[发明专利]一种具有环境适应性特点的高效絮凝除藻材料制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于除藻材料技术领域，具体涉及一种具有环境适应性特点的高效絮凝除藻材料制备方法和应用。

背景技术

随着近年来湖库水体富营养化问题日益严重，蓝藻水华暴发已成为我国面临的严重水生态问题。研发新型蓝藻去除材料可以及时有效地控制蓝藻水华暴发的规模，缓解水华暴发带来的不利影响，对保障饮用水安全和维护水生态系统健康具有重要意义。

投放絮凝剂大量去除水华暴发水体中的藻细胞是应急处理蓝藻暴发过程中最直接、最有效的除藻方法之一。传统絮凝材料往往存在絮凝效率低、不易回收和破坏藻体导致胞内藻毒素释放引发二次污染等缺陷，而基于粘土的新型改性絮凝材料可以有效解决上述问题。以粘土矿物为基底，利用聚合氯化铁、聚合氯化铝、壳聚糖等改性剂进行改性制备絮凝除藻材料的研究目前较为流行，可以有效提高除藻效率。

目前针对水华暴发的原位絮凝除藻材料在提高效率、减少经济花费、减轻二次污染等方面还有很大的提升空间。此外，上述改性粘土絮凝材料在具有不同环境特性的水体中存在理化性质不够稳定、除藻效率时高时低的问题，水华暴发水体的温度、pH以及藻浓度均会对除藻效果产生影响。因此，针对水环境特性优化设计改性材料的制备与应用过程显得尤为必要，对扩大改性材料的应用范围并提升其除藻效率具有重要意义。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种具有环境适应性特点的高效絮凝除藻材料的制备方法，使其能够在不同温度、pH和藻浓度的水华暴发水体中具备最佳的絮凝效果；本发明的另一目的是提供该材料的应用。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有环境适应性特点的高效絮凝除藻材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将纳米级海泡石粉末溶于去离子水，磁力搅拌形成纳米级海泡石悬浊液；将粉末状壳聚糖溶于稀盐酸，形成壳聚糖盐酸溶液；参照Box–Behnken响应曲面优化设计的壳聚糖和粘土质量比例，向壳聚糖酸溶液中添加纳米级海泡石悬浊液，下搅拌得到混合溶液；

2)将该混合溶液放置在烘箱中烘干至恒重，得到改性粘土材料，碾碎后过300目筛，得到粉末状壳聚糖改性粘土颗粒；

3)将粉末状阳离子型聚丙烯酰胺溶于去离子水，磁力搅拌形成胶状阳离子型聚丙烯酰胺溶液；

4)将粉末状壳聚糖改性粘土颗粒，参照Box–Behnken响应曲面优化设计的壳聚糖、纳米级海泡石和阳离子型聚丙烯酰胺比例，加入到胶状阳离子型聚丙烯酰胺溶液中，搅拌直至充分溶解、分散均匀，得到壳聚糖改性粘土和阳离子型聚丙烯酰胺的混合溶液；

5)将过硫酸铵和N，N'-亚甲基双丙烯酰胺分别作为起始剂和联接剂加入到步骤4)得到的混合溶液中，水浴加热后，加入40％氢氧化钠溶液以皂化；待自然冷却后，离心后去除上清液，用去离子水将混合物清洗直至上清液pH达到7.0，烘箱烘干至恒重，所得固体材料冷却后碾碎并过300目筛，所得颗粒直径小于0.3mm，得到具有环境适应性特点的高效絮凝除藻材料。

所述的Box–Behnken响应曲面优化设计设置的温度为15-35℃和pH6-8，所述的壳聚糖和纳米级海泡石的质量比例范围为5.46-19.19，所述的阳离子型聚丙烯酰胺与壳聚糖质量比例范围为6.39-18.78。

所述的壳聚糖和纳米级海泡石的质量比例，在温度为15℃时，随着pH从6升高到9，质量比例从5.46升至9.81再降至9.19；温度为35℃时，随着pH从6升高到9，质量比例从6.92升至12.42再降至11.96；pH为6时，随着温度从15℃升高到35℃，质量比例从5.46升至14.29再降至6.92；pH为9时，随着温度从15℃升高到35℃，质量比例从9.19升至18.67再降至11.96；其中，质量比例为19.19对应的温度和pH条件分别为25.82℃和8.25。

所述的阳离子型聚丙烯酰胺与壳聚糖的质量比例，温度为15℃时，随着pH从6升高到9，质量比例从9.52升至10.03再降至6.39；温度为35℃时，随着pH从6升高到9，质量比例从10.50升至11.62再降至9.63；pH为6时，随着温度从15℃升高到35℃，质量比例从9.52升至18.07再降至10.50；pH为9时，随着温度从15℃升高到35℃，质量比例从6.39升至16.25再降至9.63；其中，质量比例18.78对应的温度和pH条件分别为25.58℃和7.11。

步骤2)和步骤5)中，所述的烘箱烘干温度为70℃，烘干时间为24h。