基于白炭黑的蓝藻抑制剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及蓝藻治理领域，具体地，涉及基于白炭黑的蓝藻抑制剂及其制备方法和应用。

背景技术：

目前，水体富营养化是我国比较突出的生态环境问题之一。伴随着富营养化的发生，藻类爆发越来越严重。因此，有效去除水体中的藻类是减少水体富营养化危害的直接途径。现有技术中主要的除藻方法有：物理、化学、生物和物理化学法。

物理除藻法包括换水、疏浚、过滤、遮光、直流电机、超声波等。物理除藻法费时、代价高、操作困难，且不能从根本上解决水体富营养化及藻类爆发的问题。

化学除藻法一般是通过化学药剂抑制藻细胞的生理功能、破坏藻细胞的结构，使藻细胞失活甚至解体，从而杀死藻类。化学药剂分无机药剂和有机药剂。无机除藻剂除藻效果明显，但二次污染严重。有机除藻剂药效持久、抑藻专一性高、易于自然降解，但速效性差，用量较大，生产成本较高，无法应急除藻，目前只能用于小型水体藻华的预防和控制。

物理化学除藻法主要包括加药气浮、活性炭吸附、絮凝沉淀法等措施。加药气浮法是在水中形成微小气泡，从而黏附水中悬浮藻体，形成表观密度小于水的漂浮絮体(即水-气-藻三相混合体系)，上浮至水面，刮除浮渣层去除藻类。活性炭吸附法是利用活性炭优异的物理吸附、化学吸附和离子交换吸附性能来富集藻体，使其从水中脱离悬浮状态并得以分离。物理化学除藻法仅适用于实验室探索，无法在野外实际操作。

生物或生态除藻法主要集中在湖泊内源营养盐的生态控制和生物抑藻，如人工栽种水生高等植物、构建人工浮岛或生态湿地、放养食藻水生动物、利用植物化感潜势和噬藻微生物抑藻。生物或生态除藻法具有生态安全性高和成本低的特点，但见效慢，作用周期长；而微生物抑藻见效快，但其生态安全性有待商榷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于白炭黑的蓝藻抑制剂及其制备方法和应用，该抑制剂基于白炭黑与对羟基苯甲酸的一定处理及合理配比，形成复合组分，在除藻过程中不产生副作用，且在操作过程中简单方便，除藻效果好，所需时间短。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于白炭黑的蓝藻抑制剂，其中，所述蓝藻抑制剂由以下原料混合制得，所述原料为：白炭黑结晶物和对羟基苯甲酸水溶液；其中，所述白炭黑结晶物由白炭黑和水混合，经超声分散、真空过滤后得到。

本发明还提供了一种基于白炭黑的蓝藻抑制剂的制备方法，其中，所述制备方法包括：

(1)将白炭黑和水均匀混合，超声分散、真空过滤后得到白炭黑结晶物；其中，相对于1g白炭黑，所述水的用量不低于5mL；

(2)将白炭黑结晶物和对羟基苯甲酸水溶液混合，得到所述蓝藻抑制剂；其中，相对于5mL的对羟基苯甲酸水溶液，所述白炭黑结晶物的添加量为0.25-5g，所述对羟基苯甲酸水溶液的浓度为0.6-1.4g/L。

本发明还提供了一种基于白炭黑的蓝藻抑制剂的应用，其中，所述应用的方法包括：将蓝藻抑制剂加入铜绿微囊藻液中；相对于50mL的光密度值OD₆₈₀＝0.5的铜绿微囊藻液，所述蓝藻抑制剂的用量为4-6mL。

通过上述技术方案，本发明提供了一种基于白炭黑的蓝藻抑制剂及其制备方法和应用，蓝藻抑制剂的原料是白炭黑和对羟基苯甲酸，无毒无害；两种材料价格低廉，容易获得；同时白炭黑具有巨大的比表面积，吸附能力强，不仅可以促进对羟基苯甲酸的分散，而且能够集杀藻、吸附藻、混凝藻残体于一体，在低投加量时即可取得优异的除藻效果；本发明的使用方法简单，只需将化合物按比例投加，适当搅拌，分离除藻。

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是无任何处理的铜绿微囊藻扫描电子显微镜照片；

图2是白炭黑分散在水中的扫描电镜显微镜照片；

图3是对比例1中铜绿微囊藻在白炭黑作用下的扫描电子显微镜照片；

图4是不同质量的白炭黑结晶物对铜绿微囊藻的抑制效应图；

图5是实施例1-5和空白对照例1对铜绿微囊藻的抑制效应图；

图6是实施例6-10和空白对照例2对铜绿微囊藻的抑制效应图；

图7是为对羟基苯甲酸与不同量白炭黑对铜绿微囊藻的复合抑制效应在60min时藻样生长情况。

图8为对羟基苯甲酸与不同量白炭黑对铜绿微囊藻的复合抑制效应在0min、60min时铜绿微囊藻扫描电子显微镜照片。

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白炭黑的蓝藻抑制剂，所述蓝藻抑制剂由以下原料混合制得，所述原料为：白炭黑结晶物和对羟基苯甲酸水溶液；其中，所述白炭黑结晶物由白炭黑和水混合，经超声分散、真空过滤后得到。

在本发明的一种优选的实施方式中，为了使得抑制剂能产生优良的抑制藻类生长的作用，所述对羟基苯甲酸水溶液的浓度为0.6-1.4g/L，且相对于5mL的对羟基苯甲酸水溶液，所述白炭黑结晶物的添加量为0.25-5g。

所述白炭黑的粒径为8-15nm，表面积为200-380m²/g，较大的比表面积可以增加白炭黑的吸附能力，不仅可以促进对羟基苯甲酸的分散，而且能够集杀藻、吸附藻、混凝藻残体于一体。

本发明还提供了一种基于白炭黑的蓝藻抑制剂的制备方法，其中，所述制备方法包括：将白炭黑和水均匀混合，超声分散、真空过滤后得到白炭黑结晶物；其中，相对于1g白炭黑，所述水的用量不低于5mL；将白炭黑结晶物和对羟基苯甲酸水溶液混合，得到所述蓝藻抑制剂；其中，相对于5mL的对羟基苯甲酸水溶液，所述白炭黑结晶物的添加量为0.25-5g，所述对羟基苯甲酸水溶液的浓度为0.6-1.4g/L。

为了使得白炭黑在水里更好的形成晶态白炭黑，在本发明的一种优选的实施方式中，所述超声分散的时间为8-12min。

本发明还提供了一种基于白炭黑的蓝藻抑制剂的应用，其中，所述应用的方法包括：将蓝藻抑制剂加入铜绿微囊藻液中；其中，相对于50mL的光密度值OD₆₈₀＝0.5的铜绿微囊藻液，所述蓝藻抑制剂的用量为5mL；在应用时，也可以分别将白炭黑结晶物和对羟基苯甲酸水溶液按比例加入到藻液中。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

将5g白炭黑和500mL水均匀混合，超声分散、真空过滤(滤纸孔径为0.45μm)后得到白炭黑结晶物；将0.5g白炭黑结晶物和5mL浓度为0.6g/L 的对羟基苯甲酸水溶液分别加入50mL铜绿微囊藻中(藻液光密度值OD680＝0.5)；搅拌后，静置60min将藻液中絮体分离。

实施例2

按照实施例1的方法进行，不同的是，对羟基苯甲酸水溶液的浓度为0.8g/L。

实施例3

按照实施例1的方法进行，不同的是，对羟基苯甲酸水溶液的浓度为1g/L。

实施例4

按照实施例1的方法进行，不同的是，对羟基苯甲酸水溶液的浓度为1.2g/L。

实施例5

按照实施例1的方法进行，不同的是，对羟基苯甲酸水溶液的浓度为1.4g/L。

空白对照例1

按照实施例1的方法进行，不同的是，将0.5g白炭黑结晶物加入50mL铜绿微囊藻中(藻液光密度值OD680＝0.5)；搅拌后，静置60min将藻液中絮体分离。

图5反应了实施例1-5和空白对照例1对铜绿微囊藻的抑制率，其中，抑制率(％)＝(空白对照例中的藻密度-实施例1-5中的藻密度)/空白对照例中的藻密度度；从图中可以得到当白炭黑和对羟基苯甲酸添加量一定时，随处理时间越长，藻抑制率越大；或者观测时间时，白炭黑一定时，随对羟基苯甲酸添加量越大，藻抑制率越大。当投加的对羟基苯甲酸的浓度为1.0g/L，体系中对羟基苯甲酸浓度为约0.09mg/L时，在45min时抑制率达到最大，为98.61％。此时对照的抑藻率为30.56％；在50ml藻液中，当白炭黑与水的固体结晶物添加量为0.5g时，1.0g/L对羟基苯甲酸的最适添加体积为5ml，藻抑制率最高。

实施例6

将5g白炭黑和500mL水均匀混合，超声分散、真空过滤(滤纸孔径为0.45μm)后得到白炭黑结晶物；将0.25g白炭黑结晶物和5mL浓度为1g/L的对羟基苯甲酸水溶液分别加入50mL铜绿微囊藻中(藻液光密度值OD680＝0.5)；搅拌后，静置60min将藻液中絮体分离。

实施例7

按照实施例6的方法进行，不同的是，白炭黑结晶物的加入量为0.35g。

实施例8

按照实施例6的方法进行，不同的是，白炭黑结晶物的加入量为0.4g。

实施例9

按照实施例6的方法进行，不同的是，白炭黑结晶物的加入量为0.45g。

实施例10

按照实施例6的方法进行，不同的是，白炭黑结晶物的加入量为0.5g。

空白对照例2

按照实施例6的方法进行，不同的是，将5mL浓度为1g/L的对羟基苯甲酸水溶液加入50mL铜绿微囊藻中(藻液光密度值OD680＝0.5)；搅拌后，静置60min将藻液中絮体分离。

图6反应了实施例6-10和空白对照例2对铜绿微囊藻的抑制率，其中，抑制率(％)＝(空白对照例中的藻密度-实施例1-5中的藻密度)/空白对照例中的藻密度度；从图中可以得到，当白炭黑结晶物的添加量为0.25和0.5g时，除藻效果良好，例如在15min时，两固体结晶物藻抑制率分别为98.29％和99.16％。

图7为对羟基苯甲酸与不同量白炭黑对铜绿微囊藻的复合抑制效应在60min时藻样生长情况(图7中的藻样生长情况图和下方的表格的位置一一对应)。

图8为对羟基苯甲酸与不同量白炭黑对铜绿微囊藻的复合抑制效应在0min、60min时铜绿微囊藻扫描电子显微镜照片。(注：L图圈标记为10μm条件下，0min藻细胞死亡被吸附电镜图；R图圈标记为5μm条件下，60min藻细胞死亡残体形成絮凝体的电镜图，连接L图和R图的线条表征在同一除藻体系中不同时间藻细胞变化)

对比例1

将2g白炭黑和50mL水均匀混合，超声分散、真空过滤(滤纸孔径为0.45μm)后得到白炭黑结晶物；分别将0.25g、0.35g、0.4g、0.45g、0.5g白炭黑结晶物加入到50mL铜绿微囊藻中(藻液光密度值OD680＝0.5)；搅拌后，静置60min将藻液中絮体分离。

图4为不同质量的白炭黑结晶物对铜绿微囊藻的抑制率，从图中可以看出，50mL藻液中白炭黑结晶物最适添加量约为0.5g，45min时的抑制率最大，但其抑制率远远低于白炭黑结晶物和对羟基苯甲酸对铜绿微囊藻的复合抑制率。

图1为无任何处理的铜绿微囊藻扫描电子显微镜照片；图2为白炭黑分散在水中的扫描电镜显微镜照片；图3为对比例1中铜绿微囊藻在白炭黑作用下的扫描电子显微镜照片(白炭黑结晶物的添加量为0.5g，处理时间为60min)；据图3推出白炭黑结晶物加入藻液中，能够分解破碎藻细胞、吸附藻细胞或藻细胞残体碎片，干扰藻细胞的正常代谢，达到聚沉、除藻效果。

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。