磁性高岭土去除铜绿微囊藻研究

陈龙飞

（安徽建筑大学环境与能源工程学院，安徽 合肥 230000）

自然水域蓝藻的爆发，恶化水质的同时会增加水的浊度、产生难闻的气味，严重影响人们饮用水安全。尤其是其中的有毒藻类：铜绿微囊藻、颤藻。铜绿微囊藻是我国水域蓝藻水华常见的藻类[1]。铜绿微囊藻在生长过程中会产生微囊藻毒素，被摄入后会损伤人和动物的肝脏[2]，因此将铜绿微囊藻从水中去除显的至关重要。目前，已经有很多的去除铜绿微囊藻方法被研究，包括机械打捞[3]、氧化[4]、超声[5]、膜技术[6]、吸附[7]等。吸附法由于操作简单、经济高效，副作用小，得到越来越多的关注。袁玉婷等[8]利用壳聚糖改性粉煤灰，研究粉煤灰改性后对水中铜绿微囊藻的去除作用，发现经改性后粉煤灰除藻能力明显提升，作用机理主要是电中和。朱芸芸等[9]利用秸秆合成焦木酸，研究对铜绿微囊藻去除效果，发现对铜绿微囊藻的去除率可达90%以上，同时能够很好的抑制铜绿微囊藻的生长。

高岭土是黏土的一种，储量大，分布广，价格便宜，主要由Al2O3和SiO2组成，还含有少量的MgO、Fe2O3、CaO 等[10]。由于其良好的性能和特点,高岭土已经被广泛的研究。郭超等[11]利用聚合氯化铝铁改性高岭土,研究其对水中磷的去除效果。结果表明,3mg/L 时,其对磷的吸附效果可达90%以上。李盼盼等[12]利用壳聚糖修饰高岭土，探究其混凝除藻的能力，发现经壳聚糖修饰后，除藻能力明显提升，对蓝藻的去除率可达95%以上。值得注意的是，使用过后的吸附剂很难从水中去除，本文利用盐酸和Fe3O4对高岭土改性，制备磁性高岭土。能够在混凝铜绿微囊藻后，很好的将磁性高岭土从溶液中分离出来。另外，重点探讨了投加量、藻密度、盐酸浓度、接触时间对磁性高岭土除藻效果的影响。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

四氧化三铁（Fe3O4）购自生工，纯度≥97%；盐酸购自国药集团，化学纯。铜绿微囊藻（M.A）来自中国科学院水生生物研究所。M.A 在BG11 培养基中，光照周期为16 h，黑暗周期为8 h的条件下进行培养。

1.2 磁性高岭土制备和混凝实验

分别称取2g Fe3O4和1g 高岭土混合，滴加1.5mL 盐酸。放入60oC 烘箱，24h 后，取出研磨过200 目筛。混凝实验均在常温下进行。称量一定量的磁性高岭土加到装有250 mLOD680=0.1 M.A 悬液的500 mL 烧杯中。利用六联搅拌器180 rpm 快速搅拌5 min，80 rpm 慢速搅拌3min。在液面下2 cm 取样，检测水中藻的密度。M.A去除率计算公式（1）如下[13]：

2 结果与讨论

2.1 盐酸浓度对磁性高岭土除藻的影响

依次取2-12mol/L的盐酸对高岭土改性，探究盐酸浓度对磁性高岭土对M.A的去除能力。实验结果如图1 所示。可以发现，滴加不同浓度的盐酸，制备的磁性高岭土除藻能力不同。随着盐酸浓度的增加，磁性高岭土对M.A的去除率逐渐增大，在盐酸浓度为10mol/L时达到最大，去除率可达90%。但是，随着盐酸浓度继续的增大，磁性高岭土对M.A的去除率出现小幅度下降。可能的原因[14]：盐酸浓度过大，一方面，高岭土内部的杂质溶解的同时堵塞高岭土的孔道，另一方面，可能会破坏高岭土内部的结构。

图1 盐酸浓度对磁性高岭土除藻的影响

2.2 投加量对磁性高岭土除藻的影响

分别称量0.025g-0.25g 不等的磁性高岭土，探究不同投加量的磁性高岭土除藻效果，如图2 所示。可以看到，在一定范围内，随着磁性高岭土投加量的增加，M.A的去除率逐渐增加。投加0.2g 磁性高岭土时，对M.A 去除率达到最大，90%。之后，随着投加量的增加，混凝除藻能力呈现一定的下降。0.25g 磁性高岭土时，对M.A的去除率是84.26%。究其原因，投加过量的磁性高岭土可能会干扰M.A与磁性高岭土表面位点的接触，从而使得磁性高岭土除藻能力的下降。高岭土除藻的能力受Al2O3和MgO的影响，两者的含量越高，高岭土除藻的能力越好[15]；否则，除藻能力下降。同时，经改性后，高岭土表面电位可能发生转变，因而能够更好的与藻细胞结合，形成较大的絮体，有利于混凝沉降藻细胞，但磁性高岭土投加量过量时，形成的絮体表面电位会发生转变，从而絮体间静电斥力增加，不利于形成较大的絮体。

图2 投加量对磁性高岭土除藻的影响

2.3 沉降时间对磁性高岭土除藻的影响

探究了在不同的沉降时间内，磁性高岭土对M.A的去除能力，结果如图3 所示。从图3 我们可以看到，在短时间内（5min），磁性高岭土对M.A的去除率增加速度较快。之后逐渐放缓。在沉降10min以后，磁性高岭土对M.A的去除能力显著提高，从2min 时的35.84%增加到80.32%。表明，磁性高岭土混凝M.A 形成的絮体沉降速率较快，能够达到快速去除M.A的目的。

图3 沉降时间对磁性高岭土除藻的影响

2.4 混凝机理的探讨

高岭土本身能够去除M.A，但去除效果不理想。这是由于在不同的pH 下，高岭土和M.A 都呈现相同的电性，因而静电斥力较大，很难形成大的絮体。高岭土混凝除藻的能力和其含有的Al2O3和MgO 呈正相关[15]。Al2O3和MgO 含量越高，除藻能力越强。因而，网捕作用可能是高岭土除藻的主要机理。利用盐酸和Fe3O4改性高岭土，可以看到除藻能力明显提升。可能是由于盐酸的作用，增大了高岭土的比表面积，附着在高岭土表面的Fe（III），也能够混凝去除水中的M.A；经酸和Fe3O4改性后，高岭土表面电性可能发生转变，因而能够很好的与M.A 静电吸引，形成大的絮体，通过重力作用沉降。因此，磁性高岭土去除M.A的机理可能是电中和、吸附架桥和网捕作用。

3 结论

随着水体富营养化的恶化，蓝藻爆发对自然水体的危害越发严重。区别与以往去除水中蓝藻的方式，我们利用Fe3O4和盐酸对高岭土改性，制备了磁性高岭土。在提高高岭土除藻能力的同时可以将混凝剂从溶液中分离出来。结果表明：盐酸浓度是10mol/L，0.2g 磁性高岭土，沉降20min 时，对M.A的去除率最佳，可达90%。