[發(fā)明專利]一種具有環(huán)境適應(yīng)性特點的高效絮凝除藻材料制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710015600.9
• 申請日: 2017-01-10
• 公開（公告）號: CN106630071B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王智源;陳求穩(wěn);劉俊杰
• 申請（專利權(quán)）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院
• 主分類號: C02F1/52
• 分類號: C02F1/52;C02F1/56;C02F1/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 張華蒙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于除藻材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有環(huán)境適應(yīng)性特點的高效絮凝除藻材料制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著近年來湖庫水體富營養(yǎng)化問題日益嚴(yán)重，藍(lán)藻水華暴發(fā)已成為我國面臨的嚴(yán)重水生態(tài)問題。研發(fā)新型藍(lán)藻去除材料可以及時有效地控制藍(lán)藻水華暴發(fā)的規(guī)模，緩解水華暴發(fā)帶來的不利影響，對保障飲用水安全和維護(hù)水生態(tài)系統(tǒng)健康具有重要意義。

投放絮凝劑大量去除水華暴發(fā)水體中的藻細(xì)胞是應(yīng)急處理藍(lán)藻暴發(fā)過程中最直接、最有效的除藻方法之一。傳統(tǒng)絮凝材料往往存在絮凝效率低、不易回收和破壞藻體導(dǎo)致胞內(nèi)藻毒素釋放引發(fā)二次污染等缺陷，而基于粘土的新型改性絮凝材料可以有效解決上述問題。以粘土礦物為基底，利用聚合氯化鐵、聚合氯化鋁、殼聚糖等改性劑進(jìn)行改性制備絮凝除藻材料的研究目前較為流行，可以有效提高除藻效率。

目前針對水華暴發(fā)的原位絮凝除藻材料在提高效率、減少經(jīng)濟(jì)花費、減輕二次污染等方面還有很大的提升空間。此外，上述改性粘土絮凝材料在具有不同環(huán)境特性的水體中存在理化性質(zhì)不夠穩(wěn)定、除藻效率時高時低的問題，水華暴發(fā)水體的溫度、pH以及藻濃度均會對除藻效果產(chǎn)生影響。因此，針對水環(huán)境特性優(yōu)化設(shè)計改性材料的制備與應(yīng)用過程顯得尤為必要，對擴(kuò)大改性材料的應(yīng)用范圍并提升其除藻效率具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種具有環(huán)境適應(yīng)性特點的高效絮凝除藻材料的制備方法，使其能夠在不同溫度、pH和藻濃度的水華暴發(fā)水體中具備最佳的絮凝效果；本發(fā)明的另一目的是提供該材料的應(yīng)用。

技術(shù)方案：為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種具有環(huán)境適應(yīng)性特點的高效絮凝除藻材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將納米級海泡石粉末溶于去離子水，磁力攪拌形成納米級海泡石懸濁液；將粉末狀殼聚糖溶于稀鹽酸，形成殼聚糖鹽酸溶液；參照Box–Behnken響應(yīng)曲面優(yōu)化設(shè)計的殼聚糖和粘土質(zhì)量比例，向殼聚糖酸溶液中添加納米級海泡石懸濁液，下攪拌得到混合溶液；

2)將該混合溶液放置在烘箱中烘干至恒重，得到改性粘土材料，碾碎后過300目篩，得到粉末狀殼聚糖改性粘土顆粒；

3)將粉末狀陽離子型聚丙烯酰胺溶于去離子水，磁力攪拌形成膠狀陽離子型聚丙烯酰胺溶液；

4)將粉末狀殼聚糖改性粘土顆粒，參照Box–Behnken響應(yīng)曲面優(yōu)化設(shè)計的殼聚糖、納米級海泡石和陽離子型聚丙烯酰胺比例，加入到膠狀陽離子型聚丙烯酰胺溶液中，攪拌直至充分溶解、分散均勻，得到殼聚糖改性粘土和陽離子型聚丙烯酰胺的混合溶液；

5)將過硫酸銨和N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺分別作為起始劑和聯(lián)接劑加入到步驟4)得到的混合溶液中，水浴加熱后，加入40％氫氧化鈉溶液以皂化；待自然冷卻后，離心后去除上清液，用去離子水將混合物清洗直至上清液pH達(dá)到7.0，烘箱烘干至恒重，所得固體材料冷卻后碾碎并過300目篩，所得顆粒直徑小于0.3mm，得到具有環(huán)境適應(yīng)性特點的高效絮凝除藻材料。

所述的Box–Behnken響應(yīng)曲面優(yōu)化設(shè)計設(shè)置的溫度為15-35℃和pH6-8，所述的殼聚糖和納米級海泡石的質(zhì)量比例范圍為5.46-19.19，所述的陽離子型聚丙烯酰胺與殼聚糖質(zhì)量比例范圍為6.39-18.78。

所述的殼聚糖和納米級海泡石的質(zhì)量比例，在溫度為15℃時，隨著pH從6升高到9，質(zhì)量比例從5.46升至9.81再降至9.19；溫度為35℃時，隨著pH從6升高到9，質(zhì)量比例從6.92升至12.42再降至11.96；pH為6時，隨著溫度從15℃升高到35℃，質(zhì)量比例從5.46升至14.29再降至6.92；pH為9時，隨著溫度從15℃升高到35℃，質(zhì)量比例從9.19升至18.67再降至11.96；其中，質(zhì)量比例為19.19對應(yīng)的溫度和pH條件分別為25.82℃和8.25。

所述的陽離子型聚丙烯酰胺與殼聚糖的質(zhì)量比例，溫度為15℃時，隨著pH從6升高到9，質(zhì)量比例從9.52升至10.03再降至6.39；溫度為35℃時，隨著pH從6升高到9，質(zhì)量比例從10.50升至11.62再降至9.63；pH為6時，隨著溫度從15℃升高到35℃，質(zhì)量比例從9.52升至18.07再降至10.50；pH為9時，隨著溫度從15℃升高到35℃，質(zhì)量比例從6.39升至16.25再降至9.63；其中，質(zhì)量比例18.78對應(yīng)的溫度和pH條件分別為25.58℃和7.11。

步驟2)和步驟5)中，所述的烘箱烘干溫度為70℃，烘干時間為24h。