复合粘土对微囊藻的去除能力
目 录
1绪论 1
1.1国内外研究现状 1
1.2壳聚糖在水体中的应用原理 1
1.2.1吸附与絮凝作用 1
1.2.2去除水中有机物 2
1.2.3去除水体中藻类 2
1.2.4壳聚糖吸附废水中重金属离子 3
1.3壳聚糖凹凸棒石的研究 3
1.3.1吸附性 3
1.3.2流变性 4
1.3.3催化性 4
2材料的制备与表征 5
2.1实验试剂与仪器 5
2.1.1实验材料 5
2.1.2实验仪器 5
2.2实验部分 6
2.2.2材料的制备 6
2.2.3材料的表征与分析 7
3复合凹凸棒石石凹凸棒石对微囊藻的去除能力研究 10
3.1实验试剂与仪器 10
3.1.1实验试剂 10
3.1.2实验仪器 10
3.2微囊藻的去除实验 10
3.2.1实验准备 10
3.2.2微囊藻的去除实验 13
3.2.2.1投加量实验 13
3.2.2.2絮凝时间实验 14
3.3结果与讨论 14
3.3.1投加量的确定 14
3.3.2吸附时间的确定 16
3.4.1吸附材料的选择 17
3.4絮凝机理的探讨 19
3.4.1不同壳聚糖量改性凹凸棒石对材料zeta电位的影响 19
3.4.2不同pH值对凹凸棒石zeta电位的影响 19
结 论 19
致 谢 21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
参考文献 22
1绪论
1.1国内外研究现状
如何治理大面积水域中有害藻类的过渡繁殖生长，使水体生态系统恢复健康，是我国乃至全世界的重大环境科学前沿之一。从上世纪80年代至今，国内外专家，学者在藻华治理方面进行了大量的室内和野外研究，探索了多种治理措施，也包括一些应急措施。小到水池、池塘。大到水库、湖泊甚至海洋，其控藻、除藻的方法有所不同，各种控藻方法的适应范围、条件也不同。归纳起来，藻华的控制方法主要分为物理、化学和生物等方法。其中物理方法常用机械或者人工打捞、过滤除藻、气浮除藻和遮光技术等方法。物理法表现的最为直接，它直接清除水体中的藻类，不会产生二次污染。但是需要昂贵的费用，因此该方法只能局限于小水体或大水体的局部水域的藻类去除；化学除藻法主要是通过投加除藻剂或对含藻水样进行混凝沉淀方式除藻。化学氧化剂除藻时间效应快，可快速杀死藻类，是去除藻类采用较多的方法，其工艺相对简单，可控作性强。目前，常用的化学除藻法包括杀藻剂除藻法、混凝沉淀除藻以及化学预氧化除藻法等；生物除藻技术是指利用生态平衡等原理对藻类的生长和繁殖进行抑制，从而达到控制藻类数量的目的。其除藻机理主要是利用藻类的天敌及其产生的生长抑制物来抑制或杀灭藻类。目前，应用较多的生物除藻技术主要有以下几种：利用植物间相互抑制物质来抑制藻类、发展虑食性鱼类除藻和生物接触氧化等。
1.2壳聚糖在水体中的应用原理
1.2.1吸附与絮凝作用
壳聚糖(chitosan)是由2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D葡萄糖与2-氨基-2脱氧-D-葡萄糖由β-（1,4）糖苷键连接而成的一种线性的高分子聚合物，分子式为(C6H11 NO4) n除了天然存在于毛霉等菌目中之外，也可由甲壳素脱去55 %以上。的乙酰基而得，又名甲壳胺。1859 年由Rouget首次发现[12]，是一种碱性糖，白色、半透明、无定性，有些珍珠光泽的固体，因其原料和制备方法的不同，其相对分子质量从数十万到数百万不等，壳聚糖具有耐碱、耐腐蚀、无毒、无味、易降解等特点。壳聚糖在水处理方面的应用是极其广泛的，壳聚糖可作为吸附剂、絮凝剂及抑菌剂应用于废水处理，重金属离子的回收处理，除藻、抑制大肠杆菌、脱色处理及饮用水的净化处理等。
图1壳聚糖（左）与结构图（右）
壳聚糖存在大量的碱性氨基多糖，并带正电荷，故对含酸性基团的污染物具有良好的吸附作用，且脱乙酰度越高，机械强度越大生物相容性增加，其吸附作用越强。此外，由于壳聚糖是以活泼氨基代替了惰性基团乙酰胺基，不仅溶解性能大大提高，而且氨基能与许多有机试剂发生化学改性，从而赋予壳聚糖多种性能故可作为天然有机高分子絮凝剂，在水处理中作为吸附剂、絮凝剂等用于废水的脱色、工业生产中废水的吸附与絮凝反应等。
1.2.2去除水中有机物
对天然有机物(NOM)的去除是消毒副产物的前驱体，壳聚糖可絮凝去除水中的一部分NOM，这对于饮用水中消毒副产物浓度的降低具有重要意义。Bratskaya[11]等研究表明，壳聚糖对腐殖酸及其衍生物的配水中的色度去除率基本为100%。单宁酸和酚醛聚合物等有机物质也是水NOM的组成部分，壳聚糖对于这些物质的絮凝去除率最高可达46%。由于壳聚糖是阳离子型絮凝剂，极易与负电性的大分子腐殖酸类絮凝，因而具有较好的去除作用。壳聚糖对水中色度有很好的去除效果，当原水中TOC为5.5mg/L时，用壳聚糖絮凝后，TOC和色度的去除率分别为40%和80%[9-10]。
1.2.3去除水体中藻类
据报道[3]壳聚糖对淡水藻即螺旋藻，颤藻，小球藻，及蓝绿藻具去除效果。结果表明，对于淡水物种，pH值为7时去除效果最好，而对于海洋物种，pH值则低些。壳聚糖的适宜投加量取决于水体中的藻类浓度。藻类浓度越高，所需投加的壳聚糖剂量也越多。
而壳聚糖投加量的增加，往往使絮凝和沉淀进行得更快。浊度即可衡量藻类的去除情况。当pH值为7时，5mg /L壳聚糖对水中浊度去除可达90%，且藻类浓度越高，絮体颗粒越粗大，沉降性能越好。由镜检得知，絮凝沉降而被去除的藻类只是聚集粘附在一起，仍处于完好的活泼状态。由于壳聚糖并不会对水中的物种造成任何负面影响，与加入其他人工合成有机物水处理不同的是，处理后的水仍可用于淡水养殖。
1.2.4壳聚糖吸附废水中重金属离子
壳聚糖作为一种天然的阳离子交换树脂，其分子中的-NH2可与很多重金属离子形成配合物[1]，其特殊的多孔结构，使其比表面积相当大，吸附金属离子容量大。实验表明，壳聚糖可用作重金属离子的吸附剂，其吸附率随着一定限度内的pH值、壳聚糖用量，吸附时间的增加而增加，但壳聚糖的吸附量因不同重金属种类而异。在一定的体系条件下，吸附达到平衡时，只要外界条件不变，吸附平衡也不变。壳聚糖不影响水的本底成分，适用于饮用水净化及污水处理，因其原料广、成本低、制备方法简单，因而具有广阔的前景。
1.3壳聚糖凹凸棒石的研究
凹凸棒石石具有的独特链层状晶体结构，赋予了凹凸棒石石粘土许多特殊的物理化学性质,主要包括吸附性、离子交换、流变性、催化性等。因而广泛用于石油、化工、建材、化工、造纸、医药、农业、环保等领域。
2材料的制备与表征
粒度分布；采用马尔文仪器ZS90纳米粒度和zate电位及分子量分析仪来测试材料的粒度尺寸以及分布情况，如下图所示。
图4凹凸棒石/壳聚糖复合凹凸棒石/纳米碳复合凹凸棒石的粒度分布图
1绪论 1
1.1国内外研究现状 1
1.2壳聚糖在水体中的应用原理 1
1.2.1吸附与絮凝作用 1
1.2.2去除水中有机物 2
1.2.3去除水体中藻类 2
1.2.4壳聚糖吸附废水中重金属离子 3
1.3壳聚糖凹凸棒石的研究 3
1.3.1吸附性 3
1.3.2流变性 4
1.3.3催化性 4
2材料的制备与表征 5
2.1实验试剂与仪器 5
2.1.1实验材料 5
2.1.2实验仪器 5
2.2实验部分 6
2.2.2材料的制备 6
2.2.3材料的表征与分析 7
3复合凹凸棒石石凹凸棒石对微囊藻的去除能力研究 10
3.1实验试剂与仪器 10
3.1.1实验试剂 10
3.1.2实验仪器 10
3.2微囊藻的去除实验 10
3.2.1实验准备 10
3.2.2微囊藻的去除实验 13
3.2.2.1投加量实验 13
3.2.2.2絮凝时间实验 14
3.3结果与讨论 14
3.3.1投加量的确定 14
3.3.2吸附时间的确定 16
3.4.1吸附材料的选择 17
3.4絮凝机理的探讨 19
3.4.1不同壳聚糖量改性凹凸棒石对材料zeta电位的影响 19
3.4.2不同pH值对凹凸棒石zeta电位的影响 19
结 论 19
致 谢 21
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参考文献 22
1绪论
1.1国内外研究现状
如何治理大面积水域中有害藻类的过渡繁殖生长，使水体生态系统恢复健康，是我国乃至全世界的重大环境科学前沿之一。从上世纪80年代至今，国内外专家，学者在藻华治理方面进行了大量的室内和野外研究，探索了多种治理措施，也包括一些应急措施。小到水池、池塘。大到水库、湖泊甚至海洋，其控藻、除藻的方法有所不同，各种控藻方法的适应范围、条件也不同。归纳起来，藻华的控制方法主要分为物理、化学和生物等方法。其中物理方法常用机械或者人工打捞、过滤除藻、气浮除藻和遮光技术等方法。物理法表现的最为直接，它直接清除水体中的藻类，不会产生二次污染。但是需要昂贵的费用，因此该方法只能局限于小水体或大水体的局部水域的藻类去除；化学除藻法主要是通过投加除藻剂或对含藻水样进行混凝沉淀方式除藻。化学氧化剂除藻时间效应快，可快速杀死藻类，是去除藻类采用较多的方法，其工艺相对简单，可控作性强。目前，常用的化学除藻法包括杀藻剂除藻法、混凝沉淀除藻以及化学预氧化除藻法等；生物除藻技术是指利用生态平衡等原理对藻类的生长和繁殖进行抑制，从而达到控制藻类数量的目的。其除藻机理主要是利用藻类的天敌及其产生的生长抑制物来抑制或杀灭藻类。目前，应用较多的生物除藻技术主要有以下几种：利用植物间相互抑制物质来抑制藻类、发展虑食性鱼类除藻和生物接触氧化等。
1.2壳聚糖在水体中的应用原理
1.2.1吸附与絮凝作用
壳聚糖(chitosan)是由2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D葡萄糖与2-氨基-2脱氧-D-葡萄糖由β-（1,4）糖苷键连接而成的一种线性的高分子聚合物，分子式为(C6H11 NO4) n除了天然存在于毛霉等菌目中之外，也可由甲壳素脱去55 %以上。的乙酰基而得，又名甲壳胺。1859 年由Rouget首次发现[12]，是一种碱性糖，白色、半透明、无定性，有些珍珠光泽的固体，因其原料和制备方法的不同，其相对分子质量从数十万到数百万不等，壳聚糖具有耐碱、耐腐蚀、无毒、无味、易降解等特点。壳聚糖在水处理方面的应用是极其广泛的，壳聚糖可作为吸附剂、絮凝剂及抑菌剂应用于废水处理，重金属离子的回收处理，除藻、抑制大肠杆菌、脱色处理及饮用水的净化处理等。
图1壳聚糖（左）与结构图（右）
壳聚糖存在大量的碱性氨基多糖，并带正电荷，故对含酸性基团的污染物具有良好的吸附作用，且脱乙酰度越高，机械强度越大生物相容性增加，其吸附作用越强。此外，由于壳聚糖是以活泼氨基代替了惰性基团乙酰胺基，不仅溶解性能大大提高，而且氨基能与许多有机试剂发生化学改性，从而赋予壳聚糖多种性能故可作为天然有机高分子絮凝剂，在水处理中作为吸附剂、絮凝剂等用于废水的脱色、工业生产中废水的吸附与絮凝反应等。
1.2.2去除水中有机物
对天然有机物(NOM)的去除是消毒副产物的前驱体，壳聚糖可絮凝去除水中的一部分NOM，这对于饮用水中消毒副产物浓度的降低具有重要意义。Bratskaya[11]等研究表明，壳聚糖对腐殖酸及其衍生物的配水中的色度去除率基本为100%。单宁酸和酚醛聚合物等有机物质也是水NOM的组成部分，壳聚糖对于这些物质的絮凝去除率最高可达46%。由于壳聚糖是阳离子型絮凝剂，极易与负电性的大分子腐殖酸类絮凝，因而具有较好的去除作用。壳聚糖对水中色度有很好的去除效果，当原水中TOC为5.5mg/L时，用壳聚糖絮凝后，TOC和色度的去除率分别为40%和80%[9-10]。
1.2.3去除水体中藻类
据报道[3]壳聚糖对淡水藻即螺旋藻，颤藻，小球藻，及蓝绿藻具去除效果。结果表明，对于淡水物种，pH值为7时去除效果最好，而对于海洋物种，pH值则低些。壳聚糖的适宜投加量取决于水体中的藻类浓度。藻类浓度越高，所需投加的壳聚糖剂量也越多。
而壳聚糖投加量的增加，往往使絮凝和沉淀进行得更快。浊度即可衡量藻类的去除情况。当pH值为7时，5mg /L壳聚糖对水中浊度去除可达90%，且藻类浓度越高，絮体颗粒越粗大，沉降性能越好。由镜检得知，絮凝沉降而被去除的藻类只是聚集粘附在一起，仍处于完好的活泼状态。由于壳聚糖并不会对水中的物种造成任何负面影响，与加入其他人工合成有机物水处理不同的是，处理后的水仍可用于淡水养殖。
1.2.4壳聚糖吸附废水中重金属离子
壳聚糖作为一种天然的阳离子交换树脂，其分子中的-NH2可与很多重金属离子形成配合物[1]，其特殊的多孔结构，使其比表面积相当大，吸附金属离子容量大。实验表明，壳聚糖可用作重金属离子的吸附剂，其吸附率随着一定限度内的pH值、壳聚糖用量，吸附时间的增加而增加，但壳聚糖的吸附量因不同重金属种类而异。在一定的体系条件下，吸附达到平衡时，只要外界条件不变，吸附平衡也不变。壳聚糖不影响水的本底成分，适用于饮用水净化及污水处理，因其原料广、成本低、制备方法简单，因而具有广阔的前景。
1.3壳聚糖凹凸棒石的研究
凹凸棒石石具有的独特链层状晶体结构，赋予了凹凸棒石石粘土许多特殊的物理化学性质,主要包括吸附性、离子交换、流变性、催化性等。因而广泛用于石油、化工、建材、化工、造纸、医药、农业、环保等领域。
2材料的制备与表征
粒度分布；采用马尔文仪器ZS90纳米粒度和zate电位及分子量分析仪来测试材料的粒度尺寸以及分布情况，如下图所示。
图4凹凸棒石/壳聚糖复合凹凸棒石/纳米碳复合凹凸棒石的粒度分布图
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