CN114262037A - 一种磁性纳米材料在去除海洋甲藻中的应用及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁性纳米材料在去除海洋甲藻中的应用及其制备方法。磁性纳米材料具体为氢氧化钙外壳包裹的纳米零价铁(即NCa材料)；其在解决零价铁易于被水体腐蚀等问题的同时，阻止了纳米零价铁与藻细胞的直接接触，从而避免了因藻细胞破裂带来的次级代谢产物的释放。由于Ca2+拥有较大的离子半径和较高的电荷，会使NCa材料极易与藻细胞表面带负电荷的藻类有机物产生络合作用，从而提高NCa材料在藻细胞上的附着量和附着稳定性；在此情况下，即使以强壮前沟藻细胞为代表的真核海藻尺寸远大于普通的原核藻类，NCa材料附着量增加的不同藻细胞之间依然能够产生足够大的磁吸力，实现强壮前沟藻细胞絮凝沉降。
Description
技术领域
本发明属于水体治理技术领域，具体涉及一种磁性纳米材料NZVI@Ca(OH)2在去除海藻中的应用。
背景技术
赤潮作为一种全球性的海洋灾害，其相关生物如藻类的大量繁殖对整个生态系统具有很强的破坏性，近年来由于环境污染的加重和气候变化，赤潮的爆发呈现出范围逐渐扩大、频率不断升高、危害日益严重的趋势。强壮前沟藻作为一种可产生溶血性毒素的有害海洋甲藻，主要分布于热带和温带海域，在我国南海和海南三亚地区常有报道，其短时间内爆发性的增殖和聚集极易引发赤潮。高密度的甲藻不仅会改变海洋环境的理化特征，使得海洋中的溶解氧含量和透明度下降，其产生的毒素还会导致鱼贝类死亡，甚至危害人体健康。有毒甲藻如强壮前沟藻作为浮游植物的一种，属于真核藻类，其藻体大小是普通藻类的数倍，对环境的适应能力更强，常用的理化手段达不到理想的去除效果或易引起胞内毒素的释放。以吸附絮凝方式进行除藻为例，由于真核海藻细胞尺寸较大，导致附着在真核海藻细胞上的磁性材料的磁引力不足以使得多个真核海藻细胞发生团聚，使得絮凝抑藻效果较差；目前涌现出的新型材料如纳米材料虽然相对之前取得了长足的进步，但也存在着处理效率低下并可能导致细胞裂解释放次级代谢产物的问题。因此，一种能适用各种水体环境并且减少次级代谢产物释放的技术是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于解决前述技术问题，利用磁性纳米材料之间的磁引力以及Ca2+与藻细胞表面藻类有机物之间所产生的络合作用形成的架桥，提供磁性纳米材料NZVI@Ca(OH)2(简称NCa)在除藻中的新用途。
第一方面，本发明提供一种磁性纳米材料在抑制海洋甲藻中的应用，磁性纳米材料具体为氢氧化钙外壳包裹的纳米零价铁；其在解决零价铁易于被水体腐蚀等问题的同时，阻止了纳米零价铁与藻细胞的直接接触，从而避免了因藻细胞破裂带来的次级代谢产物的释放。该磁性纳米材料是利用藻体和水体之间的分离来实现除藻，不会造成二次污染等环境健康问题，且该磁性纳米材料可通过光遮蔽效应影响藻体本身的光合作用，在除藻的同时达到抑藻的目的。
作为优选，该磁性纳米材料相对于被处理藻液的用量大于或等于80mg/L。
作为优选，所述的海洋甲藻具体为前沟藻。
第二方面，本发明提供前述的磁性纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、在惰性气氛条件下，超声使纳米零价铁均匀分布在体系中。
步骤二、在持续超声和惰性气体气氛条件下，向均匀分布有纳米零价铁的体系中先后加入CaCl2和NaOH的无水乙醇溶液，使得纳米零价铁的表面包覆上Ca(OH)2。
步骤三、冲洗后得到NZVI@Ca(OH)2磁性纳米材料。
作为优选，步骤一所述的纳米零价铁的制备过程如下：在惰性气体条件下，将NaBH4逐滴滴入FeCl3溶液中，制备得到NZVI。
作为优选，纳米零价铁的制备过程中，NaBH4和FeCl3反应的摩尔比为25:1。
作为优选，步骤二中，NaOH的乙醇溶液加入速率为0.5mL/min，CaCl2和NaOH的摩尔比为1:2.2。
作为优选，步骤三中先后使用甲醇和乙醇进行冲洗。
作为优选，NZVI@Ca(OH)2磁性纳米材料通过无水乙醇液封保存。
本发明具有的有益效果是：
1.本发明使用包覆有Ca(OH)2的纳米零价铁进行真核海藻的去除，由于Ca2+拥有较大的离子半径和较高的电荷，会使NCa材料极易与藻细胞表面带负电荷的藻类有机物产生络合作用，从而提高NCa材料在藻细胞上的附着量和附着稳定性；在此情况下，即使以强壮前沟藻细胞为代表的真核海藻尺寸远大于普通的原核藻类，NCa材料附着量增加的不同藻细胞之间依然能够产生足够大的磁吸力，实现强壮前沟藻细胞絮凝沉降。
2.本发明使用的NCa材料作为一种新型环境友好型纳米材料，在短时间内能达到对藻细胞100％的去除率，可以有效抑制赤潮的爆发及其相关溶血性毒素的产生，避免其对沿海渔业、养殖产业以及人体健康造成巨大伤害，且该磁性纳米材料性能稳定，在复杂的水体环境中能够保持很好的控藻能力。
3、本发明所使用的材料易于与水体分离且环境友好，不会产生二次污染等问题。
附图说明
图1为实施例2中强壮前沟藻在经NCa处理后于不同时间点的实验效果图。
图2为实施例2中强壮前沟藻在不同时间点的去除效率柱状图。
图3为实施例3中对照组与实验组PSII最大光化学量子产量对比折线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
磁性纳米材料NZVI@Ca(OH)2(简称NCa)的制备
(1)分别称取0.406g和1.513g FeCl3和NaBH4溶于无氧去离子水中，依次定容为250mL和100mL，在真空手套箱中将NaBH4溶液以一定速率滴入FeCl3溶液中制备得到NZVI，在先后使用无氧去离子水和乙醇进行冲洗后使用真空干燥箱去除多余乙醇。
(2)分别称取0.277g CaCl2和0.4g NaOH并用无水乙醇分别定容为100mL；在氮气气氛和超声条件下，向均匀分散的NZVI中先后逐滴滴加CaCl2和NaOH乙醇溶液，制得一定包覆率的NCa材料，制备的NCa材料使用无水乙醇液封保存，在使用之前用氮气吹干。
实施例2
使用实施例1所得的NCa材料对强壮前沟藻进行抑制的试验如下：
使用f/2培养基培养实验所需的强壮前沟藻，在藻体生长阶段取一定量的藻液稀释到4×104Cells/mL，用量筒量取95mL稀释后的藻液置于100mL锥形瓶中，将一定量的NCa材料溶于超纯水中，取5mL加入已准备好的藻液中，保证最后溶液中的NCa材料含量为100mg/L。所选用的反应体系是人工海水，盐度等主要成分更接近实际水体。分别在0.25、0.75、1.5、3、6、10h取2mL液面以下1cm的藻液，用卢戈氏碘液固定一天后使用计数板对藻体数量进行统计；图1中a、b、c、d部分分别对应0.75、3、6、10h的实验组与对照组的对比图，可以发现，在反应0.75h之后水体中的大量藻细胞就已经沉降下来。
实验组和对照组中的藻液在各采样时间点的藻细胞去除率如图2所示；从图2可以看出，添加NCa材料的藻液在试验开始0.75h后藻细胞去除率即达到85％左右，3h后藻细胞去除率达到100％，证明其对甲藻的较强去除能力。
NCa材料除藻的原理如下：
NCa材料进入水体之后，由于Ca2+拥有较大的离子半径和较高的电荷，会使NCa材料极易与藻细胞表面带负电荷的藻类有机物产生络合作用，从而提高NCa材料在藻细胞上的附着量和附着稳定性；而NCa材料内核零价铁之间的磁引力会使得附着有NCa材料的藻细胞之间互相接近，形成吸附架桥，从而使得形成的絮体达到临界密度，此时所导致的网捕卷扫现象会使得藻体形成更大的絮体从而在悬浮液中沉降。由于络合作用增加了藻细胞上NCa材料的附着量和附着稳定性，即使强壮前沟藻细胞的尺寸远大于普通的原核藻类，NCa材料之间依然能够为不同的强壮前沟藻细胞之间提供足够的磁吸力，实现强壮前沟藻细胞絮凝沉降；基于上述过程，NCa材料实现了短时间内对水体中强壮前沟藻细胞的有效去除。
实施例3
NCa对于抑藻的运用。Fv/Fm可用来表示藻体把吸收的光能用于光化学活性的最大量子产量，可作为反映光合生物体PSII功能的敏感指标；设置未添加NCa的相同藻液作为对照组；在初始藻密度为4×104Cells/mL条件下，进行PSII最大光化学量子产量(Fv/Fm)测定。Fv/Fm的测定在暗反应15min之后进行。测定结果如图3所示，可以看到添加NCa材料的藻液中，随着时间的增加藻细胞的光合活性逐渐下降，这可能是因为材料附着在藻体表面所导致的光遮蔽效应所引起的，这说明NCa不仅能在短时间内对养殖水体中藻细胞进行去除，还能有效抑制藻细胞的生长。
Claims (9)
1.一种磁性纳米材料在去除海洋甲藻中的应用，其特征在于：所述的磁性纳米材料具体为氢氧化钙外壳包裹的纳米零价铁。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：该磁性纳米材料相对于被处理藻液的用量大于或等于80mg/L。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的海洋甲藻具体为前沟藻。
4.一种磁性纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在惰性气氛条件下，超声使纳米零价铁均匀分布在体系中；
步骤二、在持续超声和惰性气体气氛条件下，向均匀分布有纳米零价铁的体系中先后加入CaCl2和NaOH的无水乙醇溶液，使得在纳米零价铁的表面包覆上Ca(OH)2。得到磁性纳米材料。该磁性纳米材料用于去除海洋甲藻。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤一所述的纳米零价铁的制备过程如下：在惰性气体条件下，将NaBH4逐滴加入FeCl3溶液中，制备得到NZVI。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：纳米零价铁的制备过程中，NaBH4和FeCl3反应的摩尔比为25:1。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤二中，NaOH的乙醇溶液加入速率为0.5mL/min，CaCl2和NaOH的摩尔比为1:2.2。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤三中先后使用甲醇和乙醇进行冲洗。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：NZVI@Ca(OH)2磁性纳米材料通过无水乙醇液封保存。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106946332A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-07-14 | 南华大学 | 一种能使藻体沉降并可用于去除水体中氮、磷的复合除藻剂/药剂 |
| CN108689472A (zh) * | 2017-04-11 | 2018-10-23 | 香港大学 | 一种包覆型纳米零价铁材料及其制备方法和应用 |
| CN110000371A (zh) * | 2018-01-04 | 2019-07-12 | 清华大学 | 一种包覆的纳米零价铁及其制备方法和应用 |
| CN111269946A (zh) * | 2020-02-20 | 2020-06-12 | 上海交通大学 | 一种光生物学制氢体系及其制备方法以及应用 |
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2022
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108689472A (zh) * | 2017-04-11 | 2018-10-23 | 香港大学 | 一种包覆型纳米零价铁材料及其制备方法和应用 |
| CN106946332A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-07-14 | 南华大学 | 一种能使藻体沉降并可用于去除水体中氮、磷的复合除藻剂/药剂 |
| CN110000371A (zh) * | 2018-01-04 | 2019-07-12 | 清华大学 | 一种包覆的纳米零价铁及其制备方法和应用 |
| CN111269946A (zh) * | 2020-02-20 | 2020-06-12 | 上海交通大学 | 一种光生物学制氢体系及其制备方法以及应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JIAJIAFAN等: "Nanoscale Zero-ValentIron Coated with Magnesium Hydroxide for Effective Removal of Cyanobacteria from Water", 《ACS SUSTAINABLE CHEMISTRY&ENGINEERING》 * |
| 刘志媛等, 海洋出版社 * |
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