TWI616409B - 乳膠組合物及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種乳膠組合物，該乳膠組合物包含一植物油、一生物可分解界面活性劑、一酸鹼緩衝劑以及其餘為水。該生物可分解界面活性劑包含卵磷脂，且該生物可分解界面活性劑以重量計為該乳膠組合物之4.5~10.1%。此外，本發明亦提供一種乳膠組合物的製造方法，利用超聲波來進行一乳化作用，使該乳膠組合物具有0.2至0.5微米的平均乳化粒徑。

Description

乳膠組合物及其製造方法

本發明係關於一種乳膠組合物及其製造方法，特別是關於一種用於含氯有機物污染整治之乳膠組合物及其製造方法。

土壤與地下水的污染防治在環境資源的永續發展與利用中是極為重要的一環。當環境遭受到污染並且持續擴張，將會危害到我們生活的環境甚至破壞自然生態等。近年來由於工業快速發展，含氯脂肪族碳氫化合物(chlorinated aliphatic hydrocarbons，CAHs)對脂類具有高溶解力、低可燃、低沸點及高蒸氣壓等特性，因此被大量廣泛使用於工業上金屬及電子零件之清洗、脫脂、表面黏著及乾洗等作業，又因其比重大於水，溶解度亦較低，亦被稱為重質非水相液體(dense non-aqueous phase liquid，DNAPL)，其中以三氯乙烯(trichloroethylene，TCE)及四氯乙烯(terachloroethylene，PCE)最為常見，其造成土水嚴重污染及不易整治等問題，為近年許多研究持續不斷努力之目標。

在綠色整治(green remediation)的原則下，污染場址之調查與整治規劃必須有著和傳統不同之思維。現今國內外學者運用厭氧生物整治技術(bioremediation)處理受污染場址之案例已十分普遍，以自然生 物復育作為整治優先之選擇，亦是綠色整治概念及對環境友善之目標。雖然生物復育程序的整體反應速率較低，但長期而言，生物復育對場址的破壞性較小，較符合「復育」的需求。在現地應用上，由於自然衰減之整體反應速率較低，因此加強式生物復育技術備受重視，加強式生物復育是將生物復育技術加以改善、強化，其反應速率更合於工程化的需求。因此，在適當條件下為了加速生物分解速率，大部分係以添加營養源於地下水體中，使地下水產生足夠的氫氣與低分子脂肪酸，藉此提供碳源及提高厭氧生物分解之能力，以便處理受污染之土壤及地下水，此類營養源具有可溶性、低黏性、固態性及多樣試驗性等特性。

目前常見加強生物分解的方式大致可分為：(1)添加生物可分解之營養鹽或電子接受者於污染場址，活化場址內既有的微生物族群；(2)在污染場址內直接添加對污染物具有分解能力的特殊菌種，或利用基因工程技術，發展具特定污染物分解能力之基因重組微生物；(3)利用生物處理將污染物經通氣或土壤洗滌後送至特殊生物反應器或是生物濾床、生物洗滌塔去除污染物，或是採用地耕法、堆肥處理。

當不同階段的還原脫氯產生時，反應所生成能量則可能被微生物所利用，並促進微生物生長能有效降解污染物之效率。有許多的微生物已被證實，在電子提供的情況下可進行脫氯作用，如產乙烯脫鹵擬球菌(Dehalococcoides ethenogenes)利用H₂作為電子提供者，Dehalococcoides ethenogenes和一種脫鹵桿菌(Dehalobacter restrictus)能藉由脫氯呼吸作用獲得能量；另有甲烷生成菌(methanogenic producing microorganisms)、乙酸生成菌(acetogenic producing microorganisms)及硫酸鹽還原菌 (sulfate-reducing microorganisms)等亦能以共代謝方式降解TCE。

然而，即使有許多微生物可在厭氧環境下進行脫氯作用，在生物轉換過程中，氯乙烯(vinyl chloride，VC)經由共代謝轉換成乙烯的過程相當緩慢，且作用通常是不完全的，因此易導致VC的累積，而VC為已知之致癌物質。如Dehalococcoides菌種內Dehalococcoides sp.strain FL2還原脫氯代謝TCE轉換成VC；另外strain CBDB1(Ernest et al.,2013)、strain BAV1(Löffler et al.,2013)及strain GT(Chambonet al.,2013)等菌株皆有文獻證實可將PCE和TCE還原脫氯形成VC。然而，僅有屬於Dehalococcoides ethenogenes、strain 195、BAV1和GT等菌株可將VC完全脫氯成乙烯之無害產物。

目前已有許多種營養基質被廣泛應用於現地厭氧生物降解技術，如醣類(糖蜜)、有機酸(乳酸鹽、甲酸鹽、酪酸鹽、丙酸鹽及苯甲酸鹽)、醇類(甲醇和乙醇)及酵母萃取物，可使降解效率提高。但這些營養基質必須具有高溶解性和高生物分解性，且需經常添加補充以促進微生物之生長。此外，注入之營養基質會造成地下水阻塞及酸化等問題，且硫酸鹽還原作用產生硫化物之臭味問題，也造成該些營養基質的傳輸效果不佳、地下水質不佳及操作維護費用增加的問題。

故，有必要提供一種可用於整治含氯有機污染物之乳膠組合物及其製造方法，以解決習用技術中所存在的問題。

本發明之主要目的在於提供一種乳膠組合物，可用於整治含氯有機污染物，例如三氯乙烯、四氯乙烯等。該乳膠組合物為具有緩釋 特性的釋氫乳膠態基質，可形成被動式的生物反應牆，且具有奈米級的平均乳化粒徑及優良的均質性，可在厭氧環境中有效且持續降解含氯有機物，且防止在整治過程中水或土壤的酸化，使整體環境有利於生物降解處理，達到綠色整治的目的，十分適合現地整治使用。

本發明之次要目的在於提供一種乳膠組合物的製造方法，可製造具有奈米級的平均乳化粒徑以及優良均質性的乳膠組合物，乳化程度達100%，並且可在短時間內完成製備。

為達上述之目的，本發明的一實施例提供一種乳膠組合物，用於整治含氯有機污染物，該乳膠組合物包含一植物油、一生物可分解界面活性劑、一酸鹼緩衝劑以及其餘為水，其中該生物可分解界面活性劑包含卵磷脂，且該生物可分解界面活性劑以重量計為該乳膠組合物之4.5~10.1%。

在本發明之一實施例中，該植物油和該生物可分解界面活性劑的重量比為1.5：1。

在本發明之一實施例中，該植物油以重量計為該乳膠組合物之9~18.2%。

在本發明之一實施例中，該卵磷脂以重量計為該乳膠組合物之4.5~9.1%。

在本發明之一實施例中，該生物可分解界面活性劑還包含一丁基溶纖劑，且該丁基溶纖劑以重量計為該乳膠組合物之0~1%。

在本發明之一實施例中，該酸鹼緩衝劑以重量計為該乳膠組合物之8~9.5%。

在本發明之一實施例中，該酸鹼緩衝劑係選自檸檬酸、磷酸氫二鈉或其混合物。

在本發明之一實施例中，該酸鹼緩衝劑包含檸檬酸與磷酸氫二鈉，且該檸檬酸與該磷酸氫二鈉的重量比是1：9。

在本發明之一實施例中，該酸鹼緩衝劑的濃度為0.1M~0.2M。

在本發明之一實施例中，該乳膠組合物具有一乳化平均粒徑為0.2~0.5微米。

再者，本發明的另一實施例提供一種乳膠組合物的製造方法，其包含步驟：混合一植物油、一生物可分解界面活性劑、一酸鹼緩衝劑以及水，以形成一混合物；以及對該混合物施加超聲波，以進行一乳化作用，以形成如上述之乳膠組合物，其中該生物可分解界面活性劑包含卵磷脂，且該生物可分解界面活性劑以重量計為該混合物之4.5~10.1%。

在本發明之一實施例中，該超聲波的功率為10~60%。

在本發明之一實施例中，施加該超聲波係持續15分鐘。

在本發明之一實施例中，該植物油和該生物可分解界面活性劑的重量比為1.5：1。

在本發明之一實施例中，該植物油以重量計為該混合物之9~18.2%。

在本發明之一實施例中，該卵磷脂以重量計為該混合物之4.5~9.1%。

在本發明之一實施例中，該生物可分解界面活性劑還包含 一丁基溶纖劑，且該丁基溶纖劑以重量計為該混合物之0~1%。

在本發明之一實施例中，該酸鹼緩衝劑以重量計為該乳膠組合物之8~9.5%。

在本發明之一實施例中，該酸鹼緩衝劑係選自檸檬酸、磷酸氫二鈉或其混合物。

在本發明之一實施例中，該酸鹼緩衝劑包含檸檬酸與磷酸氫二鈉，且該檸檬酸與該磷酸氫二鈉的重量比是1：9。

在本發明之一實施例中，該酸鹼緩衝劑的濃度為0.1M~0.2M。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，作詳細說明如下。本發明所提到的單數形式“一”、“一個”和“所述”包括複數引用，除非上下文另有明確規定。例如，術語“一化合物”或“至少一種化合物”可以包括多個化合物，包括其混合物；本發明文中提及的「%」若無特定說明皆指「重量百分比(wt%)」；數值範圍(如10%~11%的A)若無特定說明皆包含上、下限值(即10%≦A≦11%)；數值範圍若未界定下限值(如低於0.2%的B，或0.2%以下的B)，則皆指其下限值可能為0(即0%≦B≦0.2%)；各成份的「重量百分比」之比例關係亦可置換為「重量份」的比例關係。上述用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

本發明係提供一種乳膠組合物，用於整治含氯有機污染物，該乳膠組合物主要包含一植物油、一生物可分解界面活性劑、一酸鹼 緩衝劑以及其餘為水，其中該生物可分解界面活性劑包含卵磷脂，該卵磷脂以重量計為該乳膠組合物之4.5~9.1%，可例如是5、8或9%，較佳是8~9.1%。該生物可分解界面活性劑以重量計為該乳膠組合物之4.5~10.1%，可例如是6.5、9.1或10.1%，然不限於此。該乳膠組合物具有一乳化平均粒徑為0.2~0.5微米，可例如是0.28、0.35或0.46微米，然不限於此。 較佳的，該植物油和該生物可分解界面活性劑的重量比為1.5：1，例如，當該植物油以重量計為該乳膠組合物之15%時，該生物可分解界面活性劑則為該乳膠組合物之10%，然不限於此。

在本發明一實施例中，該植物油可例如是大豆油。以整治三氯乙烯(TCE)為例，大豆油對於TCE具有強的吸附能力，可使高濃度的TCE被集中在該乳膠組合物的油滴中，因此當整治初期環境中尚未有厭氧產氫反應發生時，大豆油可有效攔阻TCE溶於水中，待現地微生物增長之後，大豆油的攔阻及微生物厭氧產氫脫氯反應同時發生，即可增強TCE的處理效率。較佳的，該植物油以重量計為該乳膠組合物之9~18.2%，可例如是10.5、13.6或15.8%，然不限於此。較佳的，該植物油以重量計為該乳膠組合物之13~15%。

再者，該生物可分解界面活性劑中除了卵磷脂外，還可以包含一親水性的界面活性劑，如丁基溶纖劑(2-Butoxyethanol)。由於卵磷脂是屬於一種親油性的界面活性劑，與親水性的該丁基溶纖劑乳化後可產生高包覆性的保護膜，使該乳膠組合物中的油滴型態不容易破裂而造成凝聚使乳化粒徑變大，可維持該乳膠組合物的穩定度。該卵磷脂以重量計可為該乳膠組合物之4.5~9.1%，較佳為8~9.1%，可例如是8.2、8.7或9.1 %，然不限於此。該丁基溶纖劑以重量計可為該乳膠組合物之0~1%，可例如是0、0.5或0.9%，然不限於此，但當該丁基溶纖劑超過1%對於乳化效果及穩定度並沒有幫助。舉例來說，當該生物可分解界面活性劑含有該卵磷脂以重量計為該乳膠組合物之8.2%時，該丁基溶纖劑以重量計可為該乳膠組合物之0.9%，兩者總和為9.1%；或者，僅含有該卵磷脂為該乳膠組合物之9.1%，然不限於此。

該酸鹼緩衝劑以重量計為該乳膠組合物之8~9.5%。由於微生物厭氧還原脫氯反應是一產酸反應，會使土壤或地下水酸化而抑制現地微生物的生長，故本發明的該乳膠組合物中利用該酸鹼緩衝劑可經水解生成離子態的共軛鹼基對(OH^-)，來緩衝pH值的變化，維持有利於微生物生長的偏中性環境。該酸鹼緩衝劑係選自檸檬酸、磷酸氫二鈉或兩者之混合物，具有濃度為0.1M~0.2M(體積莫耳濃度)，可例如是0.1M、0.15M或0.2M，然不限於此。較佳的，該酸鹼緩衝劑同時包含了檸檬酸與磷酸氫二鈉，且該檸檬酸與該磷酸氫二鈉的重量比是1：9。該酸鹼緩衝劑可使該乳膠組合物的pH值維持在7~7.5左右，例如7.2、7.25或7.5，然不限於此。

本發明之另一實施例提供一種乳膠組合物的製造方法，其主要包含步驟：(S01)、混合一植物油、一生物可分解界面活性劑、一酸鹼緩衝劑以及水，以形成一混合物；以及(S02)、對該混合物施加一預設時間的超聲波，以進行一乳化作用，形成上述之該乳膠組合物。本發明將於下文逐一詳細說明較佳實施例之上述各步驟的實施細節及其原理。再者，由於乳化作用是屬於物理狀態的改變，因此該步驟(S01)中的各種成份比例理論上將會大致對應於該乳膠組合物中各成份的重量比，於此合先述明。

本發明一實施例之乳膠組合物的製造方法首先係：(S01)、混合一植物油、一生物可分解界面活性劑、一酸鹼緩衝劑以及水，以形成一混合物。在本步驟中，該生物可分解界面活性劑包含卵磷脂，且該生物可分解界面活性劑以重量計為該混合物之4.5~10.1%。該植物油和該生物可分解界面活性劑的重量比為1.5：1，例如，當該植物油以重量計為該乳膠組合物之15%時，該生物可分解界面活性劑則為該混合物之10%，然不限於此。該植物油以重量計為該乳膠組合物之9~18.2%，較佳為13~15%。該卵磷脂以重量計為該混合物之4.5~9.1%，較佳為8~9.1%，可例如是8、8.5或9.1%，然不限於此。該生物可分解界面活性劑還可以包含一丁基溶纖劑，且該丁基溶纖劑以重量計為該混合物之0~1%，可例如是0、0.5或0.9%，然不限於此。舉例來說，當該生物可分解界面活性劑含有該卵磷脂以重量計為該混合物之8.2%時，該丁基溶纖劑以重量計可為該混合物之0.9%，兩者總和為9.1%；或者，僅含有該卵磷脂為該混合物之9.1%，然不限於此。

此外，在本步驟中，該酸鹼緩衝劑以重量計為該混合物之8~9.5%。該酸鹼緩衝劑可為檸檬酸、磷酸氫二鈉或其混合物，且該酸鹼緩衝劑的濃度可為0.1M~0.2M，可例如是0.1M、0.15M或0.2M，然不限於此。較佳的，該酸鹼緩衝劑同時包含了檸檬酸與磷酸氫二鈉，且該檸檬酸與該磷酸氫二鈉的重量比是1：9。該酸鹼緩衝劑可使該乳膠組合物的pH值維持在7~7.5左右，例如7.2、7.25或7.5，然不限於此。

本發明一實施例之乳膠組合物的製造方法接著係：(S02)、對該混合物施加超聲波，以進行一乳化作用，形成上述之該乳膠組合物。 在本步驟中，該超聲波可例如是使用一類比式細胞粉碎機(Branson Model 250/450)，其原理是利用超聲波之機械及空化作用，使乳化作用的過程產生激烈的顆粒碰撞而產生高溫、高壓及高流動性之細小油滴顆粒。該超聲波的功率可為10~60%，較佳是40~60%，且施加該超聲波的時間係持續約1~15分鐘，較佳是10~15分鐘，然不限於此。該乳膠組合物具有平均乳化粒徑為0.2至0.5微米，例如是0.28微米，然不限於此。且該乳膠組合物的界達電位(Zeda Potential)為負值，有利於土壤孔隙間傳輸。

本發明為了瞭解該乳膠組合物是否可以有效控制地下水質酸化，以微生態系統模擬反應。實驗所用之地下水為現地未受污染區域，並依照行政院環保署公告(NIEA W103.54B)進行採樣後，以4℃冷藏保存。 其批次實驗設計以微生態系統(microcosm)模擬現地環境。

首先，將500毫升的細口血清瓶於高溫、高壓下(121℃，15lb/in²)維持30分鐘之滅菌時間，以確保反應瓶呈現無菌狀態，並加入該乳膠組合物，然後以分注器分裝現地地下水500毫升，實驗結果簡要敘述如下。

反應期間pH值初始為7.7，於反應第5天後pH值下降為6.8，反應後期pH值均維持在中性之環境條件(pH值6.8-7.0)，推測初期該乳膠組合物經厭氧發酵後所產生之大量H₂及低分子有機酸，故造成pH值下降，使水質環境有酸化之虞慮。然而，因該乳膠組合物中含有酸鹼緩衝劑，經水解而生成離子態共軛鹼基對(OH^-)之後，能有效達到緩衝水體中H⁺及OH^-離子濃度變化之趨勢。在溶氧方面，初始濃度為1.99mg/L，反應第5天即可降至約0.82mg/L，反應期間溶氧皆維持在0.6mg/L。而氧化還原 電位(ORP)的初始值為163mV，反應第5天降至-163mV，之後反應皆維持在-200到-300mV之間，顯示該乳膠組合物可有效消耗水體中的溶氧，使環境呈現厭氧狀態，可增強還原脫氯之效果。由上述水質趨勢可已得知，該乳膠組合物可在有限之溶氧內刺激微生物反應，並營造厭氧還原脫氯之環境。

再者，該乳膠組合物為一種生物可分解之緩釋釋氫基質，其總有機碳(TOC)的初始濃度為253mg/L，反應第10天降低至221mg/L，藉由監測TOC濃度變化趨勢可瞭解該乳膠組合物能有效被微生物利用之情形。分析其總生菌數，初始總菌數5.72×10²CFU/mL，反應第10天之總生菌數2.24×10⁵CFU/mL，顯示該乳膠組合物確實可以長期提供微生物生長來源。

相較於習知技術，本發明所提供之乳膠組合物及其製造方法，可提供具有細緻乳化粒徑的乳膠組合物，其平均乳化粒徑可達0.2至0.5微米(亦即具有奈米級的平均乳化粒徑)，且具有以下優點：(1)利用乳化油滴攔阻污染物，可侷限污染物範圍；(2)可提升現地土壤含水層或地下水的pH緩衝能力，維持利於微生物生長之中性環境；以及(3)可快速營造厭氧環境，提高現地菌種的豐富度。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (14)

1. 一種乳膠組合物，用於整治含氯有機污染物，該乳膠組合物包含一植物油、一生物可分解界面活性劑、一酸鹼緩衝劑以及其餘為水，其中該生物可分解界面活性劑包含卵磷脂，且該生物可分解界面活性劑以重量計為該乳膠組合物之4.5~10.1%；該植物油以重量計為該乳膠組合物之9~18.2%；該酸鹼緩衝劑以重量計為該乳膠組合物之8~9.5%；該酸鹼緩衝劑同時包含檸檬酸與磷酸氫二鈉；以及該乳膠組合物具有一乳化平均粒徑為0.2~0.5微米。
2. 如申請專利範圍第1項所述之乳膠組合物，其中該植物油和該生物可分解界面活性劑的重量比為1.5：1。
3. 如申請專利範圍第1項所述之乳膠組合物，其中該卵磷脂以重量計為該乳膠組合物之4.5~9.1%。
4. 如申請專利範圍第1項所述之乳膠組合物，其中該生物可分解界面活性劑還包含一丁基溶纖劑，且該丁基溶纖劑以重量計為該乳膠組合物之0~1%。
5. 如申請專利範圍第1項所述之乳膠組合物，該檸檬酸與該磷酸氫二鈉的重量比是1：9。
6. 如申請專利範圍第1項所述之乳膠組合物，其中該酸鹼緩衝劑的濃度為0.1M~0.2M。
7. 一種乳膠組合物的製造方法，其包含步驟：混合一植物油、一生物可分解界面活性劑、一酸鹼緩衝劑以及水，以形成一混合物；以及對該混合物施加超聲波，以進行一乳化作用，以形成如申請專利範圍第1項所述之乳膠組合物；其中該生物可分解界面活性劑包含卵磷脂，且該生物可分解界面活性劑以重量計為該混合物之4.5~10.1%；該植物油以重量計為該混合物之9~18.2%；該酸鹼緩衝劑以重量計為該混合物之8~9.5%；該酸鹼緩衝劑同時包含檸檬酸與磷酸氫二鈉。
8. 如申請專利範圍第7項所述之乳膠組合物的製造方法，其中該超聲波的功率為10~60%。
9. 如申請專利範圍第7項所述之乳膠組合物的製造方法，其中施加該超聲波係持續15分鐘。
10. 如申請專利範圍第7項所述之乳膠組合物的製造方法，其中該植物油和該生物可分解界面活性劑的重量比為1.5：1。
11. 如申請專利範圍第7項所述之乳膠組合物的製造方法，其中該卵磷脂以重量計為該混合物之4.5~9.1%。
12. 如申請專利範圍第7項所述之乳膠組合物的製造方法，其中該生物可分解界面活性劑還包含一丁基溶纖劑，且該丁基溶纖劑以重量計為該混合物之0~1%。
13. 如申請專利範圍第7項所述之乳膠組合物的製造方法，其中該檸檬酸與該磷酸氫二鈉的重量比是1：9。
14. 如申請專利範圍第7項所述之乳膠組合物的製造方法，其中該酸鹼緩衝劑的濃度為0.1M~0.2M。