CN104628122B - 一种原位监测地下水微生物群落结构的多孔开孔材料的制备方法 - Google Patents

一种原位监测地下水微生物群落结构的多孔开孔材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种原位监控地下水微生物群落结构的多孔开孔材料的制备方法，以支撑材料和活性材料为主要原料，首先将支撑材料溶解于特定溶剂中，然后加入活性材料，并混合均匀，得混合浆液；将成型溶剂和水进行混合，配制成型溶剂体系；利用滴管将混合浆液逐滴滴入成型溶剂体系中成型；然后依次进行pH值调节、清洗、热处理、高压蒸汽灭菌和干燥处理，得所述多孔开孔材料。本发明涉及的制备方法简单，成本低，环境友好；制得的多孔材料为活性材料均匀分散在多孔的支撑材料基体中，孔隙率可达60～70％，有利于微生物在支撑材料基体孔隙中的富集生长，可应用于监控地下水微生物群落结构，且使用方便，操作简单，运行费用低，监控结果可靠。

Description

一种原位监测地下水微生物群落结构的多孔开孔材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种多孔开孔介质材料，具体涉及一种可原位监测地下水微生物群落变化情况的多孔开孔材料的制备方法。
背景技术
据近十几年地下水水质变化情况的不完全统计分析，初步判断我国地下水污染的趋势为：由点状、条带状向面上扩散，由浅层向深层渗透，由城市向周边蔓延。且存在地下水环境监测体系和预警应急体系不健全、地下水污染健康风险评估等技术体系不完善等问题，难以形成地下水污染防治合力，因此地下水污染监测成为迫切需要解决的问题。
地下水监测主要采用地下水监测井的方法，定期取样后，送到实验室进行检测，对于检测项目中的理化指标，通过快速检测方法可得出准确的结论。但对于微生物指标，通常需要在实验室预处理(如富集培养等)，达到检测所需要的生物量，才能进行检测。但富集培养等预处理方法，具有一定的选择性，检测结果往往不能反映地下水中微生物菌群的真实信息。
地下水环境中的微生物菌群信息反映了地下水中的真实环境，可以给我们提供诸多的信息，如通过分析地下水中微生物菌群的结构及多态性，可以提供地下水中微量或大量的无机污染物、有机污染物的污染情况，也为地下水的原位生物修复、化学或物理修复提供直接的参考，因此进一步探索能快速、准确反映地下水环境状况的原位微生物监测的材料及其制备方法，具有重大的实际应用意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速、准确反映地下水环境状况的微生物监测材料的制备方法，该制备工艺简单、成本低，且环境友好。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种原位监测地下水微生物群落结构的多孔开孔材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)混合浆液的制备：混合浆液由支撑材料、活性材料和溶剂配制而成，各组分所占质量百分比为，支撑材料5～10％，活性材料15～25％，溶剂70～80％；配置过程中，按配比称取支撑材料，加入溶剂中，置于恒温摇床(温度控制在20～40℃，转速控制在100～200rpm)中，搅拌过夜至支撑材料完全溶解在溶剂中；然后加入活性材料，置于恒温摇床(温度控制在20～40℃，转速控制在100～200rpm)中，搅拌至浆液混合均匀，得混合浆液；
2)成型溶剂体系的配制：成型溶剂体系由成型溶剂和水配制而成，各组分所占质量百分比为，成型溶剂1～7％，水93～99％，按所述质量百分比将成型溶剂加入水中，完全溶解或混合后，搅拌得成型溶剂体系；
3)成型：利用滴管将步骤1)配制的混合浆液逐滴滴入步骤2)配制的成型溶剂体系中，得成型材料；
4)将制得的成型材料依次进行pH值调节、清洗、热处理、高压蒸汽灭菌和干燥处理，得所述多孔开孔材料。
根据上述方案，所述支撑材料为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、特氟龙、尼龙或Nomex。
根据上述方案，所述活性材料为二氧化硅、氧化锌、氧化钙、氧化铝、活性炭或氧化铁。
根据上述方案，所述溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、甲酸、苯酚，间苯二酚或环己酮。
根据上述方案，成型溶剂为氯化钙、氯化钠、氢氧化钠、吐温-80中的一种或几种。
根据上述方案，所述步骤3)中以(1～2滴)/4秒的速度，以3～70mm的高度，逐滴滴加混合浆液；所述成型溶剂体系的深度≥30cm。
优选的，所述滴管长度为10～15cm，下端直径开口(滴嘴直径)为2～3mm。
优选的，所述成型溶剂体系置于长度为30～50cm，直径为5～8cm的圆柱形玻璃容器中，使成型溶剂体系的深度≥30cm。
根据上述方案，所述pH值调节、清洗过程为：调节pH值至中性，过滤，所得成型材料用纯净水冲洗3～5次，每次10min。
根据上述方案，所述热处理步骤为：将清洗后的成型材料以5～8wt％的比例放入纯净水中，加热至80～120℃，保温20～60min。
根据上述方案，所述高压蒸汽灭菌步骤为：将热处理后所得过滤物放入三角瓶中，在121～125℃的温度下高压蒸汽灭菌10～30min。
根据上述方案，所述干燥处理步骤为在温度为40～80℃的烘箱中干燥4～8h。
根据上述方案，制得的多孔材料为活性材料均匀分散在多孔的支撑材料基体中，形状可为球形、卵圆形、凸透镜形或棒形等。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明涉及的制备方法简单，成本低，环境友好；制得的多孔材料为活性材料均匀分散在多孔的支撑材料基体中，孔隙率可达60～70％，有利于微生物在支撑材料基体孔隙中的富集生长，可应用于监测地下水微生物群落结构，且使用方便，操作简单，运行费用低，监测结果可靠，检测效率高。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例1制备的原位监测地下水微生物群落结构的多孔开孔材料的表面形貌图。
图2为本发明实施例1制备的原位监测地下水微生物群落结构的多孔开孔材料的内部结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种原位监测地下水微生物群落结构的多孔开孔材料，其制备方法包括以下步骤：
1)取尼龙1.5克，加入95wt％甲酸(密度为1.22g/ml)16ml，置于温度为25℃、转速为100rpm的恒温摇床中，过夜至尼龙完全溶解在甲酸溶液中；然后加入粉状活性炭6克，置于温度为25℃、转速为100rpm的恒温摇床中4h，至混合均匀，得混合浆料；
2)将20克氯化钙、0.05克吐温-80加入980ml纯净水中配制成型溶剂体系(容器用1000ml的量筒)；
3)用长度为15cm、下端(滴嘴)直径开口为2mm的滴管吸取混合浆液，以1滴/3秒的速度并距成型溶剂体系溶液表面6mm的高度，逐滴滴入成型溶剂体系中，得成型材料；
4)用2wt％的氢氧化钠溶液调节量筒中溶液pH至中性，用纱布过滤；将过滤物约10克放入900ml的纯净水中(使用1000ml烧杯)，加热至95℃，保温50min，再用纱布过滤；将所得第二次过滤物放入200ml纯净水的500ml的三角瓶中，进行高压蒸汽灭菌(121℃、20min)；灭菌完成后，在超净工作台中，采用无菌纱布过滤，将所得第三次过滤物放入250ml的三角瓶中，用棉塞封口，放入40℃的烘箱中干燥8小时，即可所述多孔开孔材料。
将本实施例制得的多孔开孔材料应用于监测地下水微生物群落结构，使用时，将多孔开孔材料放入尼龙网桶中，再放入地下水检测井中，地下水中的污染物会在材料上聚集，地下水中的微生物也在材料的孔径中富集、生长，40天后取出，即可直接进行微生物群落结构的检测，其微生物群落结构的丰度及多态性远远高于地下水中浮游微生物群落结构，可真实反映地下水环境的状况。
将上述进行了地下水微生物群落结构检测的多孔材料进行扫描电镜测试，其表面结构图见图1，内部结构图见图2，结果表明：所得产物具有多孔开孔的结构，孔隙率达65％，粉状活性炭均匀分布在尼龙基体中，且大量微生物已进入所述多孔材料的内部孔隙中。
实施例2
一种原位监测地下水微生物群落结构的多孔开孔材料，其制备方法包括以下步骤：
1)取Nomex2.5克，加入N,N-二甲基乙酰胺(密度为0.93g/ml)22毫升，置于温度为20℃、转速为100rpm的恒温摇床中，过夜至Nomex完全溶解在N,N-二甲基乙酰胺溶液中；加入氧化锌1克，粉状活性炭5克，置于温度为20℃、转速为100rpm的恒温摇床中4h，至混合均匀，得混合浆料；
2)将10克氯化钙、20克氯化钠和0.01克吐温-80加入970ml纯净水中配制成型溶剂体系(容器用1000ml的量筒)；
3)用长度为15cm、下端(滴嘴)直径开口为2mm的滴管吸取混合浆液，以1滴/2秒的速度并距成型溶剂体系溶液表面3mm的高度，逐滴滴入成型溶剂体系中，得成型材料；
4)用2wt％的氢氧化钠溶液调节量筒中溶液pH至中性，用纱布过滤；将过滤物约10克放入900ml的纯净水中(使用1000ml烧杯)，加热至120℃，保温20min，再用纱布过滤；将所得第二次过滤物放入200ml纯净水的500ml的三角瓶中，进行高压蒸汽灭菌(121℃、20min)；灭菌完成后，在超净工作台中，采用无菌纱布过滤，将所得第三次过滤物放入250ml的三角瓶中，用棉塞封口，放入40℃的烘箱中干燥8小时，即得所述多孔开孔材料。
本实施例制得的产物具有多孔开孔的结构，粉状活性炭、氧化锌均匀分布在Nomex基体中，孔隙率可达70％。使用时，将材料放入尼龙网桶中，再放入地下水检测井中，地下水中的污染物会在材料上聚集，地下水中的微生物也在材料的孔径中富集、生长，30天后取出，即可直接进行微生物群落结构的检测，其微生物群落结构的丰度及多态性远远高于地下水中浮游微生物群落结构，可真实反映地下水环境的状况。
实施例3
一种原位监测地下水微生物群落结构的多孔开孔材料，其制备方法包括以下步骤：
1)取聚氯乙烯1.8克，加入环己酮(密度为0.95g/ml)25毫升，置于温度为25℃、转速为100rpm的恒温摇床中，过夜至聚氯乙烯完全溶解在环己酮溶液中；然后加入氧化铝1克，粉状活性炭4克，置于温度为25℃、转速为100rpm的恒温摇床中4h，至混合均匀，得混合浆料；
2)将70克氯化钙加入930ml纯净水中配制成型溶剂体系(容器用1000ml的量筒)；
3)用长度为15cm、下端(滴嘴)直径开口为2mm的滴管吸取混合浆液，以1滴/4秒的速度并距成型溶剂体系溶液表面70mm的高度，逐滴滴入成型溶剂体系中，得成型材料；
4)用2％的氢氧化钠溶液调节量筒中溶液pH至中性，用纱布过滤；将过滤物约9克放入171ml的纯净水中(使用1000ml烧杯)，加热至80℃，保温60min，再用纱布过滤；将所得第二次过滤物放入200ml纯净水的500ml的三角瓶中，进行高压蒸汽灭菌(121℃、20min)；灭菌完成后，在超净工作台中，采用无菌纱布过滤，将所得第三次过滤物放入250ml的三角瓶中，用棉塞封口，放入40℃的烘箱中干燥8小时，即可所述多孔开孔材料。
本实施例制得的产物具有多孔开孔的结构，粉状活性炭、氧化铝均匀分布在聚氯乙烯基体中，孔隙率可达60％。将制得的多孔开孔材料应用于监测地下水微生物群落结构，使用时，将多孔开孔材料放入尼龙网桶中，再放入地下水检测井中，地下水中的污染物会在材料上聚集，地下水中的微生物也在材料的孔径中富集、生长，45天后取出，即可直接进行微生物群落结构的检测，其微生物群落结构的丰度及多态性远远高于地下水中浮游微生物群落结构，可真实反映地下水环境的状况。
本发明涉及的各原料及其上下限取值、区间值都能实现本发明，本发明的工艺参数(如温度、时间等)的下限取值以及区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (9)

1.一种原位监测地下水微生物群落结构的多孔开孔材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)混合浆液的制备：混合浆液由支撑材料、活性材料和溶剂配制而成，各组分所占质量百分比为，支撑材料5～10％，活性材料15～25％，溶剂70～80％；配置过程中，按配比称取支撑材料，加入溶剂中，混合搅拌至支撑材料完全溶解于溶剂中；然后加入活性材料，搅拌均匀，得混合浆液；
2)成型溶剂体系的配制：成型溶剂体系由成型溶剂和水配制而成，各组分所占质量百分比为，成型溶剂1～7％，水93～99％，按所述质量百分比将成型溶剂加入水中，完全溶解或混合后，搅拌得成型溶剂体系；
3)成型：利用滴管将步骤1)配制的混合浆液逐滴滴入步骤2)配制的成型溶剂体系中，得成型材料；
4)将制得的成型材料依次进行pH值调节、清洗、热处理、高压蒸汽灭菌和干燥处理，得所述多孔开孔材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述支撑材料为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、特氟龙、尼龙或Nomex。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活性材料为二氧化硅、氧化锌、氧化钙、氧化铝、活性炭、氧化铁中的一种或几种。
4.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，所述溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、甲酸、苯酚、间苯二酚或环己酮。
5.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，所述成型溶剂为氯化钙、氯化钠、氢氧化钠、吐温-80中的一种或几种。
6.根据权利要求1～5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中以1～2滴/4秒的速度，以3～70mm的高度，逐滴滴加混合浆液；所述成型溶剂体系的深度≥30cm。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述pH值调节、清洗过程为：调节pH值至中性，过滤，所得成型材料用水冲洗。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述热处理步骤为：将清洗后的成型材料以1～5wt％的比例放入水中，加热至80～120℃，保温20～60min。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述干燥处理步骤为在温度为40～80℃的烘箱中干燥4～8h。
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