CN211988673U - 用于去除水体藻类的光催化海绵 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于去除水体藻类的光催化海绵。该用于去除水体藻类的光催化海绵包括改性海绵及吸附在改性海绵上的Ag/AgCl@ZIF‑8。该用于去除水体藻类的光催化海绵基于海绵的浮力漂浮于水体表面,可以直接利用光子能量,从而提高了光催化剂对光子的利用率;基于海绵的浮力漂浮于水体表面,能够与于发生水华的藻类直接接触,从而提高除藻效率;并且基于海绵的团块状结构,便于回收利用。
Description
技术领域
本实用新型涉及水处理技术领域,特别是涉及一种用于去除水体藻类的光催化海绵。
背景技术
随着全球气候变暖及工业化进程的加快,氮、磷元素引起的水体富营养化导致蓝藻水华暴发的现象愈发严重。蓝藻大量繁殖会消耗水中的溶解氧,使水体的透光率下降、pH发生改变,水生动植物的生存环境受到威胁。蓝藻死亡时会释放毒性极强的微囊藻毒素,微囊藻毒素在水中极度稳定,具有难生物降解性和持久性,难以被传统的水处理工艺去除。同时蓝藻会阻碍絮凝沉淀过程影响饮用水水质。此外,蓝藻细胞内有机物的释放会使水中的总溶解性有机碳含量升高,在氯消毒处理过程中容易产生消毒副产物,增加了水处理过程的困难和成本。
光催化技术是目前治理蓝藻水华常用的技术之一,该技术能够利用太阳能进行光催化氧化反应杀灭或抑制藻类生长。因为能源获取容易、成本低、对污染物降解彻底及无二次污染的优点而备受青睐。纳米光催化材料具有活性高、化学稳定性好、无毒、微粒简便易得、成本低廉、原料丰富、吸附能力强等优点,是最热门的光催化剂之一,被广泛应用于各类光催化氧化反应。纳米光催化剂与微生物相互作用可以产生活性氧簇,活性氧簇不仅能杀灭微生物(如蓝藻、细菌等),还能降解各种化学污染物(如降解藻毒素、臭味物质等),是一种有效的、成本低廉的水华蓝藻控制新方法。
但目前常用的纳米光催化剂在实际水体中的应用还存在着一些问题:(1)光催化剂体系基本为悬浮体系,对生长于水体表面的藻类的处理效果不佳;(2)光催化剂在实际应用中不易回收,可能会对环境产生二次污染。
实用新型内容
基于此,有必要提供一种能够处理水体表面藻类且易回收的用于去除水体藻类的光催化海绵。
一种用于去除水体藻类的光催化海绵,所述用于去除水体藻类的光催化海绵包括改性海绵及吸附在所述改性海绵上的Ag/AgCl@ZIF-8。
上述的用于去除水体藻类的光催化海绵包括改性海绵及吸附在改性海绵上的Ag/AgCl@ZIF-8,由于海绵的浮力能够漂浮于发生水华的水体表面,从而能够处理掉水体表面的藻类;并且利用上述方法制备得到的用于去除水体藻类的光催化海绵为团块状结构,容易回收处理。而现有的光催化剂体系基本为悬浮体系,仅适用于水体中的均相污染物,不适合生长于水体表面的藻类,并且目前的光催化剂基本是粉末状,在实际应用中不易回收,可能会对环境产生二次污染。
在其中一个实施例中,一部分所述Ag/AgCl@ZIF-8吸附于所述改性海绵的孔隙中,另一部分所述Ag/AgCl@ZIF-8吸附于所述改性海绵的外表面上。
在其中一个实施例中,所述改性海绵为经过表面活性剂溶液浸泡改性的海绵。
在其中一个实施例中,所述海绵为聚氨酯海绵海绵。
在其中一个实施例中,所述表面活性剂溶液为十二烷基苯磺酸钠溶液。
在其中一个实施例中,所述Ag/AgCl@ZIF-8中Ag/AgCl的质量百分含量为20%~50%。
在其中一个实施例中,所述Ag/AgCl@ZIF-8中Ag/AgCl的质量百分含量为35%。
在其中一个实施例中,所述Ag/AgCl@ZIF-8中Ag/AgCl的质量百分含量为20%。
在其中一个实施例中,所述Ag/AgCl@ZIF-8中Ag/AgCl的质量百分含量为50%。
附图说明
图1为实施例1~5制备得到的用于去除水体藻类的光催化海绵和对比例1的海绵处理铜绿微囊藻的效果对比图;
图2为一实施方式的Ag/AgCl@ZIF-8的结构示意图;
图3为一实施方式的用于去除水体藻类的光催化海绵的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型,下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是,本实用新型可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本实用新型。
在本文中制备用于去除水体藻类的光催化海绵的过程中,所提到的水或者某某溶剂的水溶液,其中的“水”是指利用各种水处理工艺,尽可能地除去悬浮物、胶体和无机的阳离子、阴离子等水中杂质后,所得到的去离子水,有条件的话也可以用高纯水替代。
一实施方式的用于去除水体藻类的光催化海绵的制备方法,包括如下步骤:
步骤S100:使用表面活性剂对海绵进行浸泡改性。可以理解,海绵具有很多的孔隙和极大的比表面积,其密度远远低于水体的密度。出于成本和应用效果考虑,上述表面活性剂选用十二烷基苯磺酸钠。
其中,步骤S100中的海绵优选为聚氨酯海绵。需要说明的是,本文所用的海绵并不限于聚氨酯海绵,凡是能负载光催化剂Ag/AgCl@ZIF-8并且漂浮在水体表面的多孔介质材料均可考虑。
具体地,步骤S100包括:
步骤S110:使用表面活性剂溶液浸泡上述海绵。具体地,步骤S110包括:取2片上述海绵浸泡于表面活性剂溶液中,振荡接触30min以上;使海绵与表面活性剂充分接触。需要说明的是,通过实验发现,对海绵进行改性的过程中,使用表面活性剂溶液每次同时浸泡2片海绵时的改性效果最好。
步骤S120:取出步骤S100中的海绵,清除掉所述海绵上多余的表面活性剂溶液。具体地,步骤S120包括:用去离子水浸泡洗去步骤S110中的海绵上多余的表面活性剂溶液。
步骤S130:干燥步骤S120中的海绵,得到改性海绵。步骤S130的目的是使水分挥发。
步骤S200:使用Ag/AgCl@ZIF-8的水溶液浸泡上述海绵,得到用于去除水体藻类的光催化海绵湿样。
请参阅图2,步骤S200中的Ag/AgCl@ZIF-8是一种负载Ag及其氯盐的沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-8)。Ag/AgCl@ZIF-8是近几年发展出来的一种新型复合光催化剂,它的合成方法在文献(Gongduan Fan,Xiaomei Zheng,Jing Luo,et al.,2018.Rapid synthesisof Ag/AgCl@ZIF-8as a highly efficient photocatalyst for degradation ofacetaminophen under visible light.Chemical Engineering Journal,351:782-790)中有详细报道。在此仅作简单地介绍:将ZIF-8溶解于AgNO3溶液(溶剂为去离子水和无水乙醇,体积比为1∶3~1∶6)中,在室温条件下搅拌3h;20min内将上述混合溶液逐滴加入NaCl溶液(溶剂为去离子水和无水乙醇,体积比为1∶3~1∶6)中,搅拌10h后得到蓝紫色产物;离心后用去离子水洗涤三次以去除过量NaCl,在70℃下干燥12h后得到Ag/AgCl@ZIF-8。
步骤S200中Ag/AgCl@ZIF-8的水溶液的配置方法为:将Ag/AgCl@ZIF-8溶于去离子水中并超声15min使其均匀分散,得到Ag/AgCl@ZIF-8的水溶液。
在其中一个实施例中,步骤S200所使用的Ag/AgCl@ZIF-8中Ag/AgCl的质量百分含量为20%~50%。进一步地,通过实验发现,上述Ag/AgCl@ZIF-8中Ag/AgCl的质量百分含量优选为35%。在一些实施例中,Ag/AgCl@ZIF-8中Ag/AgCl的质量百分含量还可以为20%或50%。
步骤S300:干燥步骤S200中的光催化海绵湿样,得到用于去除水体藻类的光催化海绵。
步骤S300为了使水分挥发,具体地,将光催化海绵湿样于90℃下热处理12h,期间,每隔数分钟将海绵翻面直至其表面的水分蒸发,以防止催化剂沉积于海绵的某一侧。
需要说明的是,步骤S100对海绵进行改性的步骤,为制备用于去除水体藻类的光催化海绵时优选的步骤。改性后的海绵对Ag/AgCl@ZIF-8有更好的负载效果。
请参阅图3,一实施方式的用于去除水体藻类的光催化海绵,包括改性海绵及吸附在所述改性海绵上的Ag/AgCl@ZIF-8。其中,在用于去除水体藻类的光催化海绵中,一部分的Ag/AgCl@ZIF-8吸附于改性海绵的孔隙中,另一部分的Ag/AgCl@ZIF-8吸附于改性海绵的外表面上。上述用于去除水体藻类的光催化海绵中的改性海绵及Ag/Ag@ZIF-8在前文已有介绍,在此不在赘述。
上述的用于去除水体藻类的光催化海绵包括改性海绵及吸附在改性海绵上的Ag/AgCl@ZIF-8,由于海绵的浮力能够漂浮于发生水华的水体表面,从而使Ag/AgCl@ZIF-8能直接利用光子能量发挥作用,进而处理掉水体表面的藻类;并且利用上述的光催化海绵为团块状结构,容易回收处理。而现有的光催化剂体系基本为悬浮体系,仅适用于水体中的均相污染物,不适合生长于水体表面的藻类,并且目前的光催化剂基本是粉末状,在实际应用中不易回收,可能会对环境产生二次污染。
上述的用于去除水体藻类的光催化海绵能够用于治理水华。进一步地,水华为蓝藻水华。
上述的用于去除水体藻类的光催化海绵基于海绵的浮力漂浮于水体表面,可以直接利用光子能量,从而提高了光催化剂对光子的利用率;基于海绵的浮力漂浮于水体表面,能够与于发生水华的藻类直接接触,从而提高除藻效率;并且基于海绵的团块状结构,便于回收利用。
以下为具体实施例部分:
在以下实施例中,如无特殊的说明,则不含有除不可避免的杂质以外的其它未明确指出的组分;制备过程中所用的作为溶剂作用的水皆为去离子水。
实施例1
(1)ZIF-8的制备
将2.348g Zn(NO3)2·6H2O和5.192g 2-甲基咪唑分别溶于160mL无水甲醇中得溶液A和溶液B,充分溶解后把溶液A快速倒入溶液B中,在室温条件下持续搅拌2h。搅拌完毕后离心去除上清液,用无水乙醇洗涤沉淀3次以去除多余的2-甲基咪唑,将得到的乳白色沉淀在70℃烘箱干燥12h,得到ZIF-8。
(2)Ag/AgCl@ZIF-8的制备
取0.2g ZIF-8溶解于12.9mL AgNO3溶液(53.7mM,其中,AgNO3溶液的溶剂为体积比1∶6的去离子水和无水乙醇)中,在室温条件下搅拌3h。在20min内将上述溶液逐滴加入98mL的NaCl(0.03g)溶液(其中,NaCl溶液的溶剂为体积比1∶6的去离子水和无水乙醇)中,搅拌10h后得到蓝紫色产物,离心后用去离子水洗涤三次以去除过量NaCl。将得到的产物在70℃下干燥12h,得到Ag/AgCl@ZIF-8,此时Ag/AgCl在Ag/AgCl@ZIF-8中占比35%。
(3)改性海绵的制备
取2片预处理洗净的海绵浸没于50mL浓度为3.0g/L的十二烷基苯磺酸钠(SDS)溶液中,并置于摇床上振荡使其充分接触。30min后取出海绵,用去离子水浸泡洗去海绵上多余的SDS,并放入烘箱中烘干,得到改性海绵。
(4)用于去除水体藻类的光催化海绵的制备
称取0.125g Ag/AgCl@ZIF-8溶于50mL去离子水中并超声15min,使其均匀分散,得到浓度为2.5g/L的Ag/AgCl@ZIF-8水溶液;
取2片上述的改性海绵浸没于Ag/AgCl@ZIF-8水溶液中,置于摇床振荡2h后取出海绵,于90℃下烘干,期间每隔数分钟将海绵翻面直至其表面的水分蒸发,以防止催化剂沉积于海绵一侧;
干燥12h后,得到负载有Ag/AgCl@ZIF-8的用于去除水体藻类的光催化海绵。
实施例2
(1)ZIF-8的制备
将2.348g Zn(NO3)2·6H2O和5.192g 2-甲基咪唑分别溶于160mL无水甲醇中得溶液A和溶液B,充分溶解后把溶液A快速倒入溶液B中,在室温条件下持续搅拌2h。搅拌完毕后离心去除上清液,用无水乙醇洗涤沉淀3次以去除多余的2-甲基咪唑,将得到的乳白色沉淀在70℃烘箱干燥12h,得到ZIF-8。
(2)Ag/AgCl@ZIF-8的制备
取0.2g ZIF-8溶解于3.3mL AgNO3溶液(53.7mM,其中,AgNO3溶液的溶剂为体积比1∶6的去离子水和无水乙醇)中,在室温条件下搅拌3h。在20min内将上述溶液逐滴加入98mL的NaCl(0.03g)溶液(其中,NaCl溶液的溶剂为体积比1∶6的去离子水和无水乙醇)中,搅拌10h后得到蓝紫色产物,离心后用去离子水洗涤三次以去除过量NaCl。将得到的产物在70℃下干燥12h,得到Ag/AgCl@ZIF-8,此时Ag/AgCl在Ag/AgCl@ZIF-8中占比20%。
(3)改性海绵的制备
取2片预处理洗净的海绵浸没于50mL浓度为3.0g/L的十二烷基苯磺酸钠(SDS)溶液中,并置于摇床上振荡使其充分接触。30min后取出海绵,用去离子水浸泡洗去海绵上多余的SDS,并放入烘箱中烘干,得到改性海绵。
(4)用于去除水体藻类的光催化海绵的制备
称取0.125g Ag/AgCl@ZIF-8溶于50mL去离子水中并超声15min,使其均匀分散,得到浓度为2.5g/L的Ag/AgCl@ZIF-8水溶液;
取2片上述的改性海绵浸没于Ag/AgCl@ZIF-8水溶液中,置于摇床振荡2h后取出海绵,于90℃下烘干,期间每隔数分钟将海绵翻面直至其表面的水分蒸发,以防止催化剂沉积于海绵一侧。
干燥12h后,得到负载有Ag/AgCl@ZIF-8的用于去除水体藻类的光催化海绵。
实施例3
(1)ZIF-8的制备
将2.348g Zn(NO3)2·6H2O和5.192g 2-甲基咪唑分别溶于160mL无水甲醇中得溶液A和溶液B,充分溶解后把溶液A快速倒入溶液B中,在室温条件下持续搅拌2h。搅拌完毕后离心去除上清液,用无水乙醇洗涤沉淀3次以去除多余的2-甲基咪唑,将得到的乳白色沉淀在70℃烘箱干燥12h,得到ZIF-8。
(2)Ag/AgCl@ZIF-8的制备
取0.2g ZIF-8溶解于14mL AgNO3溶液(53.7mM,其中,AgNO3溶液的溶剂为体积比1∶6的去离子水和无水乙醇)中,在室温条件下搅拌3h。在20min内将上述溶液逐滴加入98mL的NaCl(0.03g)溶液(其中,NaCl溶液的溶剂为体积比1∶6的去离子水和无水乙醇)中,搅拌10h后得到蓝紫色产物,离心后用去离子水洗涤三次以去除过量NaCl。将得到的产物在70℃下干燥12h,得到Ag/AgCl@ZIF-8,此时Ag/AgCl在Ag/AgCl@ZIF-8中占比50%。
(3)改性海绵的制备
取2片预处理洗净的海绵浸没于50mL浓度为3.0g/L的十二烷基苯磺酸钠(SDS)溶液中,并置于摇床上振荡使其充分接触。30min后取出海绵,用去离子水浸泡洗去海绵上多余的SDS,并放入烘箱中烘干,得到改性海绵。
(4)用于去除水体藻类的光催化海绵的制备
称取0.125g Ag/AgCl@ZIF-8溶于50mL去离子水中并超声15min,使其均匀分散,得到浓度为2.5g/L的Ag/AgCl@ZIF-8水溶液;
取2片上述的改性海绵浸没于Ag/AgCl@ZIF-8水溶液中,置于摇床振荡2h后取出海绵,于90℃下烘干,期间每隔数分钟将海绵翻面直至其表面的水分蒸发,以防止催化剂沉积于海绵一侧。
干燥12h后,得到负载有Ag/AgCl@ZIF-8的用于去除水体藻类的光催化海绵。
对比例1
对比例1作为对照组,所使用的海绵为未经改性处理且没有负载Ag/AgCl@ZIF-8的普通海绵。
除藻测试
取1片实施例1制备得到的用于去除水体藻类的光催化海绵投加至100mL藻液(选用铜绿微囊藻作为测试藻种,初始藻密度为6.48×106cells/mL,相当于蓝藻暴发时的藻密度)中,并置于光催化反应器(使用截止滤光片滤去波长<420nm的紫外光)中进行光催化反应6h。每隔1h取样测定藻类中的叶绿素a含量。
实施例2和实施例3及对比例1的用于去除水体藻类的光催化海绵或者海绵,也与实施例1的用于去除水体藻类的光催化海绵做同样的除藻测试。
如附图1所示的测试结果表明:经过6h反应后,实施例1所制备得到的用于去除水体藻类的光催化海绵的除藻效果最好,叶绿素a去除率高达93.1%;实施例2和实施例3所制备得到的用于去除水体藻类的光催化海绵的除藻效果略差,叶绿素a去除率分别为76.3%和75.8%;而对比例1中,叶绿素a去除率仅有17.3%,主要通过海绵对藻细胞的吸附作用去除。由此可知,实施例制备得到用于去除水体藻类的光催化海绵具有优异的除藻性能,且实施例1制备得到的35%Ag/AgCl掺杂量的用于去除水体藻类的光催化海绵具有更加优异的除藻性能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种用于去除水体藻类的光催化海绵,其特征在于,所述用于去除水体藻类的光催化海绵包括改性海绵及吸附在所述改性海绵上的Ag/AgCl@ZIF-8。
2.根据权利要求1所述的用于去除水体藻类的光催化海绵,其特征在于,一部分所述Ag/AgCl@ZIF-8吸附于所述改性海绵的孔隙中,另一部分所述Ag/AgCl@ZIF-8吸附于所述改性海绵的外表面上。
3.根据权利要求1所述的用于去除水体藻类的光催化海绵,其特征在于,所述改性海绵为经过表面活性剂溶液浸泡改性的海绵。
4.根据权利要求3所述的用于去除水体藻类的光催化海绵,其特征在于,所述海绵为聚氨酯海绵。
5.根据权利要求4所述的用于去除水体藻类的光催化海绵,其特征在于,所述表面活性剂溶液为十二烷基苯磺酸钠溶液。
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CN201921134953.1U CN211988673U (zh) | 2019-07-18 | 2019-07-18 | 用于去除水体藻类的光催化海绵 |
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CN201921134953.1U Active CN211988673U (zh) | 2019-07-18 | 2019-07-18 | 用于去除水体藻类的光催化海绵 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110270376A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-09-24 | 深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司 | 用于去除水体藻类的光催化海绵及其制备方法和应用 |
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2019
- 2019-07-18 CN CN201921134953.1U patent/CN211988673U/zh active Active
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110270376A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-09-24 | 深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司 | 用于去除水体藻类的光催化海绵及其制备方法和应用 |
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