[发明专利]一种磁性絮凝剂的制备方法及其在去除铜绿微囊藻中的应用

说明书

本发明涉及一种磁性絮凝剂的制备方法及其在去除铜绿微囊藻中的应用，通过设定环境温度、调控Fesupgt;2+/supgt;/Fesupgt;3+/supgt;混合溶液、磁力搅拌均质等步骤制成，并利用磁性絮凝剂对铜绿微囊藻进行絮凝和磁性分离。该磁性絮凝剂易制备、絮凝效率高、可重复利用，并可在5分钟内高效去除水体中的铜绿微囊藻。

技术领域

本发明涉及环境保护领域，具体涉及一种磁性絮凝剂及其在去除铜绿微囊藻中的应用。

背景技术

蓝藻水华是全球重大的水环境问题之一。有害蓝藻的大量繁殖会快速消耗水体中的溶解氧，严重影响水体生态环境。同时，铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)等蓝藻还会产生具有强致癌作用藻毒素，这类藻毒素可通过水产品、饮用水等途径对人体健康造成严重的威胁。

目前，治理蓝藻水华的常用方法有机械打捞、生物防治以及絮凝等。机械打捞虽然处理效果较好，但工程量大、操作成本高。生物防治具有作用持久、环境毒副作用小等优点，但存在见效慢等缺点。相比之下，絮凝法因见效快、去除效率高等特点，更具有推广前景。传统絮凝法通常采用化学试剂的方法对蓝藻进行絮凝，进而达到沉降去除的效果，通常可达到90％以上的蓝藻去除率。但仍需要数小时进行絮体沉降分离，且部分絮凝剂(如氯化铝，氯化铁等)会不可避免地残留在水体中，从而造成二次污染。另外，传统的化学絮凝剂通常为一次性试剂，难以实现重复利用。

近年来，磁性絮凝剂因具有絮体分离速度快、分离成本低、絮凝效率高、操作简单等特点，受到人们的广泛关注。Jiang等人开发出一种Fe₃O₄/聚合氯化铁磁性絮凝剂(Jiangel al.,The effect of magnetic nanoparticles on Microcystis aeruginosa removalby a composite coagulant.Colloid Surface A,2010,369:260-267)，可在2h内去除至少80％的铜绿微囊藻。在偏酸性的溶液中(pH＝4.0～7.0)，由于Fe₃O₄纳米颗粒带正电荷而铜绿微囊藻带负电荷，两者因发生静电吸引从而形成絮体，进而实现铜绿微囊藻的去除。但当溶液的pH值大于Fe₃O₄纳米颗粒的等电点(约pH＝6.8)时，Fe₃O₄纳米颗粒表面则带负电荷，而铜绿微囊藻的等电点远低于Fe₃O₄纳米颗粒。因此，在偏碱性的溶液中，Fe₃O₄纳米颗粒与铜绿微囊藻产生静电排斥作用，使Fe₃O₄纳米颗粒的絮凝效率降低。针对此问题，Yang等人发展了一种利用聚乙烯亚胺改性的磁性絮凝剂(Yang et al.,Interpretation of thedisparity in harvesting efficiency of different types of Microcystisaeruginosa using polyethylenimine(PEI)-coated magnetic nanoparticles.AlgalRes,2018,29:257-265)，经改性后的磁性絮凝剂对铜绿微囊藻的去除率达90％左右，循环利用3次后对铜绿微囊藻的去除率为63.5％。Yin等报道了一种壳聚糖改性的Fe₃O₄纳米复合絮凝剂(Yin et al.,Biocompatible magnetic flocculant for efficient harvestingof microalgal cells:Isotherms,mechanisms and water recycling.Sep PurifTechnol,2021,279:119679),在10min内可絮凝95.49％的Chlorella vulgaris，但溶液pH需维持在3.0～4.0时才能发挥较好的絮凝效果。