季铵盐型Gemini表面活性及其复合粘土去除铜绿微囊藻的研究

论文摘要

近年来,水体富营养化现象日益严重,蓝藻水华的爆发越来越频繁且在短时间内就能造成很大的危害。在富营养化的水体中,铜绿微囊藻是引起蓝藻水华的优势藻种,有毒铜绿微囊藻的大量繁殖会使水质恶化,湖泊的自然功能受到破坏,甚至会引发饮用水危机。因此,开展安全、高效、经济的应急除藻方法显得尤为重要。本文以铜绿微囊藻为研究对象,以双烷基链的季铵盐Gemini表面活性剂及其复合粘土对铜绿微囊藻的去除效果及影响除藻的一些因素进行系统地研究,并对季铵盐Gemini表面活性剂复合粘土除藻的机理进行了初步的探讨。该课题的主要研究内容如下：1.实验比较了五种不同结构的季铵盐表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、己二亚甲基-1,6-双（十二烷基二甲基溴化铵）（12-6-12）、己二亚甲基-1,6-双（十四烷基二甲基溴化铵）（14-6-14）、己二亚甲基-1,6-双（十六烷基二甲基溴化铵）（16-6-16）对铜绿微囊藻的除藻效果,发现具有Gemini结构的表面活性剂较普通的单链表面活性剂对铜绿微囊藻的去除效率高且该类Gemini表面活性剂的烷基链越长其絮凝藻细胞的效果越好。在藻浓度为6.73×109个/L时,16-6-16的最佳投加量为20mg/L。以除藻效率较高的Gemini表面活性剂16-6-16为研究对象,系统探讨了藻液浓度、温度、pH值、离子强度等因素对16-6-16灭藻效果的影响,并借助zeta电位仪和显微镜对Gemini表面活性剂16-6-16的除藻机理进行探讨。结果表明：随着藻液初始浓度的增加,16-6-16对藻细胞的去除率先增加后降低,在温度介于15-25℃的偏碱性的淡水环境有利于16-6-16对铜绿微囊藻的去除。16-6-16在低浓度下直接作用于具有膜结构的藻细胞器表面,影响和破坏藻细胞的正常功能,导致整个细胞死亡。随着16-6-16浓度的增加,电中和作用机理占主导。2.以一种除藻效率较高的Gemini表面活性剂16-6-16为研究对象,并将其与天然皂土联用进行除藻研究,系统探讨了16-6-16与粘土的投加顺序、16-6-16与粘土的最佳投加量,水温、pH值、粘土的粒径、离子强度、藻细胞不同生长期等因素对灭藻效果的影响。以叶绿素a和溶液浊度的变化来表示除藻效果。结果表明：先投加150mg/L的皂土,3min后投加7mg/L的16-6-16的除藻效率最高,该复合除藻剂在较宽的温度范围（15℃-30℃）内以及对不同生长期的藻细胞都有较好的去除效果,水体的pH值及离子强度对16-6-16复合粘土除藻效率有一定的影响,该复合除藻剂较适合应用于偏碱性的淡水水体中铜绿微囊藻的去除。3.通过zeta电位仪、透反射生物显微镜以及扫描电子显微镜等仪器对灭藻过程中藻细胞表面zeta电位的变化、灭藻前后藻细胞的微观形态及藻细胞被絮凝后形成絮体的表面形态的研究,发现架桥网捕是Gemini表面活性剂复合粘土除藻的主要作用机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 蓝藻水华的污染现状
• 1.2 水华概述
• 1.2.1 水体富营养化的概念
• 1.2.2 水体富营养化发生的条件
• 1.2.3 蓝藻及其危害
• 1.3 除藻方法研究进展
• 1.3.1 物理方法
• 1.3.2 化学方法
• 1.3.3 生物方法
• 1.3.4 粘土及改性粘土除藻研究进展
• 1.4 Gemini表面活性剂
• 1.4.1 Gemini表面活性剂结构及性能
• 1.4.2 Gemini表面活性剂的应用
• 1.5 本文的研究目的、意义及主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 季铵盐型Gemini表面活性剂去除铜绿微囊藻的研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂
• 2.2.2 主要仪器及设备
• 2.2.3 实验所用藻种
• 2.2.4 藻种培养所用的培养基
• 2.2.5 铜绿微囊藻的培养方法
• 2.2.6 铜绿微囊藻生长曲线的绘制
• 2.2.7 吸光度（OD）值的选定
• 2.2.8 季铵盐Gemini表面活性剂的结构式
• 2.2.9 铜绿微囊藻浓度的测定
• 2.2.10 叶绿素a（Chl-a）的测定
• 2.2.11 zeta（ζ）电位的测定
• 2.2.12 藻细胞及絮凝体形态的观察
• 2.3 除藻实验
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 铜绿微囊藻的生长曲线图
• 2.4.2 铜绿微囊藻最大吸收值的确定
• 2.4.3 不同种类的季铵盐表面活性剂对藻细胞的去除效果
• 2.4.4 16-6-16的用量对藻细胞去除率的影响
• 2.4.5 藻液的初始浓度对16-6-16灭藻效果的影响
• 2.4.6 水体的pH值对16-6-16灭藻效果的影响
• 2.4.7 水体温度对16-6-16除藻效果的影响
• 2.4.8 离子强度对16-6-16灭藻效果的影响
• 2.4.9 16-6-16投加量对藻细胞表面zeta电位的影响
• 2.4.10 16-6-16絮凝沉降铜绿微囊藻的细胞形态
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第三章 季铵盐型Gemini表面活性剂复合粘土去除铜绿微囊藻的研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂
• 3.2.2 主要仪器及设备
• 3.2.3 溶液的配置
• 3.2.4 铜绿微囊藻溶液浊度的测定
• 3.2.5 叶绿素a含量的测定
• 3.2.6 藻细的絮凝现象的显微观察
• 3.2.7 除藻实验
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 不同投加方式对除藻效果的影响
• 3.3.2 皂土在复合除藻剂中最佳投加量的确定
• 3.3.3 16-6-16 在复合除藻剂中最佳投加量的确定
• 3.3.4 粘土粒径对复合除藻的影响
• 3.3.5 水体的pH值对复合除藻的影响
• 3.3.6 水体的温度对复合除藻的影响
• 3.3.7 水体的离子强度对复合除藻的影响
• 3.3.8 藻细胞不同生长期对复合除藻的影响
• 3.3.9 不同水质对除藻效果的影响
• 3.3.10 絮凝效果的显微观察
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 季铵盐型Gemini表面活性剂复合粘土除藻机理的初步研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要试剂
• 4.2.2 主要仪器
• 4.2.3 缓冲溶液及固定液的配置
• 4.2.4 zeta（ζ）电位的测定
• 4.2.5 扫描电镜样品的制备
• 4.2.6 絮凝藻细胞的显微观察
• 4.2.7 除藻实验
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 zeta电位分析
• 4.3.2 扫描电镜分析
• 4.3.3 两种不同投加方式絮凝除藻过程的模拟描述
• 4.3.4 显微图片分析
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 结论
• 硕士期间发表的论文及成果
• 致谢