应用于修复地下水硝酸盐氮污染的释碳材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于修复地下水硝酸盐氮污染的释碳材料及其制备方法，涉及地下水修复技术领域。本发明专利技术包括水，碳源材料，包裹碳源材料的骨架材料以及控制碳源材料释碳的酶类；其中各物质的重量份数为：碳源材料3份，骨架材料1-5份，酶:0-0.1份，水100份。本发明专利技术提供了一种新颖、高效、经济可行的可控释碳材料及制备方法、用于渗透反应墙原位地下水修复过程时，不仅可以作为碳源材料、还可以作为微生物的载体，同时其释碳稳定性好、抗压强度大、生物相容性好、原材料价格低廉等技术优势，适用于受各种污染物污染的地下水，配合微生物使用达到持续稳定去除地下水硝酸盐氮的目的，同时也为农村秸秆问题的解决提供了一条可持续发展绿色环保的途径。

【技术实现步骤摘要】
应用于修复地下水硝酸盐氮污染的释碳材料及其制备方法
本专利技术涉及地下水修复
，具体涉及一种应用于修复地下水硝酸盐氮污染的释碳材料及其制备方法
技术介绍
由于现代工业化技术的迅速发展，地下水中硝酸盐的污染成为当今社会上备受关注的环境问题，硝酸盐被人体摄入后可以引起一些癌症的发生，严重影响到人类的健康生活。目前去除硝酸盐氮污染的方法主要有以下三个技术：物理修复技术：通过渗透、吸附和交换等方式将水体中的硝酸盐截留，不改变氮素在水体中的存在形态，主要包括蒸馏法、膜分离法和离子交换法等。缺点：并不能将硝酸盐转化为无害物质，因而要求对浓缩的硝酸盐进行后处理，且效率低、选择性差、投资高、操作费用高。化学修复技术：主要是利用还原剂将硝酸盐氮还原，根据还原剂的不同可以分为活泼金属还原法、催化还原法。缺点：存在的问题是在将硝酸根还原为氮气分子的同时，一部分硝酸根被还原为铵离子，产物难以控制，且受环境因素影响较大，运行费用高。生物修复技术：是利用微生物的反硝化作用将水体中的硝酸盐氮转化为N2的方法，采用此种方法，在处理过程中不会改变水体中其他离子的浓度。生物脱氮法生成的产物N2稳定、没有毒害、处理成本比较低、处理效果好；但是，异养反硝化过程需要充足的有机碳源作为电子供体才能发生，有机碳源不足是一直困扰生化脱氮处理。针对此问题，现代研究者着手从以下两方面解决：一是在有机碳源少的情况下，采用不需要有机碳源的自养反硝化，利用电极生物膜反应器阴极产氢作为电子供体，水中硝酸盐作为电子受体进行自养反硝化脱氮，此种方法对硝酸盐氮的去除能力非常有限；二是添加天然碳源，如锯末、报纸、秸秆等，但此类碳源易堵塞、释碳速率不可控且易造成出水有机物超标，造成二次污染。这些碳源的不能持续稳定的供给碳源严重影响了地下水修生物修复的效果。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种应用于修复地下水硝酸盐氮污染，具备释碳性及一定的抗压性能，成本低廉，新颖、高效、经济可行，绿色环保的释碳材料。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种应用于修复地下水硝酸盐氮污染的释碳材料，其特征在于：包括水，碳源材料，包裹碳源材料的骨架材料以及控制碳源材料释碳的酶类；其中各物质的重量份数为：碳源材料3份，骨架材料1-5份，酶:0-0.1份，水100份。进一步的技术方案在于，所述的碳源材料为玉米淀粉、小麦淀粉、报纸、小麦秸秆、玉米秸秆、稻草、枯枝烂叶、锯末、棉花、丝瓜络、甘蔗渣、可降解餐盒、木屑中的一种或多种。进一步的技术方案在于，所述的骨架材料为不溶性骨架材料、蜡质骨架材料、亲水凝胶骨架材料中的一种或多种。进一步的技术方案在于，所述的不溶性骨架材料为乙基纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚硅氧烷和聚氧乙烯中的一种；进一步的技术方案在于，所述的蜡质骨架材料有：蜂蜡、氢化植物油、合成蜡、硬脂酸丁酯、硬脂酸、巴西棕榈蜡、甘油硬脂酸酯、丙二醇－硬脂酸酯和十八烷醇中的一种；进一步的技术方案在于，所述的亲水凝胶骨架材料选用①纤维素衍生物，②非纤维素多糖，③天然胶，④乙烯基聚合物或丙烯酸聚合物四类中的一类；进一步的技术方案在于，所述的纤维素衍生物为甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟甲基纤维素钠中的一种或多种；所述的非纤维素多糖为葡萄糖、壳多糖、脱乙酰壳多糖、半乳糖甘露聚糖一种或多种；所述的天然胶为果胶、海藻酸钠、海藻酸钾、琼脂、角叉等胶、刺槐豆胶、爪耳树胶、西黄蓍胶一种或多种；所述的乙烯基聚合物或丙烯酸聚合物为聚乙烯醇和聚羟乙烯934一种或多种。进一步的技术方案在于，所述的酶类选为α-淀粉酶、β-淀粉酶、γ-淀粉酶、纤维素酶、木聚糖酶中的一种。进一步的技术方案在于，应用于修复地下水硝酸盐氮污染的释碳材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：A、将上述重量份数的碳源材料用粉碎机粉碎成细末，干燥至恒重，密封保存。B、将上述重量份数的骨架材料在温度80℃以上，并持续搅拌至溶解。C、将步骤A的产物与上述重量份数的酶类、水加入到设有搅拌装置和控温装置的反应器中在温度50℃下以转速800-1500r/min搅拌2h。D、将步骤C的产物加入到步骤B的产物中，在温度80℃下，以转速1500-2000r/min搅拌1h。E、将步骤D的产物注入到根据工艺要求设计的模具中冷却至室温，随后放入冰箱内冷冻成型。F、将步骤E的产物切割成段，烘至恒重制成成品。进一步的技术方案还在于，所述的模具为去掉针头的5ml注射器。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术提供了一种新颖、高效、经济可行的可控释碳材料及制备方法、该材料用于渗透反应墙(PRB)原位地下水修复过程时，不仅可以作为碳源材料、还可以作为微生物的载体，同时其释碳稳定性好、抗压强度大、生物相容性好、原材料价格低廉等技术优势，适用于受各种污染物污染的地下水，配合微生物使用达到持续稳定去除地下水硝酸盐氮的目的，同时也为农村秸秆问题的解决提供了一条可持续发展绿色环保的途径。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术中是组号1材料所制产品的SEM图；图2是本专利技术中是组号2材料所制产品的SEM图；图3是本专利技术中是组号3材料所制产品的SEM图；图4是本专利技术中是组号4材料所制产品的SEM图；图5是本专利技术中是组号5材料所制产品的SEM图；图6是本专利技术中是组号4材料所制产品释碳后的SEM图组；图7是本专利技术中是组号1材料所制产品在反应器内CODGr与时间的变化曲线图；图8是本专利技术中是组号2材料所制产品在反应器内CODGr与时间的变化曲线图；图9是本专利技术中是组号3材料所制产品在反应器内CODGr与时间的变化曲线图；图10是本专利技术中是组号4材料所制产品在反应器内CODGr与时间的变化曲线图；图11是本专利技术中是组号5材料所制产品在反应器内CODGr与时间的变化曲线图；图12是本专利技术中是根据本市地下水硝酸盐氮含量的情况制备出的缓释碳材料填入反硝化反应器中的效果曲线图。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。本专利技术的制备工艺包括如下步骤：A、将3份重量份数碳源材料用粉碎机粉碎成细末，干燥至恒重，密封保存。其中，碳源材料为玉米淀粉、小麦淀粉、报纸、小麦秸秆、玉米秸秆、稻草、枯枝烂叶、锯末、棉花、丝瓜络、甘蔗渣、可降解餐盒、木屑中的一种或多种。B、将1-5份重量份数的骨架材料在温度80℃以上，并持续搅拌至溶解。其中，骨架材料为不溶性骨架材料、蜡质骨架材料、亲水凝胶骨架材料中的一种或多种。优选的，常用的不溶性骨架材料有：乙基纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚硅氧烷和聚氧乙烯等；常用的蜡质骨架材料有：蜂蜡、氢化植物油、合成蜡、硬脂酸丁酯、硬脂酸、巴西棕榈蜡、甘油硬脂酸酯、丙二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于修复地下水硝酸盐氮污染的释碳材料，其特征在于：包括水，碳源材料，包裹碳源材料的骨架材料以及控制碳源材料释碳的酶类；其中各物质的重量份数为：碳源材料3份，骨架材料1‑5份，酶:0‑0.1份，水100份。

【技术特征摘要】
1.一种应用于修复地下水硝酸盐氮污染的释碳材料，其特征在于：包括水，碳源材料，包裹碳源材料的骨架材料以及控制碳源材料释碳的酶类；其中各物质的重量份数为：碳源材料3份，骨架材料1-5份，酶:0-0.1份，水100份。2.根据权利要求1所述的应用于修复地下水硝酸盐氮污染的释碳材料，其特征在于：所述的碳源材料为玉米淀粉、小麦淀粉、报纸、小麦秸秆、玉米秸秆、稻草、枯枝烂叶、锯末、棉花、丝瓜络、甘蔗渣、可降解餐盒、木屑中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的应用于修复地下水硝酸盐氮污染的释碳材料，其特征在于：所述的骨架材料为不溶性骨架材料、蜡质骨架材料、亲水凝胶骨架材料中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的应用于修复地下水硝酸盐氮污染的释碳材料，其特征在于：所述的不溶性骨架材料为乙基纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚硅氧烷和聚氧乙烯中的一种。5.根据权利要求3所述的应用于修复地下水硝酸盐氮污染的释碳材料，其特征在于：所述的蜡质骨架材料有：蜂蜡、氢化植物油、合成蜡、硬脂酸丁酯、硬脂酸、巴西棕榈蜡、甘油硬脂酸酯、丙二醇－硬脂酸酯和十八烷醇中的一种。6.根据权利要求5所述的应用于修复地下水硝酸盐氮污染的释碳材料，其特征在于：所述的亲水凝胶骨架材料选用①纤维素衍生物，②非纤维素多糖，③天然胶，④乙烯基聚合物或丙烯酸聚合物四类中的一类。7.根据权利要求6所述的应用于修复地下水硝酸盐氮污染的释碳材料，其特征在于：所述的纤维素衍生物为甲基纤维素、羟乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：蓝梅，张思思，孟文芳，赵军，刘晓露，豆雯雯，董萌，
申请(专利权)人：河北工程大学，
类型：发明
国别省市：河北,13