CN115490337A - 一种景观水用净水剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本案涉及一种景观水用净水剂，包括磁性活性炭纤维吸附剂、复合菌种和活性污泥；其中，所述磁性活性炭纤维吸附剂的制备过程如下：首先通过化学沉淀法制得Fe3O4磁性纳米颗粒备用；之后以柠檬酸、邻苯二胺以及二乙烯三胺，制得碳量子点；将碳量子点与Fe3O4磁性纳米颗粒复合得碳量子点磁性复合材料；该磁性复合材料后与活性炭纤维在纺丝液中静电纺丝，最后以壳聚糖在表面成膜制得。本发明的净水剂不含成分复杂、易对水体造成二次污染的组分；所用原料多天然环保，投加量少，净化效果好；并且对水体的影响小，净水剂周边的微生物可被水体中的原生生物吸收，起到维持生态环境的动态平衡的作用；吸附一定时间后通过外加磁场即可进行回收。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体为一种景观水用净水剂及其制备方法。
背景技术
景观水即具备视觉观赏效果的水体，在快节奏的当今社会，人们没有过多的时间和精力走近大自然。但随着人们生活水平的不断提高，对周边的生活环境的要求也不短提高。因此，为了满足人们观赏美景的需求，居民小区内、商场周边等生活区也出现了大量的各式各样的景观水体，例如喷泉、人工湖、小型池塘等。
但是，这些景观水体大多属于死水，暴露于地表面，运行一段时间后，都出现了不同程度的污染，富营养后容易滋生水槽，长时间不处理会产生异味，影响观赏性。景观水体的污染源多种多样，处理复杂。不同于工业废水，景观水在处理过程中还要考虑其中的生态环境。目前，对景观水处理的方法脑阔物理法、生物法和化学法。物理法包括引水换水、曝气、紫外线杀菌、沉淀过滤等等；生物法包括生物接触氧化、投加生物制剂等等；处理过程复杂，运行成本高；通过投加吸附絮凝剂，操作简便，但一般停留时间长，且沉积在水体，形成污泥对水体造成二次污染。目前，针对景观水体使用的净水剂还较少，因此，亟需开发出更多新型高效的景观水体用净水剂。
发明内容
针对现有技术中的不足之处，本发明提出了一种以改性活性炭纤维为基础材料的景观水体用净水剂，保证水体生态环境的同时，净水效果好，易回收利用。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种景观水用净水剂，包括5～8份的磁性活性炭纤维吸附剂、2～4份的复合菌种和1～2份的活性污泥；其中，所述磁性活性炭纤维吸附剂的制备过程如下：
S1：通过化学沉淀法制得Fe3O4磁性纳米颗粒备用；
S2：将柠檬酸、邻苯二胺溶于水中，加入二乙烯三胺，超声分散后将溶液加入到反应釜中，加热至150～200℃保温反应，反应结束后冷却至室温，离心分离，得到的滤液透析后冷冻干燥，得到碳量子点；
S3：将碳量子点配制成水溶液，加入Fe3O4磁性纳米颗粒超声搅拌分散均匀，将十二烷基苯磺酸、苯胺和二甲苯混合均匀后加入到该体系中，搅拌形成均匀的乳液，之后向反应体系中滴加过硫酸铵水溶液，保持体系温度在0～20℃，反应6h；在外加磁场的作用下分离提纯，得碳量子点磁性复合材料；
S4：以DMF为溶剂配制木质素与聚乙烯醇的纺丝液，将活性炭纤维、碳量子点磁性复合材料加入到纺丝液中，超声振荡使其分散均匀，静电纺丝得到磁性活性炭纤维材料；
S5：将壳聚糖溶于乙酸溶液中，缓慢加入戊二醛，搅拌均匀后，加入磁性活性炭纤维材料，搅拌至分散均匀，转移至反应釜中，水热反应，冷却至室温，抽滤，固体洗涤烘干，即得。
优选地，所述柠檬酸、邻苯二胺和二乙烯三胺的质量比为1:0.5～1：0.1～0.2。
优选地，所述步骤S3中，碳量子点、Fe3O4磁性纳米颗粒和苯胺的质量比为1:0.1～1:0.5～1；所述十二烷基苯磺酸和过硫酸铵的投料量与苯胺摩尔量的比值为1.5、0.4～1.5。
优选地，所述步骤S4中木质素与聚乙烯醇的质量比为50:50～90:10，纺丝液的质量分数为20～25％。
优选地，所述活性炭纤维选自沥青基活性炭纤维、木质素基活性炭纤维、聚丙烯腈活性炭纤维中的一种；使用前裁剪成小块，浸渍于浓硝酸中氧化处理，取出干燥后于200℃下煅烧2h。
优选地，所述活性炭纤维、碳量子点磁性复合材料的质量比为10:1～5，活性炭纤维与木质素的质量比为1～3:1。
优选地，所述步骤S5中壳聚糖与戊二醛的质量比为1:1，壳聚糖在乙酸中的质量分数为2％，磁性活性炭纤维材料与壳聚糖的质量比为6～8:1。
优选地，所述复合菌种包括硝化细菌、反硝化细菌、脱氮硫杆菌、亚硝化细菌。
本发明进一步提供一种如上所述的景观水用净水剂的制备方法，具有如下步骤：按比例，将活性污泥和复合菌种一同置于模拟废水溶液中进行驯化、培养，获得混合菌液，将磁性活性炭纤维吸附剂加入到混合菌液中搅拌均匀，低温干燥，包装出料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的净水剂不含成分复杂、易对水体造成二次污染的组分；所用原料多天然环保，投加量少，净化效果好；本发明以磁性活性炭纤维吸附剂为主体材料，通过一系列改性制得，吸附性能大大提高，能适应复杂水体环境；驯化培养后的活性污泥和复合菌种与磁性活性炭纤维吸附剂混合，该净水剂置于水体环境中后，由于活性炭纤维较大的比表面积，使得复合菌种在其表面固定形成生物反应膜，提高生物活性，从而提高了对水体中有机物、氮磷的降解去除；并且对水体的影响小，净水剂周边的微生物可被水体中的原生生物吸收，起到维持生态环境的动态平衡的作用；吸附一定时间后通过外加磁场即可进行回收。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例
磁性活性炭纤维吸附剂的制备过程如下：
S1：通过化学沉淀法制得Fe3O4磁性纳米颗粒备用(通过现有技术制得，本案参考Fe3O4磁性纳米颗粒的制备及性能表征，电子元件与材料，2010年7月，第29卷第7期)；
S2：将5g柠檬酸、3g邻苯二胺溶于水中，加入0.5g二乙烯三胺，超声分散后将溶液加入到反应釜中，加热至150～200℃保温反应，反应结束后冷却至室温，离心分离，得到的滤液透析后冷冻干燥，得到碳量子点；
S3：将2g碳量子点配制成水溶液，加入0.2g Fe3O4磁性纳米颗粒超声搅拌分散均匀，将5.3g十二烷基苯磺酸、1g苯胺和20ml二甲苯混合均匀后加入到该体系中，搅拌形成均匀的乳液，之后向反应体系中滴加2ml 0.6g/ml过硫酸铵水溶液，保持体系温度在0～20℃，反应6h；在外加磁场的作用下分离提纯，得碳量子点磁性复合材料；
S4：以DMF为溶剂配制2g木质素与2g聚乙烯醇的20wt％纺丝液，将3g活性炭纤维、0.5g碳量子点磁性复合材料加入到纺丝液中，超声振荡使其分散均匀，静电纺丝得到磁性活性炭纤维材料；
其中，活性炭纤维是将木质素基活性炭纤维裁剪成0.5cm×0.5cm的小块，之后浸渍于浓硝酸中氧化2h，取出后于200℃煅烧2h并粉碎而得。
S5：将0.5g壳聚糖溶于乙酸溶液中，缓慢加入4.7ml戊二醛，搅拌均匀后，加入3g磁性活性炭纤维材料，搅拌至分散均匀，转移至反应釜中，水热反应，冷却至室温，抽滤，固体洗涤烘干，即得。
实施例1：
一种景观水用净水剂，包括5份的磁性活性炭纤维吸附剂、2份的复合菌种和1份的活性污泥。
按比例，将活性污泥和复合菌种一同置于模拟废水溶液中进行驯化、培养，获得混合菌液，将磁性活性炭纤维吸附剂加入到混合菌液中搅拌均匀，低温干燥，包装出料。
实施例2：
一种景观水用净水剂，包括6份的磁性活性炭纤维吸附剂、3份的复合菌种和1份的活性污泥。
按比例，将活性污泥和复合菌种一同置于模拟废水溶液中进行驯化、培养，获得混合菌液，将磁性活性炭纤维吸附剂加入到混合菌液中搅拌均匀，低温干燥，包装出料。
实施例3：
一种景观水用净水剂，包括8份的磁性活性炭纤维吸附剂、4份的复合菌种和2份的活性污泥。
按比例，将活性污泥和复合菌种一同置于模拟废水溶液中进行驯化、培养，获得混合菌液，将磁性活性炭纤维吸附剂加入到混合菌液中搅拌均匀，低温干燥，包装出料。
对比例1：
同实施例1，区别在于将磁性活性炭纤维吸附剂替换为市售木质素基活性炭纤维。
对比例2：
5g活性炭纤维、1g碳量子点、0.1gFe3O4磁性纳米颗粒混合均匀作为磁性活性炭纤维吸附剂，其余步骤同实施例1。
取某商场外景观水池中的水作为待处理样，处理前测得水中SS浓度为68mg/L，COD为105mg/L；氨氮浓度为31mg/L；总磷浓度为5.5mg/L。
取1L待处理样，向其中加入60mg净水剂，搅拌1h，静置，通过外加磁场回收净水剂，测试水质各项指标，计算去除率，记录在表1中。
表1
| 氨氮/％ | 总磷/％ | SS/％ | COD/％ | |
| 实施例1 | 97.1 | 95.6 | 96.4 | 93.2 |
| 实施例2 | 97.8 | 96.8 | 96.8 | 93.0 |
| 实施例3 | 98.6 | 97.5 | 97.1 | 93.6 |
| 对比例1 | 79.5 | 78.4 | 78.1 | 75.2 |
| 对比例2 | 83.6 | 83.2 | 84.8 | 81.1 |
从表1中可以看出，本案制得的净水剂净水效果好，稳定性高，使用寿命长。对比例1和2水处理效果相对较低，对比例1采用活性炭纤维，难以回收，长期遗留在水底仍然会产生二次污染；对比例2投入到水中后材料之间相容性差，部分易团聚，吸附性能有所减弱，并且回收率较低。
将净水剂按照池塘面积的10g/m2直接投入到水池中，该水池中具有生态植物系统含有藻类，但也漂浮有染物，有臭味发散；经净水剂处理十天后，观察到生态系统无明显变化，表面污染物沉降，水质逐渐清澈，臭味减轻。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
Claims (9)
1.一种景观水用净水剂，其特征在于，包括5～8份的磁性活性炭纤维吸附剂、2～4份的复合菌种和1～2份的活性污泥；其中，所述磁性活性炭纤维吸附剂的制备过程如下：
S1：通过化学沉淀法制得Fe3O4磁性纳米颗粒备用；
S2：将柠檬酸、邻苯二胺溶于水中，加入二乙烯三胺，超声分散后将溶液加入到反应釜中，加热至150～200℃保温反应，反应结束后冷却至室温，离心分离，得到的滤液透析后冷冻干燥，得到碳量子点；
S3：将碳量子点配制成水溶液，加入Fe3O4磁性纳米颗粒超声搅拌分散均匀，将十二烷基苯磺酸、苯胺和二甲苯混合均匀后加入到该体系中，搅拌形成均匀的乳液，之后向反应体系中滴加过硫酸铵水溶液，保持体系温度在0～20℃，反应6h；在外加磁场的作用下分离提纯，得碳量子点磁性复合材料；
S4：以DMF为溶剂配制木质素与聚乙烯醇的纺丝液，将活性炭纤维、碳量子点磁性复合材料加入到纺丝液中，超声振荡使其分散均匀，静电纺丝得到磁性活性炭纤维材料；
S5：将壳聚糖溶于乙酸溶液中，缓慢加入戊二醛，搅拌均匀后，加入磁性活性炭纤维材料，搅拌至分散均匀，转移至反应釜中，水热反应，冷却至室温，抽滤，固体洗涤烘干，即得。
2.如权利要求1所述的景观水用净水剂，其特征在于，所述步骤S2中，柠檬酸、邻苯二胺和二乙烯三胺的质量比为1:0.5～1：0.1～0.2。
3.如权利要求1所述的景观水用净水剂，其特征在于，所述步骤S3中，碳量子点、Fe3O4磁性纳米颗粒和苯胺的质量比为1:0.1～1:0.5～1；所述十二烷基苯磺酸和过硫酸铵的投料量与苯胺摩尔量的比值为1.5、0.4～1.5。
4.如权利要求1所述的景观水用净水剂，其特征在于，所述步骤S4中木质素与聚乙烯醇的质量比为50:50～90:10，纺丝液的质量分数为20～25％。
5.如权利要求1所述的景观水用净水剂，其特征在于，所述活性炭纤维选自沥青基活性炭纤维、木质素基活性炭纤维、聚丙烯腈活性炭纤维中的一种；使用前裁剪成小块，浸渍于浓硝酸中氧化处理，取出干燥后于200℃下煅烧2h。
6.如权利要求1所述的景观水用净水剂，其特征在于，所述活性炭纤维、碳量子点磁性复合材料的质量比为10:1～5，活性炭纤维与木质素的质量比为1～3:1。
7.如权利要求1所述的景观水用净水剂，其特征在于，所述步骤S5中壳聚糖与戊二醛的质量比为1:1，壳聚糖在乙酸中的质量分数为2％，磁性活性炭纤维材料与壳聚糖的质量比为6～8:1。
8.如权利要求1所述的景观水用净水剂，其特征在于，所述复合菌种包括硝化细菌、反硝化细菌、脱氮硫杆菌、亚硝化细菌。
9.一种如权利要求1所述的景观水用净水剂的制备方法，其特征在于，具有如下步骤：按比例，将活性污泥和复合菌种一同置于模拟废水溶液中进行驯化、培养，获得混合菌液，将磁性活性炭纤维吸附剂加入到混合菌液中搅拌均匀，低温干燥，包装出料。
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