檸檬酸緩釋膜與質(zhì)構(gòu)量化凈水菌膠囊的制備及其性能研究.pdf

1、我國環(huán)境污染問題凸顯，水資源的保護(hù)和合理利用迫在眉睫，江浙地區(qū)由于地表水占比較大，其治理的需求也更為迫切。氮素污染會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，對水產(chǎn)養(yǎng)殖、工業(yè)發(fā)展和生活用水造成嚴(yán)重危害，水體中氨態(tài)氮的治理難度最大。本研究采用微生物對水體污染進(jìn)行修復(fù)，主要目的為降低水體中氨氮。研究從微生物固定化技術(shù)入手，以載凈水菌膠囊的體系研究為主體，利用海藻酸鈉、聚乙烯醇為壁材，結(jié)合質(zhì)構(gòu)量化分析探究出合理的微生物固定化體系，同時(shí)利用殼聚糖、聚乙烯醇等高聚物制備

2、檸檬酸緩釋膜，并進(jìn)行凈水效果的評估。主要的研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)檸檬酸檢測體系的建立和優(yōu)化。Fe3+和檸檬酸根離子于酸性條件下在紫外照射下會形成紫色絡(luò)合物，試驗(yàn)采用分光光度法構(gòu)建檢測體系，對檢測波長、Fe3+濃度、光照和靜置時(shí)長等條件進(jìn)行優(yōu)化，最終確立最適的檢測體系為:混合體系總體積200μL，其中Fe3+和硝酸混合體系50μL(Fe3+濃度0.5 mol/L、HNO3濃度0.5mol/L)，檸檬酸和ddH2O混合體積1

3、50μL。檢測波長為440 nm，檸檬酸的檢測范圍為:0.5×10-3 mol/L～0.5×10-1 mol/L。經(jīng)HPLC法檸檬酸檢測結(jié)果對比顯示，該檢測方法穩(wěn)定有效，可用于檸檬酸的檢測。
　　(2)對殼聚糖-檸檬酸交聯(lián)體系的研究。通過對交聯(lián)體系包封率和檸檬酸載藥量的分析，確立了較優(yōu)殼聚糖-檸檬酸交聯(lián)體系為:0.1 mol/L檸檬酸鈉40 mL+20mg/mL殼聚糖溶液50mL。將該交聯(lián)體系用不同體積的10％聚乙烯醇溶液進(jìn)行包覆

4、，經(jīng)烘干后制備出聚乙烯醇包覆的檸檬酸緩釋膜。對緩釋膜體進(jìn)行水體釋放實(shí)驗(yàn)表明:檸檬酸的釋放速率會隨著膜體中聚乙烯醇使用比例的減少而增加，各實(shí)驗(yàn)組中檸檬酸陸續(xù)在16 h～3 d內(nèi)釋放率均達(dá)到90％以上，研究表明聚乙烯醇在一定程度上能延緩檸檬酸的釋放。
　　(3)基于質(zhì)構(gòu)量化的凈水菌膠囊制備。通過質(zhì)構(gòu)量化指標(biāo)的引入，對固定化壁材、輔料添加量、固化液濃度、固化時(shí)長等因素進(jìn)行優(yōu)化分析，確立較優(yōu)的微生物固定化體系為:微膠囊壁材配方為V（4％海

5、藻酸鈉）∶V(10％聚乙烯醇）=1∶9;較佳固化液配方為4％ CaCl2和4％H3BO3的混合溶液;輔料竹炭、硅藻土和沸石的適宜添加量(w/v)分別為20％～60％、20％～30％和20％～60％。對較優(yōu)配方下的微膠囊進(jìn)行空隙率分析和內(nèi)部結(jié)構(gòu)掃描電子顯微鏡觀察表明:在微膠囊內(nèi)部存在大量的孔隙，這利于膠囊內(nèi)部和外界的物質(zhì)交換。同時(shí)水體釋放實(shí)驗(yàn)表明該微膠囊內(nèi)有部分微生物能釋放到水體環(huán)境中。
　　(4)實(shí)驗(yàn)室模擬凈水實(shí)驗(yàn)。搖瓶凈水實(shí)驗(yàn)結(jié)

6、果表明:該載菌微膠囊能去除水體中的氨氮，20 h后各實(shí)驗(yàn)組中NH4+-N濃度從1h時(shí)39.3 mg/L～44.7 mg/L均降低到0.1 mg/L以下，氨氮去除率99％以上。24 h后各實(shí)驗(yàn)組中的總氮值也出現(xiàn)不同程度的下降;微膠囊片狀膜于自制模擬河道，進(jìn)行開放水體凈水實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:各實(shí)驗(yàn)組中氨氮值隨著水力停留時(shí)間(HRT)增加而降低，當(dāng)HRT為30h時(shí)氨氮值由進(jìn)水的6.2 mg/L～6.4 mg/L下降到1.2 mg/L～1.7 mg/