一种基于两亲性树状分子的除藻剂及其除藻方法

1.本发明涉及水体除藻技术领域，具体涉及一种基于两亲性树状分子的除藻剂及其除藻方法。


背景技术：

2.近些年，水体富营养化和全球变暖加快了藻华爆发进程，给生态环境、人体健康以及经济发展带来了极大影响。目前控制藻华的方法主要可分为化学控藻法、生物控藻法和物理控藻法。物理除藻法主要是利用除藻机械从水中清除藻类，但是这种方法成本高、应用范围窄，不便于大范围使用。生物除藻法主要是引入新的生物从而控制藻类生长，然而这种方法周期长，新引入的生物可能会破坏生态平衡和食物链。化学除藻剂虽然能够紧急应对藻华的爆发，然而传统的化学除藻剂会对环境带来二次污染。
3.利用天然粘土对有害藻华进行絮凝沉降是为数不多可以应用于实际的绿色除藻方法，但天然粘土絮凝效率低限制了其应用。已有研究表明，阳离子改性剂能够提高粘土絮凝效果，然而现有的改性剂仍然无法满足高效除藻效果，因此，设计并探索新型絮凝剂及粘土改性剂具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，提供一种操作简便、絮凝效率高并且除藻速度快的基于两亲性树状分子的除藻剂，以克服现有技术的缺陷。
5.为达成上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于两亲性树状分子的除藻剂，所述除藻剂包括絮凝剂，所述絮凝剂为两亲性树状分子c
18-kk2。
6.两亲性树状分子c
18-kk2是一种现有的生物医药材料，其已经被一些研究者研究与制备，本发明首次提出以两亲性树状分子c
18-kk2作为除藻剂中的絮凝剂，两亲性树状分子c
18-kk2由两条疏水烷基链和一条亲水聚赖氨酸树突组成，其结构通式如下：
[0007][0008]
两亲性树状分子c
18-kk2在水中的溶解性好，表面带有正电荷，可通过电中和作用与藻细胞高效结合，从而将藻细胞絮凝在一起沉降下来。
[0009]
作为优选，所述的藻为引起藻华的常见藻种铜绿微囊藻。
[0010]
作为优选，藻液中两亲性树状分子c
18-kk2终浓度为0.1～7μg/ml。
[0011]
进一步地，藻液中两亲性树状分子c
18-kk2最佳终浓度为6μg/ml。
[0012]
本发明的另一目的是提供一种复合除藻剂，包括絮凝剂和粘土，所述絮凝剂为两亲性树状分子c
18-kk2。
[0013]
虽然两亲性树状分子c
18-kk2对藻细胞有较好的絮凝能力，但是由于经两亲性树状分子c
18-kk2絮凝后的藻细胞所形成的絮凝体结构疏松，且容易在外力作用下漂浮，因此所形成的絮凝体并不稳定。而用粘土做助凝剂可明显加快絮凝沉降的速度，更有利于水体快速澄清。
[0014]
作为优选，所述粘土为海泡石，由两亲性树状分子c
18-kk2及海泡石组成的复合除藻剂可以达到良好的絮凝除藻效果。
[0015]
作为优选，所述复合除藻剂中两亲性树状分子c
18-kk2在藻液中的终浓度为0.1-6μg/ml，海泡石在藻液中的终浓度为40～320μg/ml。
[0016]
作为优选，所述复合除藻剂中两亲性树状分子c
18-kk2在藻液中的最佳终浓度为4μg/ml。
[0017]
本发明的另一目的是提供上述复合除藻剂的除藻方法，先将海泡石加入至藻液中，然后再添加两亲性树状分子c
18-kk2，充分混匀。在除藻过程中，带有负电荷的海泡石和藻细胞同时附着在带有正电荷的上两亲性树状分子c
18-kk2，因此增大了絮凝体的体积，加快了絮凝体的下降速度，同时在下降过程中卷扫了大量藻细胞，能够进一步降低两亲性树状分子c
18-kk2的所需使用量。
[0018]
作为优选，添加材料完成后，在400转/分速度下快速搅拌1分钟，再以100转/分速度慢速搅拌14分钟，最后静置15分钟。
[0019]
如果单独使用40～320μg/ml的海泡石溶液去除铜绿微囊藻，1小时后的去除率不到10％；如果单独使用6μg/ml c
18-kk2除藻，30分钟后去除率即可达到95％以上，但絮凝沉降后的藻细胞容易受到外力时发生再悬浮现象。使用本发明中的复合除藻剂后，仅需要4μg/ml c
18-kk2在15min内对藻细胞的去除率即可达到96％以上，且沉降后的藻细胞不易再悬浮，水体澄清。
[0020]
本发明中的复合除藻剂不仅除藻效果明显，并且除藻剂使用量也更加少，所用时间更加短，除藻的效率很高。同时，本发明的除藻方法操作方便，直接将c
18-kk2与海泡石复合使用，使得除藻方法更简单易操作，是一种比现有技术更加方便实用高效的除藻方法。
附图说明
[0021]
图1为单独使用两亲性树状分子c
18-kk2除藻时，不同的c
18-kk2浓度与除藻效果之间的关系；
[0022]
图2为不同海泡石浓度与除藻效果之间的关系；
[0023]
其中曲线b为单独使用海泡石时，不同海泡石浓度与除藻效果之间的关系；曲线a为在含有4μg/ml c
18-kk2的复合除藻剂中，不同海泡石浓度对除藻效果的影响。
具体实施方式
[0024]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过实施例对本发明作进一步具体的说明。
[0025]
实施例1：两亲性树状分子c
18-kk2去除铜绿微囊藻
[0026]
在多个藻浓度为3.0
×
109个/ml，ph为7.0的水体样本中分别加入两亲性树状分子c
18-kk2使得其终浓度分别为0μg/ml、1μg/ml、2μg/ml、3μg/ml、4μg/ml、5μg/ml、6μg/ml、7μg/
ml，在400转/分速度下快速搅拌1分钟，再以100转/分的速度慢速搅拌14分钟，静置30分钟后，观察并检测除藻效率，结果如图1所示。
[0027]
针对两亲性树状分子c
18-kk2终浓度为6μg/ml的水体样本的除藻过程进行观察，在快速搅拌过程中可以观察到水体中藻细胞开始凝聚在一起；慢速搅拌时可以观察到絮凝物逐渐增多，且絮凝物体积越来越大；静置30分钟后，藻细胞絮凝体沉降到水底，水体变得澄清，在液面以下(2cm)吸取藻液测其叶绿素a的含量，检测其除藻效率可达到95.28％。
[0028]
实施例2：复合除藻剂去除铜绿微囊藻
[0029]
在多个藻浓度为3.0
×
109个/ml，ph为7.0的水体样本中分别加入海泡石使得其终浓度分别为40mg/l、80mg/l、120mg/l、160mg/l、200mg/l、240mg/l、280mg/l、320mg/l，然后加入两亲性树状分子c
18-kk2使得其终浓度为4μg/ml，在400转/分速度下快速搅拌1分钟，搅拌过程中可以观察到水体中的藻细胞开始凝聚在一起；再以100转/分速度慢速搅拌14分钟，可以观察到絮凝物逐渐增多，且絮凝物体积越来越大，絮凝体积比仅加入c
18-kk2的实施例1中大，静置15分钟后，藻细胞絮凝体沉降到水底，水体变得澄清，检测海泡石终浓度为200mg/l的水体样本的除藻效率可达到96.03％。除藻效果如图2所示。
[0030]
这是因为加入海泡石后，带有负电荷的海泡石和藻细胞同时附着在带有正电荷的两亲性树状分子c
18-kk2上，因此增大了絮凝体的体积，加快了絮凝体的下降速度，同时在下降过程中卷扫了大量藻细胞，故所需要的c
18-kk2量更加少。
[0031]
对比例3
[0032]
将实施例1与其它常见絮凝剂除藻效果进行对比，结果如表1所示。
[0033]
表1
[0034][0035]
对比例4
[0036]
将实施例2与其他常见粘土复合除藻剂的除藻效果进行对比，结果如表2所示。
[0037]
表2
[0038][0039]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。