壳聚糖增强酶诱导碳酸盐沉淀固化剂及其应用方法技术

本发明专利技术公开了一种壳聚糖增强酶诱导碳酸盐沉淀固化剂及其应用方法，该壳聚糖增强酶诱导碳酸盐沉淀固化剂，包括脲酶溶液、壳聚糖胶体溶液和尿素溶液；所述壳聚糖胶体溶液的体积为脲酶溶液体积的4倍～9倍，所述尿素溶液的体积为脲酶溶液体积的1.5倍～10倍；所述脲酶溶液的浓度为20g/L～100g/L；所述尿素溶液的浓度为0.5mol/L～4mol/L。该固化剂通过包含脲酶溶液、壳聚糖胶体溶液和尿素溶液的固化剂体系对重金属污染进行固化，以实现污染修复，通过壳聚糖保护下的脲酶体系所具有的高活性催化碳酸盐沉淀包裹重金属离子，可有效避免污染物运移扩散，修复效率最高可达99％。修复效率最高可达99％。修复效率最高可达99％。

【技术实现步骤摘要】
壳聚糖增强酶诱导碳酸盐沉淀固化剂及其应用方法


[0001]本专利技术属于岩土工程
，具体涉及壳聚糖增强酶诱导碳酸盐沉淀固化剂及其应用方法。

技术介绍

[0002]随着社会工业化进程的快速发展，世界范围内的环境问题日益突出，各种各样的重金属污染物通过地下水、土壤孔隙水等途径四处迁移，造成不同程度的水、土壤污染，这些污染通过不同途径将对人体造成一定的伤害。在过去几十年中，各种处理重金属污染土壤的原位和非原位修复技术应运而生，通过固化、稳定、电动萃取、土壤冲洗和植物修复等方式实现污染脱除，其中的酶诱导碳酸盐沉淀技术无二次污染风险，且较为绿色环保，得到了广泛应用。
[0003]酶诱导碳酸盐沉淀技术的原理为利用脲酶催化尿素水解产生NH
4+
和 CO
32
‑
，CO
32
‑
可以和重金属离子结合产生碳酸盐沉淀，从而固化重金属离子最终达到修复重金属污染的目的，通过测量NH
4+
浓度可以得知脲酶的活性反映尿素水解的程度。酶诱导碳酸盐沉淀技术需要酶具有高的催化活性，目前常用精制脲酶，但精制脲酶存在成本高昂、脲酶的尺寸级别是纳米级的问题，纳米级别的脲酶通常以游离态存在于溶液中，无法为碳酸盐沉淀提供成核位点，另外，脲酶活性会受重金属离子毒性作用的影响，导致其失去活性而降低修复效率。提供一种强化重金属污染修复效率的酶诱导碳酸盐沉淀技术方法，十分必要。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供壳聚糖增强酶诱导碳酸盐沉淀固化剂及其应用方法。本专利技术的固化剂通过包含脲酶溶液、壳聚糖胶体溶液和尿素溶液的固化剂体系对重金属污染进行固化，以实现污染修复，通过壳聚糖保护下的脲酶体系所具有的高活性催化碳酸盐沉淀包裹重金属离子，可有效避免污染物运移扩散，修复效率最高可达99％。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种壳聚糖增强酶诱导碳酸盐沉淀固化剂，其特征在于，包括脲酶溶液、壳聚糖胶体溶液和尿素溶液，所述壳聚糖胶体溶液的体积为脲酶溶液体积的4倍～9倍，所述尿素溶液的体积为脲酶溶液体积的1.5倍～10倍；所述脲酶溶液的浓度为 20g/L～100g/L；所述尿素溶液的浓度为0.5mol/L～4mol/L。
[0006]上述的壳聚糖增强酶诱导碳酸盐沉淀固化剂，其特征在于，所述脲酶溶液中脲酶的活性为342.7U/g。
[0007]上述的壳聚糖增强酶诱导碳酸盐沉淀固化剂，其特征在于，所述壳聚糖胶体溶液的制备方法包括以下步骤：
[0008]步骤一、磁力搅拌条件下，将壳聚糖加入乙酸溶液中，持续搅拌至无颗粒，得到胶液；
[0009]步骤二、磁力搅拌条件下，将氢氧化钠溶液加入步骤一所述胶液中，至pH为5.5～
6.8，持续搅拌至体系澄清透明，得到壳聚糖胶体溶液。
[0010]上述的壳聚糖增强酶诱导碳酸盐沉淀固化剂，其特征在于，步骤一所述壳聚糖的脱乙酰度为75％～95％，所述乙酸溶液的体积为壳聚糖质量的 50倍～400倍，所述乙酸溶液的体积单位为mL，所述壳聚糖质量的单位为 g，所述乙酸溶液的质量百分浓度为1％～10％；步骤二所述氢氧化钠溶液的加入速率为0.5mL/min～2mL/min，所述氢氧化钠溶液的浓度为 1mol/L～4mol/L。
[0011]上述的壳聚糖增强酶诱导碳酸盐沉淀固化剂，其特征在于，所述脲酶溶液的制备方法包括以下步骤：
[0012]步骤一、将豆置于破壁机中粉碎，过筛，得到豆粉体；
[0013]步骤二、将步骤一所述豆粉体加入乙醇溶液中，搅拌10min～60min，得到混合体系A；
[0014]步骤三、将步骤二所述混合体系A离心，得到上清液，将所述上清液静置，得到混合体系B；
[0015]步骤四、将步骤三所述混合体系B离心除杂，去除上清液，冷冻，得到粗制脲酶；
[0016]步骤五、将步骤四所述粗制脲酶溶于水中，得到脲酶溶液。
[0017]上述的壳聚糖增强酶诱导碳酸盐沉淀固化剂，其特征在于，步骤一所述粉碎的转速为15000r/min～30000r/min，所述豆粉体的粒径为 0.15mm～4mm，所述豆为刀豆或大豆。
[0018]上述的壳聚糖增强酶诱导碳酸盐沉淀固化剂，其特征在于，步骤二所述乙醇溶液质量为豆粉体质量的5倍～10倍，所述乙醇溶液的质量百分浓度为10％～90％；步骤三所述离心具体包括：将所述混合体系A均分后置于6个离心管中，以1000r/min～10000r/min速率离心10min～60min；所述静置为在
‑
20℃～20℃条件下静置0.5h～5h；步骤四所述离心除杂为在离心机中，以500r/min～8000r/min速率处理10min～60min。
[0019]此外，本专利技术还提供一种应用上述的壳聚糖增强酶诱导碳酸盐沉淀固化剂进行重金属污染修复的方法，包括：
[0020]步骤一、将含重金属的可溶性盐溶液和钙源溶液混匀，加入蒸馏水定容至5mL，得到体系A；
[0021]步骤二、将脲酶溶液和壳聚糖胶体溶液混合均匀，得到体系B；
[0022]步骤三、将步骤二所述体系B和尿素溶液混合均匀，得到体系C；
[0023]步骤四、将步骤三所述体系C加入步骤一所述体系A中，静置反应 12h～72h，完成重金属污染修复。
[0024]上述的方法，其特征在于，步骤一所述钙源溶液的体积为含重金属的可溶性盐溶液体积的20倍～40倍，所述含重金属的可溶性盐溶液的浓度为 250mmol/L～2000mmol/L，所述钙源溶液的浓度为0.25mol/L～2mol/L，所述含重金属的可溶性盐溶液包括硝酸铜溶液或硝酸铅溶液，所述钙源为氯化钙或醋酸钙。
[0025]上述的方法，其特征在于，步骤二所述脲酶溶液的体积为含重金属的可溶性盐溶液体积的10倍～20倍。
[0026]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0027]1、本专利技术的固化剂通过包含脲酶溶液、壳聚糖胶体溶液和尿素溶液的固化剂体系对重金属污染进行固化，以实现污染修复，通过壳聚糖保护下的脲酶体系所具有的高活性
催化碳酸盐沉淀包裹重金属离子，可有效避免污染物运移扩散，修复效率可达到65％～99％。
[0028]2、作为优选，本专利技术的壳聚糖胶体溶液为以脱乙酰度为75％～95％的壳聚糖和乙酸溶液在pH为5.5～6.8获得的壳聚糖胶体溶液，可有效形成保护脲酶的分子结构。
[0029]2、本专利技术提供一种利用上述固化剂进行重金属污染修复的方法，包括先将脲酶溶液和壳聚糖胶体溶液混合均匀，然后与尿素溶液混合均匀后与含有重金属离子的溶液混合，无需氧源，具有修复效率高、修复时间短、修复次数少和节能环保的优势。
[0030]3、本专利技术可有效利用植物源低活性脲酶，可在保证修复效率的基础上减少脲酶成本，避免微生物脲酶培养或高活性脲酶的高人工和物力投入。
[0031]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种壳聚糖增强酶诱导碳酸盐沉淀固化剂，其特征在于，包括脲酶溶液、壳聚糖胶体溶液和尿素溶液，所述壳聚糖胶体溶液的体积为脲酶溶液体积的4倍～9倍，所述尿素溶液的体积为脲酶溶液体积的1.5倍～10倍；所述脲酶溶液的浓度为20g/L～100g/L；所述尿素溶液的浓度为0.5mol/L～4mol/L。2.根据权利要求1所述的壳聚糖增强酶诱导碳酸盐沉淀固化剂，其特征在于，所述脲酶溶液中脲酶的活性为342.7U/g。3.根据权利要求1所述的壳聚糖增强酶诱导碳酸盐沉淀固化剂，其特征在于，所述壳聚糖胶体溶液的制备方法包括以下步骤：步骤一、磁力搅拌条件下，将壳聚糖加入乙酸溶液中，持续搅拌至无颗粒，得到胶液；步骤二、磁力搅拌条件下，将氢氧化钠溶液加入步骤一所述胶液中，至pH为5.5～6.8，持续搅拌至体系澄清透明，得到壳聚糖胶体溶液。4.根据权利要求3所述的壳聚糖增强酶诱导碳酸盐沉淀固化剂，其特征在于，步骤一所述壳聚糖的脱乙酰度为75％～95％，所述乙酸溶液的体积为壳聚糖质量的50倍～400倍，所述乙酸溶液的体积单位为mL，所述壳聚糖质量的单位为g，所述乙酸溶液的质量百分浓度为1％～10％；步骤二所述氢氧化钠溶液的加入速率为0.5mL/min～2mL/min，所述氢氧化钠溶液的浓度为1mol/L～4mol/L。5.根据权利要求1所述的壳聚糖增强酶诱导碳酸盐沉淀固化剂，其特征在于，所述脲酶溶液的制备方法包括以下步骤：步骤一、将豆置于破壁机中粉碎，过筛，得到豆粉体；步骤二、将步骤一所述豆粉体加入乙醇溶液中，搅拌10min～60min，得到混合体系A；步骤三、将步骤二所述混合体系A离心，得到上清液，将所述上清液静置，得到混合体系B；步骤四、将步骤三所述混合体系B离心除杂，去除上清液，冷冻，得到粗制脲酶；步骤五、将步骤四所述粗制脲酶溶于水中，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐银龙，王琳，郑文杰，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：