[发明专利]改性植物单宁环保磁絮凝剂及分步治理高藻水体的方法

说明书

本发明提供一种改性植物单宁环保磁絮凝剂及分步治理高藻水体的方法，采用四氧化三铁纳米粒子的表面包覆共聚单宁和聚乙烯亚胺得到改性植物单宁环保磁絮凝剂，其中共聚单宁为单宁与丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体共聚的产物。利用改性植物单宁环保磁絮凝剂治理高藻水体，首先使用具有温和氧化性的过单硫酸盐处理蓝藻细胞，通过改变蓝藻细胞表面性质降低其稳定性，随后使用磁絮凝剂快速分离回收蓝藻，最后引入紫外设备快速活化过单硫酸盐以彻底降解藻类有机物和藻毒素。本发明的磁絮凝剂能够更容易捕捉藻细胞，同时投加量少，且结合分步治理高藻水体，可实现藻细胞高效去除，以及藻类有机物和藻毒素的快速彻底降解。

技术领域

本发明涉及高藻水体治理技术领域，具体而言涉及一种改性植物单宁环保磁絮凝剂及分步治理高藻水体的方法。

背景技术

由于高效、省时、运行简单和能耗低等优势，基于磁性颗粒的磁絮凝技术被广泛应用于高藻水体等水处理领域。由于蓝藻细胞表面通常呈负电性，而Fe₃O₄粒子的等电点大约在 pH3.0-5.0左右，这使其难以满足高藻水体(通常pH为7.0-9.3)的处理要求。因此，提高磁性粒子的等电点与表面正电荷量，是磁絮凝技术推广应用的关键。

通常在磁性粒子表面包覆阳离子聚合物来提高磁性粒子的等电点与表面正电荷量，人工合成聚合物，如聚丙烯酰胺(PAM)和聚合氯化铝(PAC)，已被广泛用于磁性颗粒的包覆。但是，丙烯酰胺残留单体和铝离均具有毒性，从而造成天然水体的二次污染。

植物单宁是一种储量丰富，易于获取的生物质资源，是仅次于纤维素、木质素、半纤维素的第四大林副产品。天然提取的植物单宁的等电点较低(pHpzc＝2.0～3.0)，一般需要对植物单宁进行阳离子化改性才能作为阳离子包覆材料。目前的植物单宁阳离子包覆材料主要是通过铵化改性获得，但存在电荷密度低、投加量大等问题，因此迫切需要开发新型的植物单宁阳离子包覆材料。

此外，虽然磁絮凝技术对藻细胞有较好的去除效果，但其对藻类有机物的去除效能十分有限。研究表明，磁絮凝剂处理后藻类有机物的去除率仅有10～30％左右。同时，许多研究表明，磁絮凝对藻毒素的去除率也低于50％。因此，亟需一种可同步实现藻细胞高效去除和藻类有机物有效控制的技术。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种改性植物单宁环保磁絮凝剂及分步治理高藻水体的方法，该磁絮凝剂能够更容易捕捉藻细胞，同时投加量少，且结合分步治理高藻水体，可实现藻细胞高效去除，以及藻类有机物和藻毒素的快速彻底降解。

根据本发明目的的第一方面，提供一种改性植物单宁环保磁絮凝剂，包括四氧化三铁纳米粒子，所述四氧化三铁纳米粒子的表面包覆有共聚单宁和聚乙烯亚胺，所述共聚单宁为单宁与丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体共聚的产物。

优选的，四氧化三铁纳米粒子的粒径为50-200nm。

根据本发明目的的第二方面，提供一种前述改性植物单宁环保磁絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

共聚单宁的制备：将单宁栲胶分散在超纯水中，并加入引发剂，使引发剂充分活化单宁，得到第一混合液；

向第一混合液中滴加丙烯酰胺单体和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体的混合水溶液，得到第二混合液，第二混合液在搅拌、水浴的条件下反应，将反应结束得到产物纯化清洗、干燥，得到共聚单宁TAD；

改性植物单宁环保磁絮凝剂的制备：将TAD和聚乙烯亚胺溶解在分散有四氧化三铁纳米粒子的超纯水中，得到第三混合液，向第三混合液中加入戊二醛，并在恒温水浴的条件下振荡反应，将反应结束得到的产物分离，并冲洗、干燥，得到所述改性植物单宁环保磁絮凝剂。