專(zhuān)利名稱(chēng)：一種甜菜堿衍生物改性粘土及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本發(fā)明涉及有害藻華的治理領(lǐng)域，具體涉及一種甜菜堿衍生物改性粘土及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
:有害藻華(harmful algal blooms, HABs)主要指海洋中某些浮游生物(尤指藻類(lèi))在一定環(huán)境條件下爆發(fā)性繁殖和聚集，所引起的一種生態(tài)異?，F(xiàn)象。有害藻華的頻繁爆發(fā)不但給水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和旅游業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且嚴(yán)重地破壞了海洋生態(tài)平衡，甚至威脅人類(lèi)健康。目前，國(guó)際上治理有害藻華的方法可綜合為四大類(lèi):化學(xué)殺滅法、生物克制法、氣浮收集法以及絮凝沉降法?；瘜W(xué)殺滅法因化學(xué)殺藻劑本身的毒性，易造成二次環(huán)境污染，已被多國(guó)禁用。生物方法包括用微生物或病毒殺滅藻細(xì)胞。該法因可能帶來(lái)的生物入侵等原因，人們對(duì)其非常慎重，目前尚處于實(shí)驗(yàn)室研究狀況。氣浮收集法是一種用容器機(jī)械收獲藻的方法。該法 勞動(dòng)強(qiáng)度大，難以應(yīng)用于大面積水體藻華的清除。絮凝沉降法包括施用化學(xué)絮凝劑或粘土沉降去除藻類(lèi)?；瘜W(xué)絮凝劑(比如復(fù)合聚合鋁、鐵等)因其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響，已被公認(rèn)為不宜用于天然水體。到目前為止，粘土法被公認(rèn)為最有希望的藻華治理方法，并已用于現(xiàn)場(chǎng)水體的應(yīng)急處置。盡管粘土礦物治理有害藻華具有其顯著的優(yōu)勢(shì)，然而單純使用粘土進(jìn)行有害藻華治理往往存在投加量大等局限性，可造成水體渾濁，降低浮游生物密度，同時(shí)吸附在粘土表面的藻細(xì)胞易重新回到水體而引發(fā)二次藻華。因此，如何降低粘土用量便成為世界范圍內(nèi)廣為研究的內(nèi)容。目前已成功開(kāi)發(fā)出多種改性粘土，包括無(wú)機(jī)酸(硫酸)處理粘土 (如蒙脫土)(JP57131119)、過(guò)氧化氫處理粘土(JP03255008)、表面活性劑改性粘土(JP09154466)、不飽和脂肪酸與粘土復(fù)配(US6071859)以及天然高分子聚合物(殼聚糖及其衍生物，甲殼素及其衍生物)處理粘土(CN02155284.3)等等。其中季銨鹽改性粘土已成功用于南京玄武湖藍(lán)藻水華的治理，并保障了十運(yùn)會(huì)、亞運(yùn)會(huì)和深圳世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)水上項(xiàng)目以及全國(guó)首屆“綠化博覽會(huì)”等的順利進(jìn)行。雖然已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種改性粘土處置水華的方法，但目前只有季銨鹽改性粘土用于現(xiàn)場(chǎng)水體藻華的應(yīng)急處置。由于季銨鹽類(lèi)表面活性劑為化學(xué)合成物，其對(duì)海洋生物，特別是底棲生物的危害如何并不十分清楚，同時(shí)其生物可降解性和降解速率并不清楚。而不飽和脂肪酸和殼聚糖改性粘土存在成本過(guò)高的問(wèn)題，難以用于大面積藻華的實(shí)際治理。因此，進(jìn)一步篩選和發(fā)掘高效、安全的改性劑是這一技術(shù)領(lǐng)域的方向
發(fā)明內(nèi)容
:本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種安全、高效、穩(wěn)定的甜菜堿衍生物改性粘土及其制備方法。本發(fā)明的甜菜堿衍生物改性粘土的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:將粘土與水配制成懸浮液，然后向懸浮液中加入甜菜堿衍生物水溶液，使得粘土與甜菜堿衍生物的質(zhì)量比為1:0.01 0.2，再攪拌，離心，將沉淀冷凍干燥后，即得到甜菜堿衍生物改性粘土。所述的懸浮液，其重量百分比優(yōu)選為5wt%。所述的粘土，優(yōu)選為蒙脫土。所述的蒙脫土，優(yōu)選鈉化蒙脫土( Na-MMT )。所述的甜菜堿衍生物，優(yōu)選為辛基磺基甜菜堿、癸基磺基甜菜堿、3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜堿、十四烷基磺基甜菜堿或十六烷基磺基甜菜堿。所述的攪拌，優(yōu)選溫度為65°C，轉(zhuǎn)速為270r/min，時(shí)間為10h。所述的離心,優(yōu)選轉(zhuǎn)速為4000rpm/min,時(shí)間為lOmin。優(yōu)選，在離心后將所得的沉淀用蒸餾水洗滌3 4次。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種由上述甜菜堿衍生物改性粘土的制備方法制備的甜菜堿衍生物改性粘土。以塔瑪亞歷山大藻為處理對(duì)象，觀察了不同改性比例的甜菜堿衍生物改性粘土的除藻效能，結(jié)果顯示，在甜菜堿衍生物改性蒙脫土的終濃度為20mg/L時(shí)，改性比例為11%的甜菜堿衍生物改性粘土對(duì)塔瑪亞歷山大藻的去除作用最為顯著，且隨著作用時(shí)間的延長(zhǎng)，抑制作用呈增強(qiáng)趨勢(shì)，在處理96h時(shí)的抑藻率達(dá)到71%。因此，本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供了上述甜菜堿衍生物改性粘土在去除有害藻華方面的應(yīng)用。

甜菜堿作為食品添加劑廣泛應(yīng)用于食品加工業(yè)，十六烷基磺基甜菜堿作為甜菜堿衍生物家族中重要的一員，具有耐酸、堿、鹽等多種優(yōu)點(diǎn)，使得其在日用化工、油田驅(qū)油等領(lǐng)域廣為應(yīng)用。因此，其作為改性劑不僅高效、安全，而且克服了傳統(tǒng)季銨鹽表面活性劑毒性相對(duì)較大的缺點(diǎn)，同時(shí)，本發(fā)明對(duì)十六烷基磺基甜菜堿改性蒙脫土的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，明確了其結(jié)構(gòu)，避免了傳統(tǒng)的復(fù)配改性粘土結(jié)構(gòu)不明確造成的除藻效果不穩(wěn)定的局限，同時(shí)，本發(fā)明為新型高效改性粘土的研發(fā)提供了新途徑。


圖1是甜菜堿及其衍生物對(duì)塔瑪亞歷山大藻生長(zhǎng)的抑制作用，其中，SB3-8為辛基磺基甜菜堿，SB3-10為癸基磺基甜菜堿，SB3-12為3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜堿，SB3-14為十四烷基磺基甜菜堿，SB3-16為十六烷基磺基甜菜堿，betaine為甜菜堿；圖2是鈉化蒙脫土和不同改性比例的十六烷基磺基甜菜堿改性蒙脫土的XRD圖譜；圖3是不同改性比例的十六烷基磺基甜菜堿改性蒙脫土的TGA曲線；圖4是不同改性比例的十六烷基磺基甜菜堿改性蒙脫土對(duì)塔瑪亞歷山大藻的去除作用。
具體實(shí)施方式
:以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。甜菜堿購(gòu)自南京澤朗植提技術(shù)有限公司；甜菜堿衍生物包括辛基磺基甜菜堿(Octyl sulfobetaine, SB3-8)、癸基橫基甜菜喊(Caprylyl sulfobetaine, SB3-10)、3-磺丙基十二燒基二甲基甜菜堿(Lauryl sulfobetaine, SB3-12)、十四燒基磺基甜菜堿(Myristyl sulfobetaine, SB3-14)、十六燒基磺基甜菜堿(Palmitylsulfobetaine, SB3-16)購(gòu)自阿拉丁有限公司；鈉化蒙脫土(Na-MMT)購(gòu)自浙江宇宏粘土有限公司。實(shí)施例1:高效低毒的甜菜堿衍生物對(duì)塔瑪亞歷山大藻的抑制作用將塔瑪亞歷山大藻接種于f/2培養(yǎng)基中，置于智能生物人工氣候培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，溫度為20土1°C，光照強(qiáng)度80μπιΟ1.πΓ2.s_\光周期為12h: 12h，當(dāng)藻密度達(dá)到3 X IO6 4X106個(gè)/L時(shí)用于實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)在IOOmL的無(wú)菌錐形瓶中進(jìn)行，將甜菜堿、SB3-8、SB3-10、SB3-12、SB3-14和SB3-16的母液分別加入到藻液中(藻密度為3X IO6 4X IO6個(gè)/L)，使其在錐形瓶中的濃度最終為10mg/L，對(duì)照組中加入相同體積的蒸餾水。將實(shí)驗(yàn)藻液放入智能生物人工氣候培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，分別在處理后24h、48h、72h、96h和120h取樣于倒置顯微鏡下觀察、計(jì)數(shù)藻細(xì)
胞，計(jì)算抑制率。抑制率計(jì)算公式如下:
權(quán)利要求
1.一種甜菜堿衍生物改性粘土的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將粘土與水配制成懸浮液，然后向懸浮液中加入甜菜堿衍生物水溶液，使得粘土與甜菜堿衍生物的質(zhì)量比為1: 0.0l 0.2，再攪拌、離心，所得沉淀用蒸餾水洗滌3 4次，將沉淀冷凍干燥后，即得到甜菜堿衍生物改性粘土。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甜菜堿衍生物改性粘土的制備方法，其特征在于，所述的懸浮液，其重量百分比為5wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的甜菜堿衍生物改性粘土的制備方法，其特征在于，所述的粘土為蒙脫土。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的甜菜堿衍生物改性粘土的制備方法，其特征在于，所述的蒙脫土為鈉化蒙脫土。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的甜菜堿衍生物改性粘土的制備方法，其特征在于，所述的甜菜堿衍生物為辛基磺基甜菜堿、癸基磺基甜菜堿、3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜堿、十四烷基磺基甜菜堿或十六烷基磺基甜菜堿。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的甜菜堿衍生物改性粘土的制備方法，其特征在于，所述的攪拌，溫度為65°C，轉(zhuǎn)速為270r/min，時(shí)間為10h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的甜菜堿衍生物改性粘土的制備方法，其特征在于，所述的離心，其轉(zhuǎn)速為4000rpm/min,時(shí)間為lOmin。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的甜菜堿衍生物改性粘土的制備方法，其特征在于，離心后所得的沉淀用蒸餾水洗滌3 4次。
9.一種由權(quán)利要求1所述的制備方法制備的甜菜堿衍生物改性粘土。
10.權(quán)利要求9所述的甜菜堿衍生物改性粘土在去除有害藻華方面的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種甜菜堿衍生物改性粘土及其制備方法和應(yīng)用。將粘土與水配制成懸浮液，然后向懸浮液中加入甜菜堿衍生物水溶液，使得粘土與甜菜堿衍生物的質(zhì)量比為1:0.01～0.2，再攪拌、離心，將沉淀冷凍干燥后，即得到甜菜堿衍生物改性粘土。本發(fā)明的甜菜堿衍生物改性粘土作為除藻劑安全、高效、穩(wěn)定，同時(shí)，本發(fā)明對(duì)十六烷基磺基甜菜堿改性蒙脫土的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，明確了其結(jié)構(gòu)，避免了傳統(tǒng)的復(fù)配改性粘土結(jié)構(gòu)不明確造成的除藻效果不穩(wěn)定的局限，同時(shí)，本發(fā)明為新型高效改性粘土的研發(fā)提供了新途徑。
文檔編號(hào)C02F1/54GK103214076SQ20131008728
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月18日
發(fā)明者楊維東, 李赟輝, 李宏業(yè), 劉潔生 申請(qǐng)人:暨南大學(xué)