[发明专利]组合物及其在转化污染物中的用途

说明书

本申请是申请日为2011年11月15日，申请号为201180063656.2，发明名称为“组合物及其在转化污染物中的用途”的申请的分案申请。

技术领域

本披露的不同非限制性实施例是针对可以用于将污染物转化成其无害衍生物的组合物。非限制性实施例包括但不限于：通过非生物催化作用促进某些化学品的降解的组合物。

背景

对氯化乙烯、乙烷、以及其他可厌氧降解的污染物的厌氧降解途径的研究已经开始评估对总体污染物降解的生物和非生物贡献。由于修复工业是从两种主要方法(生物学方法和化学氧化方法)发展起来的，结合机制的想法还未得到调研。

污染物的原位生物修复(ISB)在商业上实践并且对通过被还原或被氧化而降解的污染物有效。生物学方法主要以施加碳基质来增强还原脱氯为中心。污染物的生物修复要求四种组分：微生物、电子供体、电子受体、以及营养素。

在氧化生物修复的情况下，污染物是电子供体并且氧是电子受体。粗油将是受益于氧化生物修复的污染物的最佳实例。

对于还原生物修复，这些污染物是电子受体并且有机化合物是电子供体。还原生物修复适用于卤代化合物、硝胺、高氯酸盐、金属以及可以通过被还原而降解、沉淀或固定的其他化合物。实例包括(参见：环境降解速率手册(Handbook of Environmental Degradation Rates)，菲利普·H·霍华德(Philip H.Howard)等人，1991年由CRC出版有限责任公司出版)，但不限于：卤代乙烯、卤代乙烷、卤代甲烷、直链卤代烃、卤代芳香族化合物、卤代有机化合物、多环卤代化合物，如多氯联苯(PCB)；硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐；爆炸物、军需品、硝基芳香族化合物；高氯酸盐、氯酸盐；二噁英、多氯二苯并-对-二噁英(PCDD)、多氯二苯并呋喃(PCDF)；甲基叔丁基醚(MTBE)；杀虫剂、除草剂、杀昆虫剂、落叶剂以及其他农业化学品；N-亚硝基二甲胺(NDMA)；有机染料(橙色III、碱性橙、金莲橙O等)；放射性核苷酸；金属，包括但不限于铜、钼、铀、铬、硒、钒、砷、银、锑、镉、铅、汞、铊、锡、钴、铁、锰、镍、锌、铝、金、钡、镭、以及镁。

许多不同的有机碳已经在商业上用于刺激还原生物修复过程，这些有机碳包括：挥发性脂肪酸类及衍生物，包括乳酸钠、乳酸钾、乳酸乙酯/二丙酸乙酯、柠檬酸；糖类，包括糖蜜、蔗糖、葡萄糖、果糖；油类，包括植物油、乳化植物油、油混合物、汽油/柴油；聚合聚乳酸酯；以及固形物，包括几丁质、乳清、木覆盖物。

一个进展是使用乳化植物油作为常见的缓释基质。

利用金属和金属矿物质进行的污染物的化学还原也已经在商业上使用了许多年。零价铁(ZVI)是这种类型的最广泛使用的原位化学还原剂(ISCR)。这种技术的早期表现为利用铁屑来填充沟以便形成可渗透反应障壁(PRB)。最近的实例包括与固体糖类混合的ZVI粉末和与植物油乳剂混合的纳米级和微米级ZVI。还存在对注射可溶性铁化合物和化学或生物还原剂以及原位形成金属矿物质的研究。所有这些技术使用铁或铁矿物质来用非生物方法还原污染物。ISCR的引入带来的主要挑战是普遍不能将材料输送远离注射点以便确保足够的覆盖。

当污染物接触ISCR的表面时它们被还原。这还原了污染物并且氧化了ISCR。电子的转移发生在ISCR的表面处。在氯化乙烯的情况下，电子的转移促进两个氯从污染物的β消除。在三氯乙烯(TCE)的情况下，它通过这个过程被转变成氯乙炔。因为ISCR表面已经被部分氧化，它的反应性已经被降低。ISCR与ISB结合的一个优点是发酵碳基质将提供电子至ISCR颗粒的表面，这将再次还原该表面并且最大化反应性。

因为污染物反应发生在ISCR颗粒的表面上，所以它们的反应性与它们的表面面积是成比例的。制作更小颗粒的能力将产生更高的降解速率。这些材料被典型注射至饱和土壤中并且它们的分布受孔喉大小的限制。更小颗粒将平均比更大颗粒输送得更远，这些更大颗粒优先被土壤过滤掉。

ISCR颗粒可以由以下各项制成：氧化亚铁、氧化铁、磁铁矿、赤铁矿、磁赤铁矿、氢氧化亚铁、氢氧化铁、针铁矿、四方纤铁矿、纤铁矿、六方纤铁矿、水铁矿、施氏矿物(schwertmannite)、绿锈(green rust)、绿锈石(fougerite)、硫化铁、陨硫铁、硫复铁矿、磁黄铁矿、四方硫铁矿、白铁矿、黄铁矿、菱铁矿、蓝铁矿、铁、零价铁、零价锌、零价铝、葡萄糖酸铁、半胱氨酸、硝酸银、硫酸铁、氯化铁、以及乳酸铁。