CN113275367B - 羧甲基纤维素乳化型释碳基质及土壤整治方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种羧甲基纤维素乳化型释碳基质及土壤整治方法。所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质包含：450至550重量份的植物油；75至95重量份的卵磷脂；55至75重量份的界面活性剂；5至15重量份的维生素；15至20重量份的羧甲基纤维素；及400至600重量份的水。本发明的羧甲基纤维素乳化型释碳基质具备良好的扩散特性，能有效将药物扩散至污染整治区域，并用以吸附地下水污染场址的非水相(NAPL)有机污染物，并能辅助现地菌种来降解土壤地下水中常见有机污染物，同时能改善整治期间所造成的基质流逝问题、药剂耗费问题及具备降低人力管理成本的优势。

Description

羧甲基纤维素乳化型释碳基质及土壤整治方法
技术领域
本发明是有关于一种释碳基质及土壤整治方法，特别是有关于一种羧甲基纤维素乳化型释碳基质及土壤整治方法。
背景技术
含氯有机溶剂常被广泛应用于脱脂、电子零件清洗及干洗等工业制造过程中，常因人为不当管理与处置，而使含氯有机溶剂外泄成为地下水中常见的重质非水相溶液(dense non-aqueous phase liquids,DNAPL)污染物，由于重质非水相溶液的密度比水重且与水不相溶或仅微溶于水，因此重质非水相溶液进入地下水层后会形成一独立的液相，而三氯乙烯(trichloroethylene,TCE)则为国内外最具代表性的含氯有机溶剂。一旦发生三氯乙烯泄漏，将可能通过饮用水等多种途径暴露到环境中，对邻近民众的健康造成严重危害。
为解决上述污染问题，许多研究即以三氯乙烯为目标污染物，以研究发展可处理DNAPL污染地下水的整治技术。例如，使用化学还原法、纳米技术及微生物应用在生物整治来降解环境中的含氯有机污染物已经有数十年的研究与应用，其中属于绿色整治的生物复育程序(bioremediation)是属于对环境较友善且较为迅速的技术，其应用于现地降解环境污染物主要是提供生物可降解的有机基质组成物予现地微生物以辅助微生物分解污染物，因此相较于物理与化学整治的方法可以相对降低整治成本，容易操作且较易受社会大众接受，同时生物复育程序降解过程中也较没有转变污染物型态如化学沉淀以及产生大量有害污泥等对环境造成二次伤害的疑虑。
然而，现有生物整治的方法并未有针对于地下水流速较快的污染场址，因而无法持续产生整治效果。故，有必要提供一种羧甲基纤维素乳化型释碳基质及土壤整治方法，以解决现有技术所存在的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种羧甲基纤维素乳化型释碳基质及土壤整治方法，以解决现有技术所存在的未有针对于地下水流速较快的污染场址，因而无法持续产生整治效果的问题。
本发明的一目的在于提供一种羧甲基纤维素乳化型释碳基质及土壤整治方法，其通过使用特定的食品添加剂(羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose,CMC)，以使羧甲基纤维素乳化型释碳基质(carboxymethyl cellulose emulsified carbon-releasingsubstrate；CMC-ECS)可迅速吸附于注药井周遭的砂土颗粒与孔隙间且不易随水流消逝。羧甲基纤维素乳化型释碳基质具备良好的扩散特性，能有效将药物扩散至污染整治区域，并用以吸附地下水污染场址的非水相(NAPL)有机污染物，并能辅助中国台湾现地菌种来降解土壤地下水中常见有机污染物，同时能改善整治期间所造成的基质流逝问题、药剂耗费问题及具备降低人力管理成本的优势。
为达上述的目的，本发明提供一种羧甲基纤维素乳化型释碳基质，包含：450至550重量份的植物油；75至95重量份的卵磷脂；55至75重量份的界面活性剂；5至15重量份的维生素；15至20重量份的羧甲基纤维素；及400至600重量份的水。
在本发明一实施例中，所述植物油包含大豆油、玉米油、棉籽油、油菜籽油、花生油、葵花籽油、棕榈油和亚麻籽油中的至少一种。
在本发明一实施例中，所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质还包含10至30重量份的乳酸钠。
在本发明一实施例中，所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质还包含3至5重量份的食品级聚合碳水化合物。
在本发明一实施例中，所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质还包含大于0且小于5重量份的改质纳米零价铁。
在本发明一实施例中，所述改质纳米零价铁通过乙醇以及卵磷脂改质而成。
为达上述的目的，本发明提供一种土壤整治方法，包含步骤：提供如上所述的任一实施例的羧甲基纤维素乳化型释碳基质；及注入所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质至一待整治土壤中。
在本发明一实施例中，提供所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质的步骤包含：混合450至550重量份的植物油、75至95重量份的卵磷脂、55至75重量份的界面活性剂及5至15重量份的维生素，以形成一混合物；混合15至20重量份的羧甲基纤维素及400至600重量份的水，以形成一混合液；加入所述混合物至所述混合液中，以形成一前处理液；及对所述前处理液在33至37℃之间进行一均匀混合步骤，以形成所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质。
在本发明一实施例中，形成所述混合物的步骤包含通过一均质装置以8000至9000RPM的一转速均匀混合所述混合物。
在本发明一实施例中，形成所述混合液的步骤包含通过一均质装置以10000至15000RPM的一转速均匀混合所述混合液。
与现有技术相比较，本发明的羧甲基纤维素乳化型释碳基质及土壤整治方法通过使用特定的食品添加剂(羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose,CMC)，以使羧甲基纤维素乳化型释碳基质(carboxymethyl cellulose emulsified carbon-releasingsubstrate；CMC-ECS)可迅速吸附于注药井周遭的砂土颗粒与孔隙间且不易随水流消逝。羧甲基纤维素乳化型释碳基质具备良好的扩散特性，能有效将药物扩散至污染整治区域，并用以吸附地下水污染场址的非水相(NAPL)有机污染物，并能辅助中国台湾现地菌种来降解土壤地下水中常见有机污染物，同时能改善整治期间所造成的基质流逝问题、药剂耗费问题及具备降低人力管理成本的优势。因此，本发明可解决现有技术所存在的问题。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
附图说明
图1是本发明一实施例的土壤整治方法的流程示意图。
图2是实施例1及比较例1的分析结果图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。再者，本发明所提到的方向用语，例如上、下、顶、底、前、后、左、右、内、外、侧面、周围、中央、水平、横向、垂直、纵向、轴向、径向、最上层或最下层等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
本发明一实施例的羧甲基纤维素乳化型释碳基质，包含：450至550重量份的植物油；75至95重量份的卵磷脂；55至75重量份的界面活性剂；5至15重量份的维生素；15至20重量份的羧甲基纤维素；及400至600重量份的水。在一实施例中，所述植物油包含大豆油、玉米油、棉籽油、油菜籽油、花生油、葵花籽油、棕榈油和亚麻籽油中的至少一种。在一范例中，所述植物油是大豆油。在另一实施例中，植物油例如可以是460、470、480、490、500、510、520、530或540重量份。所述植物油主要是作为生物碳源。
在一实施例中，所述卵磷脂可包含大豆卵磷脂。在另一实施例中，卵磷脂例如可以是80、85或90重量份。卵磷脂可做为界面活性剂。
在一实施例中，所述界面活性剂主要作为乳化油品的效果。在一范例中，所述界面活性剂例如是市售的界面活性剂(例如SUNSHINE MAKERS公司出品的SIMPLE GREEN品牌的界面活性剂)。在另一实施例中，所述界面活性剂例如可以是60、65或70重量份。
在一实施例中，维生素可作为微量营养素，以提供予待整治土壤的微生物。在另一实施例中，维生素例如可以是6、7、8、9、10、11、12、13或14重量份。
在一实施例中，羧甲基纤维素例如可以是16、17、18或19重量份。这边要提到的是，羧甲基纤维素的存在可以使本发明实施例的羧甲基纤维素乳化型释碳基质具有乳胶状的高聚合特性，且CMC-ECS具备良好的扩散特性，能有效将药物扩散至污染整治区域，并用以吸附地下水污染场址的非水相(NAPL)有机污染物(例如:氯仿、四氯乙烯、三氯乙烯、三氯乙烷及二氯甲烷等常见的工业区地下水体污染物)，并能辅助中国台湾现地菌种来降解所述有机污染物，同时能改善整治期间所造成的基质流逝问题、药剂耗费问题及具备降低人力管理成本的优势。
在一实施例中，水主要作为溶剂，以使羧甲基纤维素乳化型释碳基质形成一溶液态。在另一实施例中，水例如可以是420、440、460、480、500、520、540、560或580重量份。
在一实施例中，所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质还包含10至30重量份的乳酸钠。乳酸钠可作为辅助的生物碳源，以提供予待整治土壤的微生物。在另一实施例中，乳酸钠例如可以是12、14、16、18、20、22、24、26或28重量份。
在一实施例中，所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质还包含3至5重量份的食品级聚合碳水化合物(其例如是应用于食品增稠的添加物)。在一范例中，所述食品级聚合碳水化合物例如可以是3.5、4或4.5重量份。所述食品级聚合碳水化合物可做为稳定植物油(及/或大分子聚合物)的用途。所述食品级聚合碳水化合物例如包含玉米淀粉及地瓜粉中的至少一种。
在一实施例中，所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质还包含大于0且小于5重量份的改质纳米零价铁。在一范例中，所述改质纳米零价铁例如是通过将乙醇以及卵磷脂加入纳米零价铁改质而成。例如，以所述改质纳米零价铁的总重为100wt％计，所述纳米零价铁是8至10wt％、所述乙醇是80至90wt％及所述卵磷脂是4至10wt％。改质纳米零价铁的效果为提供低还原电位(例如可提供-150至-300mV之间的电位)，并且未改质的纳米零价铁的颗粒分散度与低电位效果效果无法达到如改质纳米零价铁的效果。
要提到的是，本发明实施例的羧甲基纤维素乳化型释碳基质至少是通过加入特定物质(例如羧甲基纤维素)，其中所述特定物质与其他物质(包含植物油、卵磷脂、维生素、界面活性剂及水)共同形成一羧甲基纤维素乳化型释碳基质，其中所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质具有乳胶状的高聚合特性与良好的扩散特性，能有效将药物扩散至污染整治区域，并用以吸附地下水污染场址的非水相(NAPL)有机污染物(例如:氯仿、四氯乙烯、三氯乙烯、三氯乙烷及二氯甲烷等常见的工业区地下水体污染物)，并能辅助中国台湾现地菌种来降解所述有机污染物，同时能改善整治期间所造成的基质流逝问题、药剂耗费问题及具备降低人力管理成本的优势。
另外要提到的是，本发明实施例的羧甲基纤维素乳化型释碳基质至少是通过使用特定比例的特定组成物，共同形成一羧甲基纤维素乳化型释碳基质，其中所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质具有乳胶状的高聚合特性与良好的扩散特性，能有效将药物扩散至污染整治区域，并用以吸附地下水污染场址的非水相(NAPL)有机污染物(例如:氯仿、四氯乙烯、三氯乙烯、三氯乙烷及二氯甲烷等常见的工业区地下水体污染物)，并能辅助中国台湾现地菌种来降解所述有机污染物，同时能改善整治期间所造成的基质流逝问题、药剂耗费问题及具备降低人力管理成本的优势。
请参照图1，本发明一实施例的土壤整治方法10，主要包含下列步骤11至12：提供本发明任一实施例的羧甲基纤维素乳化型释碳基质(步骤11)；及注入所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质至一待整治土壤中(步骤12)。
在一实施例中，提供所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质的步骤包含：混合450至550重量份的植物油、75至95重量份的卵磷脂、55至75重量份的界面活性剂及5至15重量份的维生素，以形成一混合物；混合15至20重量份的羧甲基纤维素及400至600重量份的水，以形成一混合液；加入所述混合物至所述混合液中，以形成一前处理液；及对所述前处理液在33至37℃的间进行一均匀混合步骤，以形成所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质。在一实施例中，形成所述混合物的步骤包含通过一均质装置以8000至9000RPM的一转速均匀混合所述混合物。在另一实施例中，形成所述混合液的步骤包含通过一均质装置以10000至15000RPM的一转速均匀混合所述混合液。
值得一提的是，所述均匀混合步骤需要全程在33至37℃之间进行，始能达到均匀混合以形成羧甲基纤维素乳化型释碳基质的效果。若是在小于33℃或大于37℃情况下，无法达到均匀混合以形成羧甲基纤维素乳化型释碳基质的效果。
以下举出一实施例及一比较例，以说明本发明实施例的羧甲基纤维素乳化型释碳基质确实能停留在目标污染区的土壤孔隙间。
实施例1：
首先，提供450至550重量份的植物油、75至95重量份的卵磷脂(例如大豆卵磷脂)、55至75重量份的界面活性剂(例如SUNSHINE MAKERS公司出品的SIMPLE GREEN品牌的界面活性剂)及5至15重量份的维生素。接着，通过一均质装置以8000至9000RPM(例如8800RPM)的一转速均匀混合上述物质，以形成一混合物。
另外，提供15至20重量份的羧甲基纤维素及400至600重量份的水。接着，通过一均质装置以10000至15000RPM(例如12000RPM)的一转速均匀混合上述物质，以形成一混合液。
之后，加入所述混合物至所述混合液中，以形成一前处理液。对所述前处理液进行一均匀混合步骤(例如以500至600RPM的一转速均匀混合前处理液)，以形成实施例1的羧甲基纤维素乳化型释碳基质。
比较例1：
比较例1的制作方式大致类似于实施例1，唯其不同之处在于比较例1不包含形成混合液、前处理液及进行均匀混合步骤。
之后，分别注入实施例1及比较例1的基质至一待整治土壤中，并且通过市售仪器测量置换水体程度与总有机碳的释放关系。所得分析结果如图2所示，其中C0指的是初始总有机碳浓度，以及C指的是置换各种孔隙体积后的总有机碳浓度，ECS指的是比较例1，以及CMC指的是实施例1。从图2可知，6至10孔隙体积(PV)测得添加实施例1的药剂具有能吸附于孔隙中使药剂停留时间较长且缓慢释出的特性，适合应用在高透水性的污染场址。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包括于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种羧甲基纤维素乳化型释碳基质，其特征在于：所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质包含：
450至550重量份的植物油；
75至95重量份的卵磷脂；
55至75重量份的界面活性剂；
5至15重量份的维生素；
15至20重量份的羧甲基纤维素；及
400至600重量份的水。
2.如权利要求1所述的羧甲基纤维素乳化型释碳基质，其特征在于：所述植物油包含大豆油、玉米油、棉籽油、油菜籽油、花生油、葵花籽油、棕榈油和亚麻籽油中的至少一种。
3.如权利要求1所述的羧甲基纤维素乳化型释碳基质，其特征在于：所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质还包含10至30重量份的乳酸钠。
4.如权利要求1所述的羧甲基纤维素乳化型释碳基质，其特征在于：所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质还包含3至5重量份的食品级聚合碳水化合物。
5.如权利要求1所述的羧甲基纤维素乳化型释碳基质，其特征在于：所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质还包含大于0且小于5重量份的改质纳米零价铁。
6.如权利要求5所述的羧甲基纤维素乳化型释碳基质，其特征在于：所述改质纳米零价铁通过乙醇以及卵磷脂改质而成。
7.一种土壤整治方法，其特征在于：所述土壤整治方法，包含步骤：
提供如权利要求1至6任一项所述的羧甲基纤维素乳化型释碳基质；及
注入所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质至一待整治土壤中。
8.如权利要求7所述的土壤整治方法，其特征在于：提供所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质的步骤包含：
混合450至550重量份的植物油、75至95重量份的卵磷脂、55至75重量份的界面活性剂及5至15重量份的维生素，以形成一混合物；
混合15至20重量份的羧甲基纤维素及400至600重量份的水，以形成一混合液；
加入所述混合物至所述混合液中，以形成一前处理液；及
对所述前处理液在33至37℃之间进行一均匀混合步骤，以形成所述羧甲基纤维素乳化型释碳基质。
9.如权利要求8所述的土壤整治方法，其特征在于：形成所述混合物的步骤包含通过一均质装置以8000至9000RPM的一转速均匀混合所述混合物。
10.如权利要求8所述的土壤整治方法，其特征在于：形成所述混合液的步骤包含通过一均质装置以10000至15000RPM的一转速均匀混合所述混合液。
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