專利名稱：一種基于碳基催化劑的藍(lán)藻微波治理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于碳基催化劑的藍(lán)藻微波治理方 法。
背景技術(shù)：
藍(lán)藻又稱藍(lán)細(xì)菌，是地球上現(xiàn)存的一種最古老的植物類群，是一種廣適性藻類，在 85°C的溫泉中，在高山的冰雪中，在海洋及淡水中均有生存，并且繁殖速度非常快，能在水 面形成一層數(shù)十厘米厚的藍(lán)綠色帶有腥臭味的浮沫，稱為“水華”，在水華衰老期間，能將水 中溶解的氧耗盡，引起魚類和水生動(dòng)物窒息死亡。有些種類(如微囊藻)還會(huì)產(chǎn)生毒素(微 囊藻毒素)，藻毒素除了直接對(duì)魚類、人畜產(chǎn)生毒害之外，也是肝癌的重要誘因。藍(lán)藻在危 害人類健康的同時(shí)，也影響了水生生物的生長(zhǎng)發(fā)育，破壞了自然景觀和環(huán)境。2007年5月 底，太湖藍(lán)藻提前爆發(fā)，一夜之間數(shù)百萬(wàn)群眾的飲用水安全受到了嚴(yán)重威脅，同樣嚴(yán)重的情 況也出現(xiàn)在了滇池和巢湖中。中國(guó)水污染問題已展現(xiàn)在人們面前，中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保 護(hù)的關(guān)系引起我們深思，治理藍(lán)藻已成為一個(gè)亟待解決的問題。隨著人們對(duì)藍(lán)藻認(rèn)識(shí)的逐漸深入，國(guó)內(nèi)外對(duì)藍(lán)藻的治理方法也層出不窮，通常情 況下采取打撈和預(yù)防控制措施。加拿大Smave集團(tuán)經(jīng)過(guò)20多年的摸索，發(fā)明了 F0XIN-SAMVE 環(huán)保工作船；韓國(guó)海洋水產(chǎn)部斥資23. 5億韓元打造了“海洋清掃號(hào)”打撈船，對(duì)藍(lán)藻的治理 起到了一定的作用。但是，僅僅只是一味的打撈，藍(lán)藻的生存環(huán)境沒有變，水域內(nèi)的氮、磷等 富營(yíng)氧化程度會(huì)相對(duì)加劇，反而會(huì)使藍(lán)藻在短時(shí)間內(nèi)以更快的速度繁殖。因此，科研工作者 又從物理方法、生物方法及化學(xué)方法等領(lǐng)域進(jìn)行了藍(lán)藻的治理研究。物理法即機(jī)械除藻，如 挖泥法、拉網(wǎng)撈藻法或加入粘土絮凝沉降劑等，成本較高，能源消耗較大；生物法即利用生 物菌或放入特殊水體動(dòng)物如放入鰱魚、食藻蟲、微生物制劑等除藻；化學(xué)法中主要是采用化 學(xué)藥劑殺死藻類，常用的化學(xué)藥劑有硫酸銅、二氧化氯等，臭氧和高錳酸鉀作為除藻劑的也 有研究，這種方法可以高效及時(shí)地控制藍(lán)藻的繁殖，但化學(xué)藥劑對(duì)水體生態(tài)帶來(lái)的負(fù)面影 響極其嚴(yán)重，藍(lán)藻繁殖很快，當(dāng)天使用當(dāng)天有效，但過(guò)1 2天又大量繁殖，可以說(shuō)此法是一 種權(quán)宜之計(jì)，在使用除藻劑后，死藻仍留在水體中，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不能被移出水體，藍(lán)藻還是會(huì) 繁殖出新藍(lán)藻，所以必須連續(xù)間歇加注，因此耗藥量大，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，多余的藥劑又會(huì)造成 水體二次污染。因此，尋找一種耗時(shí)短，對(duì)水體環(huán)境無(wú)污染，簡(jiǎn)單易行的藍(lán)藻處理方法變得 尤為重要。與上述研究方法相比較，本發(fā)明所提供的藍(lán)藻治理方法簡(jiǎn)單易行，成本低廉，省時(shí) 高效，能在短短3分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)藻的高效處理，且不會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生二次污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種方法簡(jiǎn)單、成本低廉、省時(shí)高效、對(duì)生態(tài)無(wú)影響的治理 藍(lán)藻的新方法。本發(fā)明主要包括以下步驟
1)將碳材料用去離子水洗滌3次以上，在質(zhì)量濃度8% 10%的鹽酸水溶液中 浸泡過(guò)夜，然后用蒸餾水洗滌3次以上，在蒸餾水中煮沸，再用蒸餾水反復(fù)沖洗至中性后烘 干，得預(yù)處理碳材料，所述的碳材料為活性炭、炭黑或碳纖維；2)將步驟1)所得的預(yù)處理后的碳材料在含有0. lg/L 1. Og/L Fe3+、A13+或Cu2+ 離子的溶液中浸泡3 5小時(shí)，取出烘干，即得金屬離子改性的碳催化劑；3)向50mL光密度值為0. 6的藍(lán)藻中加入Ig步驟2)所得的金屬離子改性的碳催 化劑，進(jìn)行微波處理，微波反應(yīng)的功率為400 600W，微波反應(yīng)的溫度為60 90°C;在3分 鐘內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)藻的高效處理。本發(fā)明的效果和優(yōu)點(diǎn)1、方法簡(jiǎn)單易行，無(wú)需大型儀器設(shè)備，只需普通微波反應(yīng)器即可；2、催化劑原材料價(jià)廉易得且綠色無(wú)毒，我國(guó)碳材料資源豐富，原料充足；3、省時(shí)高效，在短短3分鐘內(nèi)即可使藍(lán)藻的光密度(optical density，0D)值下降 76%，葉綠素a的含量降低85%，光學(xué)顯微鏡下可以觀察到藍(lán)藻細(xì)胞壁破裂，同時(shí)測(cè)得超氧 化物歧化酶(superoxidase dismutase, SOD)失活，谷胱甘肽(L-Glutathione, GSH)含量下 降，說(shuō)明本發(fā)明的方法對(duì)抑制藍(lán)藻的生長(zhǎng)有顯著效果；4、本發(fā)明的方法是在實(shí)驗(yàn)室的小型微波反應(yīng)器中進(jìn)行的，將處理液和催化劑用量 相應(yīng)地放大后，使用中型微波處理裝置，也可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)藻的快速高效處理。因 此，通過(guò)大型微波裝置，只需擴(kuò)大催化劑的用量就可實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)藍(lán)藻水華的治理。


圖1是不同微波時(shí)間受試藍(lán)藻的濁度變化圖；圖中a為不加催化劑的微波體系對(duì)藍(lán)藻的處理效果圖(記為MW)，b為加入 Fe3+(FeCl3)離子改性的碳催化劑的微波體系處理藍(lán)藻的效果圖(記為MW+FeCl3/C)；圖2是麗組和麗+FeCl3/C組在不同時(shí)間的濁度變化圖；圖3是麗組和MW+FeCl3/C組在680nm處的光密度值隨時(shí)間的變化圖；圖4是麗組和MW+FeCl3/C組葉綠素a含量隨反應(yīng)時(shí)間的變化圖(乙醇提取葉綠 素，分光光度法測(cè)定)；圖5是MW+FeCl3/C組微波反應(yīng)2min時(shí)的光學(xué)顯微鏡觀察結(jié)果；圖6是MW+FeCl3/C組超氧化物岐化酶SOD活性隨反應(yīng)時(shí)間的變化圖(用SOD試 劑盒測(cè)試)；圖7是MW+FeCl3/C組藍(lán)藻谷胱甘肽GSH含量隨反應(yīng)時(shí)間的變化圖(用GSH試劑 盒測(cè)試)。與藍(lán)藻直接微波的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的方法可以大幅度地降低藍(lán) 藻的濁度，OD值及葉綠素a的含量。從圖1和圖2結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的方法可以顯著 降低藍(lán)藻的濁度，該方法在3分鐘的處理時(shí)間內(nèi)可使受試藍(lán)藻變?yōu)槌吻?；圖5光學(xué)顯微鏡觀 察的結(jié)果可以看出用本發(fā)明的方法在2min的時(shí)間里可以使藍(lán)藻的細(xì)胞壁破裂，原生質(zhì)體 的內(nèi)含物不同程度溶出，且在反應(yīng)體系中可產(chǎn)生大量的自由基，使SOD酶失活(圖6)，導(dǎo)致 藍(lán)藻細(xì)胞受損；隨著SOD酶活性的喪失，細(xì)胞為抵御大量自由基的侵襲，谷胱甘肽GSH的含 量(圖7)呈上升趨勢(shì)，但是隨著自由基含量的繼續(xù)增加，GSH清除自由基的能力下降，細(xì)胞
4內(nèi)相應(yīng)的抗性體系受到影響，GSH含量逐漸降低，說(shuō)明細(xì)胞抗氧化能力減弱，逐漸受損死亡。 以上結(jié)果可充分說(shuō)明本發(fā)明提供的方法對(duì)抑制藍(lán)藻的生長(zhǎng)有顯著效果。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1碳材料預(yù)處理將活性炭、炭黑或碳纖維用去離子水洗滌3次以上，在質(zhì)量濃度 8% 10%的鹽酸水溶液中浸泡過(guò)夜，然后用蒸餾水洗滌3次以上，在蒸餾水中煮沸，再用 蒸餾水反復(fù)沖洗至中性后烘干，得預(yù)處理碳材料活性炭、炭黑或碳纖維；將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的碳材料浸泡在含0. lg/L的Fe3+(FeCl3)溶液中，取出，干燥，得金 屬離子改性的碳催化劑；取50mL藍(lán)藻加入IOOmL的圓底燒瓶中，加入Ig的上述碳催化劑進(jìn) 行微波反應(yīng)。微波條件為80°C，400W。在3分鐘內(nèi)藍(lán)藻變?yōu)槌吻?。?shí)施例2碳材料預(yù)處理同實(shí)施例1 ；將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的碳材料浸泡在含0. 2g/L的Al3+溶液中，取出，干燥，得金屬離子改 性的碳催化劑；取50mL藍(lán)藻加入IOOmL的圓底燒瓶中，加入Ig的上述碳催化劑進(jìn)行微波反 應(yīng)。微波條件為80°C，400W。在3分鐘內(nèi)藍(lán)藻變?yōu)槌吻濉?shí)施例3 碳材料預(yù)處理同實(shí)施例1 ；將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的碳材料浸泡在含0. lg/L的Cu2+溶液中，取出，干燥，得金屬離子改 性的碳催化劑；取50mL藍(lán)藻加入IOOmL的圓底燒瓶中，加入Ig的上述碳催化劑進(jìn)行微波反 應(yīng)。微波條件為80°C，400W。在3分鐘內(nèi)藍(lán)藻變?yōu)槌吻濉?shí)施例4碳材料預(yù)處理同實(shí)施例1 ；將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的碳材料浸泡在含0. 3g/L的Fe3+溶液中，取出，干燥，得金屬離子改 性的碳催化劑；取50mL藍(lán)藻加入IOOmL的圓底燒瓶中，加入Ig的上述碳催化劑進(jìn)行微波反 應(yīng)。微波條件為90°C，600W。在3分鐘內(nèi)藍(lán)藻變?yōu)槌吻?。?shí)施例5碳材料預(yù)處理同實(shí)施例1 ；將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的碳材料浸泡在含0. 3g/L的Al3+溶液中，取出，干燥，得金屬離子改 性的碳催化劑；取50mL藍(lán)藻加入IOOmL的圓底燒瓶中，加入Ig的上述碳催化劑進(jìn)行微波反 應(yīng)。微波條件為90°C，600W。在3分鐘內(nèi)藍(lán)藻變?yōu)槌吻?。?shí)施例6碳材料預(yù)處理同實(shí)施例1 ； 將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的碳材料浸泡在含lg/L的Cu2+溶液中，取出，干燥，得金屬離子改性 的碳催化劑；取50mL藍(lán)藻加入IOOmL的圓底燒瓶中，加入Ig的上述碳催化劑進(jìn)行微波反 應(yīng)。微波條件為90°C，600W。在3分鐘內(nèi)藍(lán)藻變?yōu)槌吻?。?shí)施例7碳材料預(yù)處理同實(shí)施例1 ；將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的碳材料浸泡在含0. 2g/L的Al3+溶液中，取出，干燥，得金屬離子改
5性的碳催化劑；取50mL藍(lán)藻加入IOOmL的圓底燒瓶中，加入Ig的上述碳催化劑進(jìn)行微波反 應(yīng)。微波條件為60°C，400W。在3分鐘內(nèi)藍(lán)藻變?yōu)槌吻濉?br> 權(quán)利要求
一種基于碳基催化劑的藍(lán)藻微波治理方法，其特征在于包括以下步驟1)將碳材料用去離子水洗滌3次以上，在質(zhì)量濃度8％～10％的鹽酸水溶液中浸泡過(guò)夜，然后用蒸餾水洗滌3次以上，在蒸餾水中煮沸，再用蒸餾水反復(fù)沖洗至中性后烘干，得預(yù)處理碳材料，所述的碳材料為活性炭、炭黑或碳纖維；2)將步驟1)所得的預(yù)處理后的碳材料在含有0.1g/L～1.0g/LFe3+、Al3+或Cu2+離子的溶液中浸泡3～5小時(shí)，取出烘干，即得金屬離子改性的碳催化劑；3)向50mL光密度值為0.6的藍(lán)藻中加入1g步驟2)所得的金屬離子改性的碳催化劑，進(jìn)行微波處理，微波反應(yīng)的功率為400～600W，微波反應(yīng)的溫度為60～90℃；在3分鐘內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)藻的高效處理。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于碳基催化劑的藍(lán)藻微波治理方法，其特征在于在微波反應(yīng)的體系中加入經(jīng)金屬離子改性的活性炭、炭黑或碳纖維，即碳催化劑，可在極短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)藻的高效殺滅。本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單易行，催化劑原材料價(jià)廉易得，處理藍(lán)藻的效果非常顯著，且不會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生二次污染。
文檔編號(hào)C02F1/30GK101972622SQ20101029724
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者張禮知, 李朋娜 申請(qǐng)人:華中師范大學(xué)