磁性高嶺土去除銅綠微囊藻研究

陳龍飛

（安徽建筑大學環境與能源工程學院，安徽 合肥 230000）

自然水域藍藻的爆發，惡化水質的同時會增加水的濁度、產生難聞的氣味，嚴重影響人們飲用水安全。尤其是其中的有毒藻類：銅綠微囊藻、顫藻。銅綠微囊藻是我國水域藍藻水華常見的藻類[1]。銅綠微囊藻在生長過程中會產生微囊藻毒素，被攝入后會損傷人和動物的肝臟[2]，因此將銅綠微囊藻從水中去除顯的至關重要。目前，已經有很多的去除銅綠微囊藻方法被研究，包括機械打撈[3]、氧化[4]、超聲[5]、膜技術[6]、吸附[7]等。吸附法由于操作簡單、經濟高效，副作用小，得到越來越多的關注。袁玉婷等[8]利用殼聚糖改性粉煤灰，研究粉煤灰改性后對水中銅綠微囊藻的去除作用，發現經改性后粉煤灰除藻能力明顯提升，作用機理主要是電中和。朱蕓蕓等[9]利用秸稈合成焦木酸，研究對銅綠微囊藻去除效果，發現對銅綠微囊藻的去除率可達90%以上，同時能夠很好的抑制銅綠微囊藻的生長。

高嶺土是黏土的一種，儲量大，分布廣，價格便宜，主要由Al2O3和SiO2組成，還含有少量的MgO、Fe2O3、CaO 等[10]。由于其良好的性能和特點,高嶺土已經被廣泛的研究。郭超等[11]利用聚合氯化鋁鐵改性高嶺土,研究其對水中磷的去除效果。結果表明,3mg/L 時,其對磷的吸附效果可達90%以上。李盼盼等[12]利用殼聚糖修飾高嶺土，探究其混凝除藻的能力，發現經殼聚糖修飾后，除藻能力明顯提升，對藍藻的去除率可達95%以上。值得注意的是，使用過后的吸附劑很難從水中去除，本文利用鹽酸和Fe3O4對高嶺土改性，制備磁性高嶺土。能夠在混凝銅綠微囊藻后，很好的將磁性高嶺土從溶液中分離出來。另外，重點探討了投加量、藻密度、鹽酸濃度、接觸時間對磁性高嶺土除藻效果的影響。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

四氧化三鐵（Fe3O4）購自生工，純度≥97%；鹽酸購自國藥集團，化學純。銅綠微囊藻（M.A）來自中國科學院水生生物研究所。M.A 在BG11 培養基中，光照周期為16 h，黑暗周期為8 h的條件下進行培養。

1.2 磁性高嶺土制備和混凝實驗

分別稱取2g Fe3O4和1g 高嶺土混合，滴加1.5mL 鹽酸。放入60oC 烘箱，24h 后，取出研磨過200 目篩。混凝實驗均在常溫下進行。稱量一定量的磁性高嶺土加到裝有250 mLOD680=0.1 M.A 懸液的500 mL 燒杯中。利用六聯攪拌器180 rpm 快速攪拌5 min，80 rpm 慢速攪拌3min。在液面下2 cm 取樣，檢測水中藻的密度。M.A去除率計算公式（1）如下[13]：

2 結果與討論

2.1 鹽酸濃度對磁性高嶺土除藻的影響

依次取2-12mol/L的鹽酸對高嶺土改性，探究鹽酸濃度對磁性高嶺土對M.A的去除能力。實驗結果如圖1 所示。可以發現，滴加不同濃度的鹽酸，制備的磁性高嶺土除藻能力不同。隨著鹽酸濃度的增加，磁性高嶺土對M.A的去除率逐漸增大，在鹽酸濃度為10mol/L時達到最大，去除率可達90%。但是，隨著鹽酸濃度繼續的增大，磁性高嶺土對M.A的去除率出現小幅度下降。可能的原因[14]：鹽酸濃度過大，一方面，高嶺土內部的雜質溶解的同時堵塞高嶺土的孔道，另一方面，可能會破壞高嶺土內部的結構。

圖1 鹽酸濃度對磁性高嶺土除藻的影響

2.2 投加量對磁性高嶺土除藻的影響

分別稱量0.025g-0.25g 不等的磁性高嶺土，探究不同投加量的磁性高嶺土除藻效果，如圖2 所示。可以看到，在一定范圍內，隨著磁性高嶺土投加量的增加，M.A的去除率逐漸增加。投加0.2g 磁性高嶺土時，對M.A 去除率達到最大，90%。之后，隨著投加量的增加，混凝除藻能力呈現一定的下降。0.25g 磁性高嶺土時，對M.A的去除率是84.26%。究其原因，投加過量的磁性高嶺土可能會干擾M.A與磁性高嶺土表面位點的接觸，從而使得磁性高嶺土除藻能力的下降。高嶺土除藻的能力受Al2O3和MgO的影響，兩者的含量越高，高嶺土除藻的能力越好[15]；否則，除藻能力下降。同時，經改性后，高嶺土表面電位可能發生轉變，因而能夠更好的與藻細胞結合，形成較大的絮體，有利于混凝沉降藻細胞，但磁性高嶺土投加量過量時，形成的絮體表面電位會發生轉變，從而絮體間靜電斥力增加，不利于形成較大的絮體。

圖2 投加量對磁性高嶺土除藻的影響

2.3 沉降時間對磁性高嶺土除藻的影響

探究了在不同的沉降時間內，磁性高嶺土對M.A的去除能力，結果如圖3 所示。從圖3 我們可以看到，在短時間內（5min），磁性高嶺土對M.A的去除率增加速度較快。之后逐漸放緩。在沉降10min以后，磁性高嶺土對M.A的去除能力顯著提高，從2min 時的35.84%增加到80.32%。表明，磁性高嶺土混凝M.A 形成的絮體沉降速率較快，能夠達到快速去除M.A的目的。

圖3 沉降時間對磁性高嶺土除藻的影響

2.4 混凝機理的探討

高嶺土本身能夠去除M.A，但去除效果不理想。這是由于在不同的pH 下，高嶺土和M.A 都呈現相同的電性，因而靜電斥力較大，很難形成大的絮體。高嶺土混凝除藻的能力和其含有的Al2O3和MgO 呈正相關[15]。Al2O3和MgO 含量越高，除藻能力越強。因而，網捕作用可能是高嶺土除藻的主要機理。利用鹽酸和Fe3O4改性高嶺土，可以看到除藻能力明顯提升。可能是由于鹽酸的作用，增大了高嶺土的比表面積，附著在高嶺土表面的Fe（III），也能夠混凝去除水中的M.A；經酸和Fe3O4改性后，高嶺土表面電性可能發生轉變，因而能夠很好的與M.A 靜電吸引，形成大的絮體，通過重力作用沉降。因此，磁性高嶺土去除M.A的機理可能是電中和、吸附架橋和網捕作用。

3 結論

隨著水體富營養化的惡化，藍藻爆發對自然水體的危害越發嚴重。區別與以往去除水中藍藻的方式，我們利用Fe3O4和鹽酸對高嶺土改性，制備了磁性高嶺土。在提高高嶺土除藻能力的同時可以將混凝劑從溶液中分離出來。結果表明：鹽酸濃度是10mol/L，0.2g 磁性高嶺土，沉降20min 時，對M.A的去除率最佳，可達90%。