[发明专利]一种利用纳米碳管高效去除水体中藻类的方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种利用纳米碳管高效去除水体中藻类的方法。

技术背景

   随着社会经济的迅猛发展和人口的剧增，大量未经处理的工业废水、 生活污水和农业废水肆意排入自然水域，水体富营养化进程加速，进而使藻类爆发及水华的现象频繁发生，过量繁殖的藻类严重影响水质，对人体健康、 生态和景观等方面都造成了严重的危害。

    目前，国内外去除水体中藻类的方法主要可分为三类：物理方法、化学方法和生物方法。其中物理方法中利用粘土微粒的絮凝、吸附作用去除藻类是目前国际上公认的方法之一，但其缺点是所需的除藻的时间较长，一般需2～3天。化学方法通常采用投加杀藻剂如有机溴杀藻剂、铜盐、高锰酸钾等化学药剂来达到除藻的目的，化学方法除藻效果很明显， 但造成环境污染或破坏生态平衡。生物方法除藻的技术要采用微生物防治、食藻生物、水生植物抑制等方法，从理论上来说， 生物除藻是一种最环保的控制藻类的手段，但由于其运行周期长，见效慢，且从技术层面上来看，实施起来有一定难度。一种简单快速高效的除藻方法能够有效地为处理藻类爆发、水华以及饮用水除藻等提供应急处理措施。

纳米科技迅速发展，必将对全球社会经济产生广泛的影响。目前，纳米材料产业化在全国甚至全球范围内方兴未艾。碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。由于纳米碳管具有非常大的长径比，比表面积也较大，碳管与碳管之间的有较强的吸引力加上范德华力作用，碳管之间容易缠绕与团聚在一起，在水溶液中不会形成均匀稳定的悬浮液，但是经超声的处理后的碳管溶液会形成暂态的碳管悬浮溶液，这些悬浮的碳管能够有效地吸附、絮凝水体中的藻类，之后碳管失稳，同时吸附在碳管上的藻类会加速碳管的沉降，很快碳管与藻共同沉降下来，从而达到了除藻的目的（如附图1所示），这个特点使得碳管能够成为一种高效的除藻剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用纳米碳管高效去除水体中藻类的方法。

本发明包括如下步骤： 

1）将纳米碳管加入自来水中配制成质量浓度为10～200 mg/L的碳管水溶液；

2）用NaOH溶液或HCl溶液将上述碳管水溶液的pH值调至5.0～9.0范围内；

3）将装有上述碳管水溶液的容器放在超声清洗器内超声15～30分钟或用超声细胞破碎仪超声0.5～5分钟；

4）将超声处理后的碳管悬浮液加入含有藻类的水体中并迅速的搅拌摇匀，然后将纳米碳管与藻类的混合液静置沉降30～60分钟，即可高效的去除水体中的藻类。

本发明的有益效果：

1）本发明使用的纳米碳管是一种新型的纳米材料，它具有稳定的物理化学性质，并且可重复回收利用。

2）纳米碳管除藻效率高，除藻所需时间短。如附图2所示，用100mg/L的多壁纳米碳管（MWCNT，内径60～100 nm）水溶液经超声清洗器超声30分钟后，处理高浓度的藻液（藻液在660nm处的吸光值为0.218，藻密度约为4.0×10⁶个/mL）。混合液静置沉降30分钟后，纳米碳管的去除率达到94.7%。此方法整个除藻过程只需60分钟左右，上述实验中如果将超声设备超声清洗器改用超声破碎仪，则这个除藻过程只需40分钟左右。

3）该方法操作简单且适用条件广。只需将将碳管水溶液用超声机超声15～30分钟或用超声细胞破碎仪超声0.5～5分钟即可得到碳管的暂态悬浮液，此外，此方法适用的水体的pH值范围较宽，pH值在5～9范围内的纳米碳管对藻类均具有较好的去除效率；适用的水体的离子强度范围较宽，离子强度在5～500 mMol/L范围内对纳米碳管的除藻能力没有影响。

附图说明

图1为碳管悬浮液、藻液及二者混合液的沉降曲线；

图2为不同浓度的纳米碳管对藻类的去除率示意图。

具体实施方式

实施例1

1）将纳米碳管加入自来水中配制成质量浓度为10 mg/L的碳管水溶液；

2）用NaOH溶液或HCl溶液将上述碳管水溶液的pH值调至5.0～9.0范围内；

3将装有上述碳管水溶液的容器放在超声清洗器内超声15分钟； 

4将超声处理后的碳管悬浮液加入含有藻类的水体中并迅速的搅拌摇匀，然后将纳米碳管与藻类的混合液静置沉降30分钟，即可高效的去除水体中的藻类。

实施例2