[发明专利]一种磁性纳米材料在去除海洋甲藻中的应用及其制备方法

说明书

本发明公开了一种磁性纳米材料在去除海洋甲藻中的应用及其制备方法。磁性纳米材料具体为氢氧化钙外壳包裹的纳米零价铁(即NCa材料)；其在解决零价铁易于被水体腐蚀等问题的同时，阻止了纳米零价铁与藻细胞的直接接触，从而避免了因藻细胞破裂带来的次级代谢产物的释放。由于Ca²⁺拥有较大的离子半径和较高的电荷，会使NCa材料极易与藻细胞表面带负电荷的藻类有机物产生络合作用，从而提高NCa材料在藻细胞上的附着量和附着稳定性；在此情况下，即使以强壮前沟藻细胞为代表的真核海藻尺寸远大于普通的原核藻类，NCa材料附着量增加的不同藻细胞之间依然能够产生足够大的磁吸力，实现强壮前沟藻细胞絮凝沉降。

技术领域

本发明属于水体治理技术领域，具体涉及一种磁性纳米材料NZVI@Ca(OH)₂在去除海藻中的应用。

背景技术

赤潮作为一种全球性的海洋灾害，其相关生物如藻类的大量繁殖对整个生态系统具有很强的破坏性，近年来由于环境污染的加重和气候变化，赤潮的爆发呈现出范围逐渐扩大、频率不断升高、危害日益严重的趋势。强壮前沟藻作为一种可产生溶血性毒素的有害海洋甲藻，主要分布于热带和温带海域，在我国南海和海南三亚地区常有报道，其短时间内爆发性的增殖和聚集极易引发赤潮。高密度的甲藻不仅会改变海洋环境的理化特征，使得海洋中的溶解氧含量和透明度下降，其产生的毒素还会导致鱼贝类死亡，甚至危害人体健康。有毒甲藻如强壮前沟藻作为浮游植物的一种，属于真核藻类，其藻体大小是普通藻类的数倍，对环境的适应能力更强，常用的理化手段达不到理想的去除效果或易引起胞内毒素的释放。以吸附絮凝方式进行除藻为例，由于真核海藻细胞尺寸较大，导致附着在真核海藻细胞上的磁性材料的磁引力不足以使得多个真核海藻细胞发生团聚，使得絮凝抑藻效果较差；目前涌现出的新型材料如纳米材料虽然相对之前取得了长足的进步，但也存在着处理效率低下并可能导致细胞裂解释放次级代谢产物的问题。因此，一种能适用各种水体环境并且减少次级代谢产物释放的技术是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于解决前述技术问题，利用磁性纳米材料之间的磁引力以及Ca²⁺与藻细胞表面藻类有机物之间所产生的络合作用形成的架桥，提供磁性纳米材料NZVI@Ca(OH)₂(简称NCa)在除藻中的新用途。

第一方面，本发明提供一种磁性纳米材料在抑制海洋甲藻中的应用，磁性纳米材料具体为氢氧化钙外壳包裹的纳米零价铁；其在解决零价铁易于被水体腐蚀等问题的同时，阻止了纳米零价铁与藻细胞的直接接触，从而避免了因藻细胞破裂带来的次级代谢产物的释放。该磁性纳米材料是利用藻体和水体之间的分离来实现除藻，不会造成二次污染等环境健康问题，且该磁性纳米材料可通过光遮蔽效应影响藻体本身的光合作用，在除藻的同时达到抑藻的目的。

作为优选，该磁性纳米材料相对于被处理藻液的用量大于或等于80mg/L。

作为优选，所述的海洋甲藻具体为前沟藻。

第二方面，本发明提供前述的磁性纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、在惰性气氛条件下，超声使纳米零价铁均匀分布在体系中。

步骤二、在持续超声和惰性气体气氛条件下，向均匀分布有纳米零价铁的体系中先后加入CaCl₂和NaOH的无水乙醇溶液，使得纳米零价铁的表面包覆上Ca(OH)₂。

步骤三、冲洗后得到NZVI@Ca(OH)₂磁性纳米材料。

作为优选，步骤一所述的纳米零价铁的制备过程如下：在惰性气体条件下，将NaBH₄逐滴滴入FeCl₃溶液中，制备得到NZVI。

作为优选，纳米零价铁的制备过程中，NaBH₄和FeCl₃反应的摩尔比为25:1。