本發(fā)明涉及環(huán)境污染治理，具體為一種快速處理污染物的復(fù)合固定劑及制備方法。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)有的水體污染治理技術(shù)中，處理效率常受到污染物性質(zhì)、反應(yīng)時間、藥劑分散性和生物相容性等因素的限制。傳統(tǒng)的污染處理劑，如單一的吸附材料或化學(xué)降解劑，雖然能夠?qū)Σ糠治廴疚锲鸬揭欢ǖ娜コЧ?，但其吸附能力有限，對?fù)雜污染物體系的降解速度緩慢，同時在環(huán)境中的穩(wěn)定性較差。

2、特別是在應(yīng)對突發(fā)性污染事件時，如藍(lán)藻爆發(fā)、重金屬泄漏等，現(xiàn)有處理技術(shù)難以在短時間內(nèi)實現(xiàn)對有機(jī)污染物、重金屬離子及藻類等多種污染成分的同步去除。此外，部分處理劑在降解過程中可能會產(chǎn)生新的有害中間產(chǎn)物，存在二次污染風(fēng)險，對生態(tài)環(huán)境造成進(jìn)一步威脅。

3、近年來，隨著納米材料的快速發(fā)展，一些研究者嘗試將納米材料應(yīng)用于污染物的快速處理。然而，納米材料的生物相容性差、穩(wěn)定性不足以及在水體中的不均勻分布仍然是其應(yīng)用的主要障礙；同時，單一類型的材料無法有效覆蓋多種污染物的去除需求。

4、因此，需要開發(fā)一種復(fù)合型固定劑，將納米半導(dǎo)體材料、天然礦物質(zhì)、微生物載體和功能性助劑相結(jié)合，能夠快速、高效地處理復(fù)雜的污染物組合，實現(xiàn)對有機(jī)污染物、重金屬離子和藻類的全面去除，并具有較好的生物相容性和環(huán)境友好性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種快速處理污染物的復(fù)合固定劑及制備方法，具備快速降解污染物、環(huán)境友好、無二次污染的優(yōu)點，解決了現(xiàn)有技術(shù)中處理效率低、兼容性差、存在二次污染風(fēng)險的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種快速處理污染物的復(fù)合固定劑，復(fù)合固定劑由以下組分組成：

3、綠色納米半導(dǎo)體材料組：摻雜型二氧化鈦、黑磷納米片；

4、天然礦物質(zhì)材料組：改性凹凸棒石、生物質(zhì)碳；

5、微生物支撐材料組：微藻基生物膜載體、多孔生物聚合物微珠；

6、功能性助劑組：殼聚糖及其衍生物、活性炭納米管；

7、環(huán)境友好型活化劑組：檸檬酸或草酸改性劑、生物基增效劑。

8、優(yōu)選的，各組分的配比范圍為：

9、綠色納米半導(dǎo)體材料組：

10、摻雜型二氧化鈦：50-150份；

11、黑磷納米片：10-30份；

12、天然礦物質(zhì)材料組：

13、改性凹凸棒石：100-300份；

14、生物質(zhì)碳：50-150份；

15、微生物支撐材料組：

16、微藻基生物膜載體：20-60份；

17、多孔生物聚合物微珠：10-40份；

18、功能性助劑組：

19、殼聚糖及其衍生物：30-90份；

20、活性炭納米管：10-30份；

21、環(huán)境友好型活化劑組：

22、檸檬酸或草酸改性劑：5-15份；

23、生物基增效劑：10-50份。

24、優(yōu)選的，各組分的配比范圍為：

25、綠色納米半導(dǎo)體材料組：

26、摻雜型二氧化鈦：80-120份；

27、黑磷納米片：15-25份；

28、天然礦物質(zhì)材料組：

29、改性凹凸棒石：150-250份；

30、生物質(zhì)碳：80-120份；

31、微生物支撐材料組：

32、微藻基生物膜載體：30-50份；

33、多孔生物聚合物微珠：20-30份；

34、功能性助劑組：

35、殼聚糖及其衍生物：50-80份；

36、活性炭納米管：15-25份；

37、環(huán)境友好型活化劑組：

38、檸檬酸或草酸改性劑：8-12份；

39、生物基增效劑：20-40份。

40、優(yōu)選的，所述摻雜型二氧化鈦的表面氧缺陷濃度為≥1.0×1018cm-2，光吸收范圍為400-550nm，光生載流子壽命為5-10ns，晶粒尺寸在20-50nm范圍內(nèi)；

41、所述改性凹凸棒石的陽離子交換容量為180-200meq/100g，孔徑分布集中在5-15nm，表面電位為-30至-50mv，ph范圍在6.5-7.5；

42、微藻基生物膜載體的膜厚為1-5μm，孔徑為10-20nm，光合氧氣釋放速率為6-8mg/l/h，生物膜密度為0.8-1.2g/cm3；

43、殼聚糖及其衍生物的螯合作用常數(shù)為≥107l/mol，分子量范圍為100,000-500,000da，脫乙酰度為≥85％，比表面積為50-100m2/g；

44、生物基增效劑的分子量為200,000-400,000da，凝膠強度為0.8-1.0mpa，溶解性在ph?6.5-7.5范圍內(nèi)穩(wěn)定。

45、一種快速處理污染物的復(fù)合固定劑的制備方法，包括以下步驟：

46、s1、納米半導(dǎo)體材料的預(yù)處理：

47、s11、摻雜型二氧化鈦的分散：將摻雜型二氧化鈦加入去離子水中，攪拌時間為20分鐘，溫度控制在25℃，得到分散液a；

48、s12、黑磷納米片的分散：將黑磷納米片加入去離子水中，攪拌30分鐘，溫度同樣控制在25℃，得到分散液b；

49、s13、納米材料的超聲處理：將s11和s12生成的分散液a和b混合后，加入0.5wt％的藻酸鈉，進(jìn)行超聲處理，形成均勻的半導(dǎo)體材料溶液；

50、s2、改性天然礦物質(zhì)的活化處理：

51、s21、懸浮液的制備：將改性凹凸棒石和生物質(zhì)碳按質(zhì)量比2:1加入去離子水中，攪拌速度為300rpm，持續(xù)攪拌30分鐘，得到懸浮液c；

52、s22、表面活性的提升：在s21生成的懸浮液c中繼續(xù)攪拌20分鐘，以改善礦物質(zhì)的表面活性；

53、s23、ph調(diào)節(jié)：對s22活性提升后的懸浮液c進(jìn)行ph調(diào)節(jié)，使用0.1m的氫氧化鈉溶液將ph調(diào)節(jié)至7.0，攪拌時間為60分鐘，得到活化的礦物質(zhì)溶液；

54、s3、微生物支撐材料的制備：

55、s31、微藻基生物膜的培養(yǎng)：將微藻培養(yǎng)液與微藻基生物膜載體材料按體積比1:2混合，保持光照強度為2000lux，培養(yǎng)12小時，形成初步生物膜溶液；

56、s32、氨基酸調(diào)節(jié)劑的添加：向s31得到的生物膜溶液中加入氨基酸調(diào)節(jié)劑，攪拌10分鐘，以增強生物膜的穩(wěn)定性；

57、s33、微珠的混合：將多孔生物聚合物微珠加入s32的溶液中，攪拌速度為150rpm，時間為15分鐘，得到微生物支撐溶液；

58、s4、功能性助劑的配制：

59、s41、殼聚糖的溶解：將殼聚糖溶解于0.5m乙酸溶液中，溶解時間為40分鐘，溶解溫度為室溫，得到基礎(chǔ)助劑溶液；

60、s42、活性炭納米管的添加：在s41的助劑溶液中加入活性炭納米管，質(zhì)量比為殼聚糖的5％，同時加入0.01m的過硫酸鈉，攪拌30分鐘，得到均勻的助劑溶液；

61、s5、環(huán)境友好型活化劑的混合：

62、s51、活化劑的初步混合：將檸檬酸與生物基增效劑混合于去離子水中，攪拌時間為15分鐘，溫度保持在30℃，形成初步溶液；

63、s52、瓊脂穩(wěn)定劑的添加：在s51的溶液中加入0.5wt％的瓊脂穩(wěn)定劑，維持?jǐn)嚢?0分鐘，溫度不低于45℃，形成穩(wěn)定的活化劑溶液；

64、s6、復(fù)合固定劑的合成：

65、s61、各溶液的混合：將s13的半導(dǎo)體材料溶液、s23的礦物質(zhì)溶液、s33的微生物支撐溶液、s42的助劑溶液和s52的活化劑溶液按配比要求依次混合，并采用逐級增壓攪拌，攪拌時間為40分鐘，形成復(fù)合溶液；

66、s62、微泡的引入：在s61的復(fù)合溶液中引入微泡發(fā)生器，產(chǎn)生直徑為50-100μm的微小氣泡，持續(xù)氣泡生成時間為20分鐘，確保氣液充分混合；

67、s63、ph的最終調(diào)節(jié)：對s62得到的復(fù)合溶液進(jìn)行ph調(diào)節(jié)至6.8-7.0，形成最終液態(tài)復(fù)合固定劑，準(zhǔn)備進(jìn)行噴灑應(yīng)用。

68、優(yōu)選的，在s13步驟中，超聲處理采用變頻模式，頻率在35-45khz之間交替變化；同時，藻酸鈉的添加過程中，ph在7.2-7.5范圍內(nèi)；

69、在s23步驟中，ph調(diào)節(jié)采用自動滴加，將0.1m的氫氧化鈉溶液以1ml/min的速度進(jìn)行滴加；

70、在s31步驟中，微藻基生物膜的培養(yǎng)采用6小時光照和6小時暗的交替周期。

71、優(yōu)選的，在s42步驟中，活性炭納米管的分散采用三階段攪拌策略：初始攪拌速度為200rpm，攪拌10分鐘；中間階段提升至400rpm，持續(xù)15分鐘；最后降低至150rpm，攪拌5分鐘；

72、在s52步驟中，瓊脂的溶解溫度保持在50-55℃，并采用水浴加熱；

73、在s61步驟中，增壓攪拌采用動態(tài)壓力控制策略，每增壓0.1mpa后保持?jǐn)嚢?分鐘，直至達(dá)到1mpa。

74、優(yōu)選的，所述在s62步驟中，微泡發(fā)生器的氣體流量為5-10l/min，并維持溶液溫度在20-25℃，確保氣泡穩(wěn)定性。

75、在s63步驟中，ph調(diào)節(jié)采用高精度ph計進(jìn)行在線監(jiān)測，調(diào)節(jié)速度控制在0.5ph/min以內(nèi)。

76、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

77、1、通過設(shè)置多種功能性組分的復(fù)合配方，將納米半導(dǎo)體材料、天然礦物質(zhì)、微生物載體和功能性助劑相結(jié)合，達(dá)到了多種污染物的快速去除效果。該復(fù)合配方在應(yīng)對有機(jī)污染物、重金屬離子和藻類時表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附速率和降解效率，適用于復(fù)雜污染環(huán)境的快速處理；

78、2、采用動態(tài)增壓攪拌和變頻超聲處理技術(shù)，有效改善了材料的分散性和溶液的均勻性，使各功能組分在制備過程中充分融合，實現(xiàn)了更高的反應(yīng)穩(wěn)定性和生物相容性，避免了水體中的不均勻分布；

79、3、通過生物相容性材料的引入，如微藻基生物膜載體和生物基增效劑，不僅提高了復(fù)合固定劑的環(huán)境友好性，還確保了處理過程中不會產(chǎn)生新的有害中間產(chǎn)物，從而有效避免了二次污染風(fēng)險；

80、4、本發(fā)明在氨氮、cod、總磷和總氮等主要污染物的去除上表現(xiàn)出優(yōu)異的效率，通過復(fù)合功能性組分的協(xié)同作用，實現(xiàn)了對這些富營養(yǎng)化污染物的快速吸附和降解，有效抑制藻類繁殖，防止藻華現(xiàn)象的發(fā)生，顯著改善水體環(huán)境。