一种基于复合化感物质的缓释抑藻剂的制备方法及应用与流程

本发明属于水体污染控制领域，涉及一种复合化感物质缓释抑藻剂的制备方法及应用。

背景技术：

近年来，湖泊、水库等水体由于富营养化等原因导致藻类水华频繁爆发。水华爆发导致生态系统失衡，人类健康受到危害。因此，如何有效控制水华是目前水环境领域的研究热点。

关于藻类生长控制，经过国内外大量研究论证认为利用植物化感作用抑制藻类具有高效、生态安全性好的特点。许多学者做出了研究并取得了一系列研究成果，如：中国专利CN2012102108685大麦化感抑藻旋光异构体赛克灵的制备方法和应用、中国专利CN201510148616.8一种黄酮缓释抑藻制剂的制备方法等。由于藻类具有浮游生长特性，在实际应用中直接将化感物质投放入水体中，容易造成局部浓度太高且效应短暂的问题，而若将化感物质直接加入水体容易造成制剂随水流浮动而远离抑藻应用区域，或者制剂下沉不能有效控制水体表面藻类生长。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种复合化感物质缓释抑藻剂的制备及应用方法,可以缓慢释放复合化感物质从而对淡水有害藻类如铜绿微囊藻进行较长期的有效控制。针对上述问题，本发明选取酚酸类的没食子酸、脂肪酸类的壬酸、酯类物质2-甲基乙酰乙酸乙酯（EMA）三种化感物质根据比例制成复合化感物质。研究发现没食子酸作为酚酸类化感物质，其对铜绿微囊藻抑制活性较高，氧化产物也具有抑藻作用。同时有研究表明，碳链越短抑藻效果越好，壬酸属短链饱和脂肪酸，具有非常好的抑藻效果。通过应用海藻酸钠这一天然高分子化合物作为缓释载体，将复合化感物质均匀或包埋在缓释载体中制成缓释抑藻剂，从而达到抑藻剂缓释效果。并将缓释抑藻剂装在网兜内，通过使网兜系在人工浮岛的方法将缓释剂固定控制于水华爆发区域，从而达到更好的抑藻控藻效果。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种复合化感物质缓释抑藻剂选取的化感物质有酚酸类的没食子酸、脂肪酸类的壬酸、酯类物质2-甲基乙酰乙酸乙酯（EMA）三种化感物质根据比例混合制成，选择天然高分子化合物海藻酸钠作为缓释载体，以质量分数3%-5%的海藻酸钠溶液与质量分数3%-5%的氯化钙在20-80℃下胶化成形得到缓释抑藻剂。制成的缓释抑藻剂通过固定使其悬浮于应用的水面处。

一种复合化感物质缓释抑藻剂的制备方法，其步骤如下：

（1）按质量体积浓度比20-500mg/L：2-50mg/L：2-50mg/L配制没食子酸溶液、壬酸二甲基亚砜溶液和EMA二甲基亚砜溶液，然后等体积混合成复合化感物质；

（2）称取海藻酸钠溶解于60-80℃的蒸馏水中，将海藻酸钠溶液加入复合化感物质中进行混合，海藻酸钠的质量占混合物总质量的百分含量为3%-5%，用400-600r/min搅拌10-15min摇匀制成复合化感物-海藻酸钠溶液；

（3）将复合化感物-海藻酸钠溶液进行水浴保温，水浴温度为20-80℃；

（4）将质量分数3%-5%的氯化钙溶液倒入复合化感物-海藻酸钠溶液中，加入的量以没过复合化感物-海藻酸钠溶液为宜，轻轻震荡摇匀得到胶体，胶体呈无色透明状态，胶体具有轻微弹性，将胶体取出用纯水洗去表面氯化钙溶液即得复合化感物缓释抑藻剂。

作为优选，步骤（3）和（4）中水浴温度为60℃条件下胶化成形得到缓释抑藻剂，所形成的凝胶性能最好。

上述的复合化感物质缓释抑藻剂在抑藻中的应用，所述的缓释抑藻剂装在网兜中，网兜挂在人工浮岛上，人工浮岛通过绳子与锚连接。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

（1）海藻酸钠是一种天然高分子化合物，具有药物制剂辅料所需的稳定性、溶解性、粘性和安全性。

（2）没食子酸作为酚酸类化感物质，其对铜绿微囊藻抑制活性较高，氧化产物也具有抑藻作用。

（3）有研究表明，碳链越短抑藻效果越好，壬酸属短链饱和脂肪酸，具有非常好的抑藻效果。

（4）2-甲基乙酰乙酸乙酯（EMA）为具有较强的抑藻能力的酯类。选择不同化学结构类型的化感物质有助于加强抑藻效果。

（5）制备过程中的氯化钙溶液可以循环使用，节约了成本同时提高了化感物质利用率。

（6）缓释抑藻剂抑藻药效期长，可以高效抑藻。

（7）为解决缓释抑藻剂使用过程中随风浮动及沉降而不能有效利用问题，采用网兜固定于人工浮岛法使其有效固定于应用的抑藻区域。

附图说明

图1一种复合化感物质缓释抑藻剂抑藻效果；

图2一种复合化感物质抑藻效果；

图3壬酸二甲基亚砜溶液抑藻效果；

图4复合化感物质缓释抑藻剂对不同体积藻液的抑藻效果；

图5一种复合化感物质缓释抑藻剂在水体中应用结构示意图：

其中：

1-人工浮岛；2-网兜；3-缓释抑藻剂；4-绳；5-锚。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步解释。

实施例1：

一种复合化感物质缓释抑藻剂的制备方法，其步骤如下：

（1）配制质量体积浓度为500mg/L的没食子酸溶液、50mg/L的壬酸二甲基亚砜溶液和50mg/L的EMA二甲基亚砜溶液，然后等体积混合成复合化感物质；

（2）称取海藻酸钠溶解于80℃的蒸馏水中，将海藻酸钠溶液加入步骤（1）的复合化感物质中进行混合，海藻酸钠的质量占混合物总质量的百分含量为5%，用500r/min搅拌13min摇匀制成复合化感物-海藻酸钠溶液；

（3）将复合化感物-海藻酸钠溶液的容器置于水浴锅中保持温度稳定，水浴温度为60℃；

（4）将质量分数5%的氯化钙溶液倒入复合化感物-海藻酸钠溶液中，加入的量以没过复合化感物-海藻酸钠溶液为宜，轻轻震荡摇匀得到胶体，胶体呈无色透明状态，胶体具有轻微弹性，将胶体取出用纯水洗去表面氯化钙溶液即得复合化感物缓释抑藻剂。

如图5所示，所述的复合化感物缓释抑藻剂装在网兜2中，网兜2挂在人工浮岛1上，使缓释抑藻剂3悬浮于水面，人工浮岛1通过绳子4与锚5连接，所述缓释抑藻剂3固定方法不限于网兜装盛，人工浮岛不限于人工浮岛亦可为具有浮力的其他装置，如浮球等，绳子4的长度大于水深，锚5为石头或其他重物，使其可随水位自动调节高度而不随水流移动出抑藻区，复合化感物质缓释抑藻制剂可在水中缓慢释放有效成分从而达到抑藻效果，人工浮岛1除可为缓释抑藻剂3提供附体支撑外，还具有景观效果。

实施例2：

一种复合化感物质缓释抑藻剂的制备方法，其步骤如下：

（1）配制质量体积浓度为20mg/L的没食子酸溶液、2.0mg/L的壬酸二甲基亚砜溶液和2.0mg/L的EMA二甲基亚砜溶液，然后等体积混合成复合化感物质；

（2）称取海藻酸钠溶解于60℃的蒸馏水中，将海藻酸钠溶液加入步骤（1）的复合化感物质中进行混合，海藻酸钠的质量占混合物总质量的百分含量为3%，用400r/min搅拌15min摇匀制成复合化感物-海藻酸钠溶液；

（3）将复合化感物-海藻酸钠溶液的容器置于水浴锅中保持温度稳定，水浴温度为20℃；

（4）将质量分数5%的氯化钙溶液倒入复合化感物-海藻酸钠溶液中，加入的量以没过复合化感物-海藻酸钠溶液为宜，轻轻震荡摇匀得到胶体，胶体呈无色透明状态，胶体具有轻微弹性，将胶体取出用纯水洗去表面氯化钙溶液即得复合化感物缓释抑藻剂。

如图5所示，所述的复合化感物缓释抑藻剂装在网兜2中，网兜2挂在人工浮岛1上，使缓释抑藻剂3悬浮于水面，人工浮岛1通过绳子4与锚5连接，使其可随水位自动调节高度而不随水流移动出抑藻区，复合化感物质缓释抑藻制剂可在水中缓慢释放有效成分从而达到抑藻效果，人工浮岛1除可为缓释抑藻剂3提供附体支撑外，还具有景观效果。

实施例3：

一种复合化感物质缓释抑藻剂的制备方法，其步骤如下：

（1）配制质量体积浓度为100mg/L的没食子酸溶液、10mg/L的壬酸二甲基亚砜溶液和10mg/L的EMA二甲基亚砜溶液，然后等体积混合成复合化感物质；

（2）称取海藻酸钠溶解于70℃的蒸馏水中，将海藻酸钠溶液加入步骤（1）的复合化感物质中进行混合，海藻酸钠的质量占混合物总质量的百分含量为4%，用600r/min搅拌10min摇匀制成复合化感物-海藻酸钠溶液；

（3）将复合化感物-海藻酸钠溶液的容器置于水浴锅中保持温度稳定，水浴温度为80℃；

（4）将质量分数3%的氯化钙溶液倒入复合化感物-海藻酸钠溶液中，加入的量以没过复合化感物-海藻酸钠溶液为宜，轻轻震荡摇匀得到胶体，胶体呈无色透明状态，胶体具有轻微弹性，将胶体取出用纯水洗去表面氯化钙溶液即得复合化感物缓释抑藻剂。

如图5所示，所述的复合化感物缓释抑藻剂3装在网兜2中，网兜2挂在人工浮岛1上，使缓释抑藻剂3悬浮于水面，人工浮岛1通过绳子4与锚5连接，使其可随水位自动调节高度而不随水流移动出抑藻区，复合化感物质缓释抑藻制剂可在水中缓慢释放有效成分从而达到抑藻效果，人工浮岛1除可为缓释抑藻剂3提供附体支撑外，还具有景观效果。

对比试验：

配制BG11培养基并取100mL分装于200mL的锥形瓶中，高压灭菌后接种铜绿微囊藻藻液（FACHB-915）（购自中国科学院水生生物研究所淡水藻种库），置于恒温培养箱中培养，培养条件为温度25℃，光照2500lx，光暗比14h：10h。培养期间每天定时摇瓶3次并随机调换三角瓶位置，尽量使各瓶的光通量保持一致。采用血球计数板测算铜绿微囊藻密度，待藻细胞密度为10⁵个/mL时开始试验。

将实施例1、实施例2、实施例3、海藻酸钠胶体组（3%海藻酸钠溶液不含化感物质）和空白组共5个分组，每组设3个平行，测试本发明制得的复合化感物质缓释抑藻剂的抑藻效能。CK为全空白对照组，CK胶代表仅加入海藻酸钠胶体对照组，铜绿微囊藻藻液初始浓度为7.7×10⁵个/mL。由图1可见，海藻酸钠胶体可以轻微抑制藻类生长，不会显著影响化感物质抑藻效果，不同浓度复合化感物质均有显著抑藻效果，在实验第14天时，实施例1浓度组藻液浓度最低，为8.0×10⁵个/mL，实施例2浓度组效果次之，藻液浓度为32×10⁵个/mL。实验进行到28天时实施例1浓度组抑藻效果仍较好，藻液浓度为9.5×10⁵个/mL，其他组抑藻效果已不显著。本发明所制得的缓释抑藻剂药效期长。

将复合化感物质（20mg/L的没食子酸溶液、2.0mg/L的壬酸二甲基亚砜溶液和2.0mg/L的EMA二甲基亚砜溶液）与空白组对照，每组3个平行测试复合化感物质的抑藻效能，采用血球计数板测定其对铜绿微囊藻密度的影响，结果如图2所示，复合化感物质具有较好的抑藻效果，但药效期较短，在第5天时效果较好随后抑藻效果减弱。

同时配制1mg/L的壬酸二甲基亚砜溶液加入锥形瓶中与空白组对照，每组3个平行测试壬酸二甲基亚砜溶液的抑藻效能，采用血球计数板测定其对铜绿微囊藻密度的影响，结果如图3所示：壬酸二甲基亚砜溶液具有一定的抑藻效果，但抑藻时效较短。

采用实施例2中的复合化感物质缓释抑藻剂作用于不同铜绿微囊藻藻液体积中，配制BG11培养基分别取100mL分装于200mL的锥形瓶中并取1000mL分装于3000mL的锥形瓶中，其余操作同上。采用血球计数板测算铜绿微囊藻密度，待藻细胞密度为10⁵个/mL时开始试验。血球计数板测定其对铜绿微囊藻密度的影响，其最终的抑藻效果如图4所示：实施例2中浓度的复合化感物质缓释抑藻剂作用于100mL及1000mL体积的铜绿微囊藻藻液中均具有较好的抑藻效果，作用于1000mL体积的藻液中时比在100mL体积的藻液效果稍差。

实施例4：

一种复合化感物质缓释抑藻剂的制备方法，其步骤如下：

（1）配制质量体积浓度为20mg/L的没食子酸溶液、50mg/L的壬酸二甲基亚砜溶液和10mg/L的EMA二甲基亚砜溶液，然后等体积混合成复合化感物质；

（2）称取海藻酸钠溶解于60℃的蒸馏水中，将海藻酸钠溶液加入步骤（1）的复合化感物质中进行混合，海藻酸钠的质量占混合物总质量的百分含量为3%，用600r/min搅拌10min摇匀制成复合化感物-海藻酸钠溶液；

（3）将复合化感物-海藻酸钠溶液的容器置于水浴锅中保持温度稳定，水浴温度为60℃；

（4）将质量分数3%的氯化钙溶液倒入复合化感物-海藻酸钠溶液中，加入的量以没过复合化感物-海藻酸钠溶液为宜，轻轻震荡摇匀得到胶体，胶体呈无色透明状态，胶体具有轻微弹性，将胶体取出用纯水洗去表面氯化钙溶液即得复合化感物缓释抑藻剂。

所得的复合化感物缓释抑藻剂加入到铜绿微囊藻藻液初始浓度为7.7×10⁵个/mL的水体中，复合化感物质有显著抑藻效果，在第14天时，藻液浓度最为35×10⁵个/mL。

如图5所示，所述的复合化感物缓释抑藻剂3装在网兜2中，网兜2挂在人工浮岛1上，使缓释抑藻剂3悬浮于水面，人工浮岛1通过绳子4与锚5连接，使其可随水位自动调节高度而不随水流移动出抑藻区，复合化感物质缓释抑藻制剂可在水中缓慢释放有效成分从而达到抑藻效果，人工浮岛1除可为缓释抑藻剂3提供附体支撑外，还具有景观效果。

实施例5：

一种复合化感物质缓释抑藻剂的制备方法，其步骤如下：

（1）配制质量体积浓度为500mg/L的没食子酸溶液、5mg/L的壬酸二甲基亚砜溶液和2mg/L的EMA二甲基亚砜溶液，然后等体积混合成复合化感物质；

（2）称取海藻酸钠溶解于60℃的蒸馏水中，将海藻酸钠溶液加入步骤（1）的复合化感物质中进行混合，海藻酸钠的质量占混合物总质量的百分含量为3%，用400r/min搅拌10min摇匀制成复合化感物-海藻酸钠溶液；

（3）将复合化感物-海藻酸钠溶液的容器置于水浴锅中保持温度稳定，水浴温度为60℃；

（4）将质量分数3%的氯化钙溶液倒入复合化感物-海藻酸钠溶液中，加入的量以没过复合化感物-海藻酸钠溶液为宜，轻轻震荡摇匀得到胶体，胶体呈无色透明状态，胶体具有轻微弹性，将胶体取出用纯水洗去表面氯化钙溶液即得复合化感物缓释抑藻剂。

所得的复合化感物缓释抑藻剂加入到铜绿微囊藻藻液初始浓度为7.7×10⁵个/mL的水体中，复合化感物质有显著抑藻效果，在第14天时，藻液浓度最为14×10⁵个/mL。

如图5所示，所述的复合化感物缓释抑藻剂3装在网兜2中，网兜2挂在人工浮岛1上，使缓释抑藻剂3悬浮于水面，人工浮岛1通过绳子4与锚5连接，使其可随水位自动调节高度而不随水流移动出抑藻区，复合化感物质缓释抑藻制剂可在水中缓慢释放有效成分从而达到抑藻效果，人工浮岛1除可为缓释抑藻剂3提供附体支撑外，还具有景观效果。