CN105668687B - 基于青蒿提取物改性的除藻剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于青蒿提取物改性的除藻剂及其制备方法和应用，该制备方法包括：1)将青蒿粉末浸泡于水中，接着过滤、取滤液蒸发结晶以制得青蒿提取物；2)将青蒿提取物溶于水中以制得青蒿提取物溶液；3)将青蒿提取物溶液与气相白炭黑混合以制得基于青蒿提取物改性的除藻剂。通过该方法制得的除藻剂具有优异的除藻效果且对环境友好，同时该除藻剂的制备方法步骤简单、成本低廉。

Description

基于青蒿提取物改性的除藻剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及除藻剂，具体地，涉及基于青蒿提取物改性的除藻剂及其制备方法和应用。

背景技术

水华的发生伴随着藻类的大量爆发，有效去除藻类是控制水华规模、减少水华危害的直接途径。经长期的研究与实践，形成了以物理、化学、生物为手段的三类主要除藻技术。

物理法可以分为去除法和灭杀法，前者是通过一定的物理方法直接去除藻细胞或降低其含量，主要包括引水换水、机械除藻、过滤除藻、气浮除藻和活性炭吸附等；后者是使用物理手段直接或间接杀死水体中的藻，主要方法有遮光处理、电解除藻、紫外线照射和超声波处理等。物理法能够有效去除藻类，不会产生二次污染，但需要昂贵的费用，所以只能用于小水体和大水体的局部水域。

化学法主要是化学灭杀法。化学灭杀法一般是通过投加药剂，抑制藻细胞的生理功能，破坏藻细胞的结构，使藻细胞灭活甚至解体，从而达到杀死藻类。主要药剂有强氧化剂(液氯、过氧化氢、臭氧、高锰酸钾等)、硫酸铜等。化学法除藻效果好、成本低，但专一性差，且二次污染严重。

生物法除藻指利用微生物、植物和动物控制藻类。微生物法是通过投加微生物降解水中营养物质，或投加噬藻微生物直接降解藻细胞。植物法是人工栽种水生高等植物，对水体营养盐进行控制；另一方面是通过植物释放的化感物质来抑制水体中的藻类。动物法通常是放养水生动物如滤食性鱼类，来吞食水体中的藻类。生物除藻的生态安全性高、成本低，但往往见效慢、作用周期长，其中微生物噬藻虽见效快，但生态安全性有待商榷。

当然，除了上述三种除藻方法，还存在物理化学方法。物理化学方法主要采取絮凝沉淀、加药气浮等措施。絮凝沉淀法是目前应用最广泛的水处理方法之一，指在絮凝剂的作用下，使水中的胶体和藻体凝聚成絮凝体、沉淀沉降，然后予以分离去除。除藻常用的絮凝剂一般有无机高分子絮凝剂(天然黏土、铝盐、铁盐、聚合氯化铝等)、有机高分子絮凝剂(壳聚糖、改性淀粉等)、微生物絮凝剂。铝盐和铁盐无机絮凝剂絮凝性能受水体的pH影响较大。聚合氯化铝对藻细胞有较好的絮凝效果，铝易生物富集，次生危害严重；铁盐易增加水体色度。微生物絮凝剂具高效、无毒、易生物降解等独特的优点，但目前大多处于菌种的筛选阶段，且成本很高，无法适应于工业化生产的需要。

较为典型的絮凝剂为天然黏土絮凝除藻，利用天然黏土可以与藻细胞结合并形成絮体沉降至水体底部，在这个过程中或直接杀死藻细胞、或吸附营养盐、或影响其光合作用使藻细胞失去耐以生长的条件等间接除藻。天然黏土矿物除藻在成本、对环境和非赤潮或水华生物影响等方面优于其他除藻方法，但因溶胶性质差，迅速凝聚、沉淀藻类的能力低，需大量撒播，给大面积治理藻类污染带来原料和淤渣量过大的问题。

相对于天然黏土絮凝剂，改性黏土絮凝除藻效果更好，改性黏土絮凝除藻以天然黏土矿物为基础，对其进行各种改性，以提高黏土絮凝除藻的能力。是使用壳聚糖对黏土进行包覆改性，目的是利用壳聚糖改变黏土颗粒表面特性和电性，提高黏土絮凝去除藻细胞的能力。改性和复合黏土除藻能显著提高黏土的除藻效率且降低黏土的用量，但是改性后的黏土通常会给环境产生一些有毒有害的物质。

现有技术中较为成熟的改性黏土絮凝剂是使用壳聚糖对黏土(或高岭土、膨润土等)进行包覆改性，目的是利用壳聚糖改变黏土颗粒表面特性和电性，提高黏土絮凝去除藻细胞的能力。壳聚糖具有高分子聚合物特有的粘结、架桥、絮凝作用，而且由于其分子链上分布着大量的游离氨基，在溶液中可质子化，从而使其分子链带上大量的正电荷。壳聚糖分子链上的阳离子活性基团可与带负电荷的藻细胞相互吸引，中和并降低藻细胞的表面负电荷，同时压缩了藻细胞的扩散层而使藻细胞脱稳凝聚，并借助于壳聚糖高分子链的粘结架桥作用而絮凝沉降。经过壳聚糖包覆改性后的黏土，既能通过壳聚糖的粘结架桥作用絮凝藻细胞，又能通过其表面电性的改变，凝聚带负电的藻细胞，同时具有了粘结架桥和电中和双重作用，使黏土絮凝除藻的能力大幅度提高。虽然使用壳聚糖改性后的黏土除藻效果好且对环境的影响低，但当在治理水华时往往要投加大量的黏土，而壳聚糖的价格相对较高，这就使得成本偏高，这是现有技术中亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于青蒿提取物改性的除藻剂及其制备方法和应用，通过该方法制得的除藻剂具有优异的除藻效果且对环境友好，同时该除藻剂的制备方法步骤简单、成本低廉。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于青蒿提取物改性的除藻剂的制备方法，包括：

1)将青蒿粉末浸泡于水中，接着过滤、取滤液蒸发结晶以制得青蒿提取物；

2)将青蒿提取物溶于水中以制得青蒿提取物溶液；

3)将青蒿提取物溶液与气相白炭黑混合以制得基于青蒿提取物改性的除藻剂。

本发明还提供了一种基于青蒿提取物改性的除藻剂，该除藻剂根据上述的方法制备而得。

本发明进一步提供了上述的除藻剂在在净化水质过程中的应用。

通过上述技术方案，本发明的除藻剂的除藻原理如图1所示，利用气相白炭黑对青蒿提取物进行改性形成除藻剂。该除藻剂能够集化感杀藻、藻吸附、混凝藻残体功能于一体，如将藻细胞的细胞膜溶解破裂、残体被吸附絮凝、形成团聚体并最终成为混凝体沉淀。由于青蒿提取物、气相白炭黑均是对环境友好的物质，进而使得该除藻剂在具有高除藻效率的基础上，完全符合环保的理念。另外，该除藻剂的制备方法中步骤简单，并且能够自自然界中进行取材，廉价易得，极大地节约了生产成本。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的提供的除藻剂的除藻原理图；

图2是应用例1中除藻剂的除藻效果的实时跟踪图；

图3是应用例1中除藻率统计图；

图4是检测例1中对照组的扫描电镜图；

图5是检测例1中处理组1的扫描电镜图；

图6是检测例1中处理组2的扫描电镜图；

图7是检测例1中处理组4的扫描电镜图。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种基于青蒿提取物改性的除藻剂的制备方法，包括：

1)将青蒿粉末浸泡于水中，接着过滤、取滤液蒸发结晶以制得青蒿提取物；

2)将青蒿提取物溶于水中以制得青蒿提取物溶液；

3)将青蒿提取物溶液与气相白炭黑混合以制得基于青蒿提取物改性的除藻剂。

在本发明的步骤1)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高青蒿提取物的提取率，优选地，在步骤1)中，相对于100g的水，青蒿粉末的用量为2-6g。

在本发明的步骤1)中，浸泡条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高青蒿提取物的提取率，优选地，在步骤1)中，浸泡至少满足以下条件：浸泡温度为20-25℃，浸泡时间为11-13h。

在本发明的步骤1)中，蒸发结晶的温度可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高青蒿提取物的提取率，优选地，在步骤1)中，蒸发结晶的温度为25-35℃。

在本发明的步骤1)中，青蒿粉末的粒径可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高青蒿提取物的提取率，优选地，在步骤1)中，青蒿粉末的粒径不小于100目。

另外，步骤1)中的浸泡工序可以一步进行，也可以分步进行，为了进一步提高青蒿提取物的提取率，优选地，浸泡的具体步骤为：先将青蒿粉末与水混合，接着静置11-13h，然后超声振荡15-30min。

在本发明的步骤2)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，为了提高制得的除藻剂的除藻效果，同时考虑到成本，优选地，在步骤2)中，相对于20g水，青蒿提取物的用量为0.05-0.14g。

同时，青蒿提取物可以采用本领域任何一种常规的方式溶于水中，可以采用简单的物理搅拌进行溶解，也可以采用其他的方式进行溶解，为了提高溶解速率，优选地，在步骤2)中，青蒿提取物通过超声振荡溶于水中。

在本发明的步骤3)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，为了提高制得的除藻剂的除藻效果，同时考虑到成本，优选地，在步骤3)中，相对于1mL的青蒿提取物溶液，气相白炭黑的用量为10-30mg。

本发明还提供了一种基于青蒿提取物改性的除藻剂，该除藻剂根据上述的方法制备而得。

本发明进一步提供了上述的除藻剂在在净化水质过程中的应用。

在上述除藻过程中，除藻剂的具体用量可以在宽的范围内选择，考虑到除藻效率和除藻成本，优选地，除藻剂与待处理水体的用量的体积比为50-80：1000。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。其中，青蒿粉末是先将青蒿碾碎成粉末，然后过100目筛而得。

实施例1

1)在23℃下，将4g青蒿粉末溶解于100g水中并静置12h，接着超声振荡20min；然后过滤、取滤液于30℃下蒸发结晶以制得青蒿提取物；

2)将0.1g青蒿提取物于20g水中超声振荡5min以制得青蒿提取物溶液；

3)将1ml青蒿提取物溶液与20mg气相白炭黑混合以制得基于青蒿提取物改性的除藻剂A1。

实施例2

1)在20℃下，将2g青蒿粉末溶解于100g水中并静置12h，接着超声振荡20min；然后过滤、取滤液于25℃下蒸发结晶以制得青蒿提取物；

2)将0.05g青蒿提取物于20g水中超声振荡5min以制得青蒿提取物溶液；

3)将1ml青蒿提取物溶液与10mg气相白炭黑混合以制得基于青蒿提取物改性的除藻剂A2。

实施例3

1)在25℃下，将6g青蒿粉末溶解于100g水中并静置12h，接着超声振荡20min；然后过滤、取滤液于35℃下蒸发结晶以制得青蒿提取物；

2)将0.14g青蒿提取物于20g水中超声振荡5min以制得青蒿提取物溶液；

3)将1ml青蒿提取物溶液与30mg气相白炭黑混合以制得基于青蒿提取物改性的除藻剂A3。

应用例1

取培养12天的水华藻(对数生长期)，平均分为5组，每组有藻液100ml，分别进行如下处理：

对照组：未加任何物质(背景为100mL水华藻液，下同)；

处理组1：投加0.02g气相白炭黑粉末；

处理组2：投加1ml青蒿提取物；

处理组3：投加5ml的除藻剂A1；

处理组4：投加8ml的除藻剂A1。

在投加后的第0.5h、第1h、第3h、第5h、第10h以及第24h分别对各组进行观察，具体结果见图2。在投加后的第1h、第3h、第5h、第10h以及第24h分别用血细胞计数板法来测量藻浓度，利用下列 的计算公式，计算得到相应的除藻率，具体结果见图3；由图2和图3可知，本处理剂杀藻率可达99％以上，且时间越久除藻效果更彻底，无二次污染，混凝体易沉淀分离，上清液澄清，制备简单，操作方便。

通过上述相同的方法对除藻剂A2和A3作相同的检测，检测结果与除藻剂A1保持一致。

检测例1

通过扫描电镜对应用例1中对第24h后的各组进行检测，具体结果见图4-图7，其中，图4是对照组的扫描电镜图，图5是处理组1的扫描电镜图，图6是处理组2的扫描电镜图，图7是处理组4的扫描电镜图。图4中细胞结构较为完整；图5中只有个别细胞破裂；图6中大部分细胞较为完整，少数细胞膜溶解、破裂；图7中藻细胞完全被化感杀死，细胞膜已经完全溶解破裂、残体被吸附絮凝、形成团聚体，最终成为混凝体沉淀。

综上可知，本发明提供的除藻剂具有以下特点：首先，青蒿提取物化感抑藻潜力被气相白炭黑诱导增强，气相白炭黑在青蒿提取物的修饰下吸附絮凝更强，同时气相白炭黑能够吸附水中的盐类以及其他的污染物质，进而达到净化水体并间接控制藻类的作用；其次，形成的絮体稳定、易聚集沉淀，分层明显，浊度下降，水体变得透明；最后，化感抑藻效果明显、环境友好、无任何次生污染。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种基于青蒿提取物改性的除藻剂的制备方法，其特征在于，包括：

1)将青蒿粉末浸泡于水中，接着过滤、取滤液蒸发结晶以制得青蒿提取物；

2)将所述青蒿提取物溶于水中以制得青蒿提取物溶液；

3)将所述青蒿提取物溶液与气相白炭黑混合以制得基于青蒿提取物改性的除藻剂；

其中，在步骤1)中，相对于100g的水，所述青蒿粉末的用量为2-6g；在步骤1)中，所述蒸发结晶的温度为25-35℃；在步骤2)中，相对于20g所述水，所述青蒿提取物的用量为0.05-0.14g；在步骤3)中，相对于1mL的所述青蒿提取物溶液，所述气相白炭黑的用量为10-30mg。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1)中，所述浸泡至少满足以下条件：浸泡温度为20-25℃，浸泡时间为11-13h。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1)中，所述青蒿粉末的粒径不小于100目。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，所述浸泡的具体步骤为：先将所述青蒿粉末与水混合，接着静置11-13h，然后超声振荡15-30min。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，在步骤2)中，所述青蒿提取物通过超声振荡溶于所述水中。

6.一种基于青蒿提取物改性的除藻剂，其特征在于，所述除藻剂根据权利要求1-5中任意一项所述的方法制备而得。

7.一种根据权利要求6所述的除藻剂在净化水质过程中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其中，所述除藻剂与待处理水体的用量的体积比为50-80：1000。