的筛选:参考环境浓度配置五氯酚污染土壤,将一定数量的线虫添加至土壤中,测定添加不同粒径和表面改性的纳米零价铁对土壤中线虫存活率的影响,以评估其生态安全性;另一方面,比较有无线虫条件下不同粒径和表面改性的纳米零价铁对土壤五氯酚的降解效果;综合考虑以上两方面,选取线虫存活率高、五氯酚降解效果好的一种纳米零价铁材料用于构建纳米

动物协同修复体系;(2)促降解化合物的选取:在水介质中比较谷胱甘肽和半胱氨酸两种生物还原性分子对纳米零价铁降解五氯酚的促进效果;选取效果好的一种作为强化纳米零价铁

线虫协同修复体系的添加剂;(3)单因素实验:在合理范围内对纳米零价铁、促降解化合物及线虫的添加量进行多水平取值,获得各组分不同添加量下五氯酚降解率变化曲线;在单因素实验结果的基础上筛选合理控制效能指标下的取值范围;(4)响应面实验与建模:根据单因素实验确定的取值范围,利用Design

Expert 12软件在Box

Behnken Design中设计实验方案(三因素三水平共17组),按照设计将不同浓度的纳米零价铁、促降解化合物...

【专利技术属性】
技术研发人员:林道辉侯杰
申请(专利权)人:浙江大学
类型:发明
国别省市:

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