一種能介導(dǎo)五氯苯酚厭氧還原脫氯的生物炭制劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有機(jī)物生物降解領(lǐng)域，特別涉及一種能介導(dǎo)五氯苯酚厭氧還原脫氯的生物炭制劑。
【背景技術(shù)】
[0002]鹵代芳香化合物及其衍生物是化工、醫(yī)藥、制革、電子等行業(yè)廣泛應(yīng)用的化工原料、有機(jī)合成中間體及有機(jī)溶劑。由于其污染面廣、毒性大、不易降解，且大多會對人體產(chǎn)生致畸、致癌、致突變“三致”效應(yīng)，從而引起廣泛的關(guān)注。其中，五氯苯酚(Pentachlorophenol, PCP)是一種典型的鹵代芳香族化合物，曾作為殺蟲劑、木材防腐劑和防霉劑等被廣泛應(yīng)用，從而造成世界范圍內(nèi)的土壤和地下水污染。由于PCP給人類健康(對肝臟和腎臟具高毒性、以及有引發(fā)癌癥等風(fēng)險)和生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重的威脅，因此已于上世紀(jì)八十年代被禁止使用。目前，PCP仍被認(rèn)定為持久性有機(jī)污染物，中國、美國、及世界健康組織均將其列為優(yōu)先控制污染物。
[0003]氯代有機(jī)化合物分子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和難降解性是由其氯化程度決定的，一般來說氯化程度越高，分子結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，也就越難被降解。對于大多數(shù)氯代芳香族有機(jī)化合物來說，其標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位的對聯(lián)R-C1/R-H介于250 mV ~ 600 mV之間。因此，這些化合物不易通過好氧處理被降解，卻可以在厭氧條件下進(jìn)行還原轉(zhuǎn)化。因此，微生物厭氧還原脫氯是PCP降解的第一步也是最重要的一步。
[0004]發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，微生物培養(yǎng)體系里必須有土壤或者沉積物存在的條件下，才能進(jìn)行五氯苯酸的厭氧還原脫氯反應(yīng)(Zhang, C.; Suzuki, D.; Li, Z.; Ye, L.;Katayama, A.，Polyphasic characterizat1n of two microbial consortia withwide dechlorinat1n spectra for chlorophenols.Journal Of B1science AndB1engineering 2012， 114, (5)，512-517.Zhang, C.; Katayama, A., Humin asan Electron Mediator for Microbial Reductive Dehalogenat1n.EnvironmentalScience & Technology 2012，46, (12)，6575-6583.)D 通過查閱文獻(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)這種情況并非特例。目前已經(jīng)有很多研究報(bào)道某些脫鹵素菌群需要依賴于土壤或沉積物的存在，以保持它們的降解活性。這種現(xiàn)象在多氯聯(lián)苯、二惡英和四溴雙酚A等鹵代有機(jī)污染物的微生物降解中表現(xiàn)尤為典型。在厭氧條件下，大部分鹵代有機(jī)污染物的還原脫氯反應(yīng)都是在土壤或者沉積物中發(fā)生作用的。很久以來，土壤或沉積物在微生物還原脫鹵素過程中起的具體作用一直沒有突破性進(jìn)展。在最近的研究中，我們報(bào)道了土壤和沉積物中的胡敏素是促進(jìn)微生物還原脫鹵素反應(yīng)(五氯苯酚脫氯及四溴雙酚A脫溴)發(fā)生的必要因素(Zhang，C.; Li, Z.; Suzuki, D.; Ye, L.; Yoshida，N.; Katayama, A., Ahumin-dependent Dehalohacter species is involved in reductive debrominat1n oftetrabromobispheno 1 A.Chemosphere 2013)。在這個反應(yīng)過程中胡敏素起到了電子媒介體的作用。也就是說，有機(jī)污染物，如PCP的厭氧生物降解活性之所以只能在土壤或沉積物中進(jìn)行反應(yīng)，這是由于功能微生物需要依賴于土壤和沉積物中的胡敏素來進(jìn)行電子傳遞，從而達(dá)到脫氯的效果。
[0005]胡敏素是土壤或沉積物腐殖質(zhì)中既不溶于酸也不溶于堿的固體有機(jī)物。目前，學(xué)者們普遍研究的電子媒介體包括腐殖酸及其模式化合物都是水溶性的物質(zhì)，在污染物的實(shí)地生物修復(fù)中很容易流失。而胡敏素作為固體電子媒介體，在任何pH環(huán)境中都不溶解，且其化學(xué)結(jié)構(gòu)極其穩(wěn)定，能長期保持活性。同時，胡敏素還是天然存在、環(huán)境友好、無毒性的物質(zhì)，在實(shí)地污染修復(fù)中的具有很強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢。
[0006]但是，胡敏素的提取方法很繁瑣且耗時長，每次提取及純化需要一至兩個月時間。并且，胡敏素的電子媒介效果往往會受土壤或沉積物來源的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種能介導(dǎo)五氯苯酚厭氧還原脫氯的生物炭制劑，原料來源易得，產(chǎn)品環(huán)境友好，無毒性，能有效介導(dǎo)五氯苯酚厭氧還原脫氯，為五氯苯酚的降解提供了新的途徑。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種能介導(dǎo)五氯苯酚厭氧還原脫氯的生物炭制劑，由以下組分混合制成:無機(jī)鹽培養(yǎng)基1L，厭氧微生物0.5-lmg,甲酸鈉0.6-0.8g，維生素溶液l_2mL，梓條生物炭4_6g。
[0009]經(jīng)過長期研究，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了一種可以與胡敏素的電子媒介作用相媲美或者說效果更勝一籌的固體電子媒介體-檸條生物炭。本發(fā)明首次報(bào)道檸條生物炭作為固體電子媒介體在微生物降解氯代有機(jī)污染物(五氯苯酚)的過程中起著不可或缺的作用。鑒于檸條生物炭是天然制成、環(huán)境友好、且在自然環(huán)境中廣泛存在，這個固體胞外電子傳遞體系的發(fā)現(xiàn)，是有機(jī)污染物，特別是持久性有機(jī)污染物(部分有機(jī)污染物在環(huán)境中比較容易被降解，如在好氧菌的作用下即可被降解或只需很短的時間即可被降解。而像諸如PCP、多氯聯(lián)苯等有機(jī)物很難被降解，會在環(huán)境中持久存在，因此這些物質(zhì)的微生物降解利用需要特定的條件，需借助特定的載體如本專利中的檸條生物炭才能被完成)原位生物修復(fù)技術(shù)研究的重大關(guān)破。
[0010]本發(fā)明用檸條生物炭作為固體電子媒介體促進(jìn)五氯苯酚的生物厭氧還原脫氯。檸條，落葉大灌木飼用植物，根系極為發(fā)達(dá)，主根入土深，株高為40 - 70厘米，最高可達(dá)2米左右。耐旱、耐寒、耐高溫，是干旱草原、荒漠草原地帶的旱生灌叢。是中國西北、華北、東北西部水土保持和固沙造林的重要樹種之一，屬于優(yōu)良固沙和綠化荒山植物，良好的飼草飼料。
[0011]基于檸條生物炭作為固體電子媒介體促進(jìn)五氯苯酚的生物厭氧還原脫氯的作用，以檸條生物炭為基礎(chǔ)，本發(fā)明特定配制了能介導(dǎo)五氯苯酚厭氧還原脫氯的生物炭制劑，包括無機(jī)鹽培養(yǎng)基、厭氧微生物、甲酸鈉及維生素溶液，尤其是能促進(jìn)五氯苯酚的生物厭氧還原脫氯的特定厭氧微生物選擇。PCP的厭氧還原脫氯是個電子消耗過程，微生物通過呼吸作用以有機(jī)酸(如甲酸)為電子供體，PCP為電子受體將氯素從有機(jī)污染物中去除的過程，所以本發(fā)明配方中的甲酸鈉是作為電子供體加入的。
[0012]作為優(yōu)選，所述無機(jī)鹽培養(yǎng)基的組成為:NH4C1 1.0g/L, CaCl2.2H20 0.05g/L，MgCl2.6H20 0.lg/L, K2HP04 0.4g/L，SL-10 微量元素溶液 lmL/L，Se/ff 溶液 lmL/L，pH7.2 的MOPs緩沖液15mmol/L，水余量。
[0013]作為優(yōu)選，每升SL-10微量元素溶液的組成為:HC1 10.0mL, FeCl2.4H20 1.5g，ZnCl2 70.0mg，MnCl2.4Η20 100.0mg，H3B03 6.0mg，CoC12.6Η20 196.0mg，CuC12.2Η20 2.0mg,NiCl2.6H20 24.0mg, Na2Mo04.2H20 36.0mg，水余量。
[0014]作為優(yōu)選，每升Se/W 溶液的組成為:NaOH 0.5 g，NaSe03.5H20 3 mg, Na2W04.2H204 mg，水余量。
[0015]作為優(yōu)選，按質(zhì)量百分比計(jì)，所述厭氧微生物由以下菌種混合制成:硫磺單胞菌38-40%，擬桿菌31-32%，雙酶梭狀芽孢桿菌19_20%，脫鹵素桿菌4-6%，脫硫弧菌4_6%。本發(fā)明的特定厭氧微生物組成能有效促進(jìn)五氯苯酚的生物厭氧還原脫氯。
[0016]作為優(yōu)選，每升維生素溶液的組成為:生物素20 mg，葉酸20 mg,VB6 100 mg，VBi50 mg，VB2 50 mg，VB3 50 mg，D_ 泛酸|丐 50 mg, V B12 50 mg，對氨基苯甲酸 50 mg，硫辛酸50 mg, VB5 50 mg,亞鐵血紅素50 mg, 1, 2-萘醌50 mg,水余量。
[0017]作為優(yōu)選，所述檸條生物炭的制備方法為:將檸條切成5-10cm長的枝條，在炭化爐中，無氧條件下，溫度400-500°C，炭化4-6h，取出，機(jī)械破碎，研磨，即可獲得檸條生物炭。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:原料來源易得，產(chǎn)品環(huán)境友好，無毒性，能有效介導(dǎo)五氯苯酚厭氧還原脫氯，為五氯苯酚的降解提供了新的途徑。
【附圖說明】
[0019]圖1是檸條生物炭和厭氧微生物共同加入的降解結(jié)果圖。
[0020]圖2是檸條生物炭或厭氧微生物單獨(dú)加入的降解結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面通過具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說明。
[0022]本發(fā)明中，若非特指，所采用的原料和設(shè)備等均可從市場購得或是本領(lǐng)域常用的。下述實(shí)施例中的方法，如無特別說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
[0023]本發(fā)明的厭氧微生物均為市售菌種，硫磺單胞菌(Sulfurospirillumhalorespirans DSM 13726 )，擬桿菌graminisolvents DSM 19988)，雙酶梭狀芽抱桿菌(bifermentans ATCC 638 )，脫齒素桿菌(ZfeAaJoAacterres trie tus DSM 9455)，脫硫弧菌(ZfesyJ/bKiAr1 marrakechensis DSM 19337)。其中DSM 13726、DSM 19988、DSM 9455、及DSM19337是德國微生物菌種保藏中心(DSMZ)的菌株編號；ATCC 638是美國菌株保藏中心的編號。
[0024]本發(fā)明無機(jī)鹽培養(yǎng)基的成分，SL-10微量元素溶液的成分，Se/ff溶液的成分，維生素溶液的成分均是市售產(chǎn)品。
[0025]ρΗ7.2的M0PS緩沖液配制為:41.8 g MOPS溶解在1L蒸餾水中，加0.5-1M的NaOH