圖文(wén)摘要(yào)

文(wén)章(zhāng)亮(liàng)點

對(duì)比了(le)各金(jīn)屬離(lí)子(zǐ)作(zuò)用(yòng)下(xià)藻酸鹽的(de)∏超濾回收特性

闡明(míng)了(le)金(jīn)屬離(lí)子(zǐ)緩解藻酸鹽超濾的(de)膜污染機(jī)制(zhì)

引入高(gāo)價金(jīn)屬離(lí)子(zǐ)的(de)藻酸鹽或可(kě)作(zuò)為(wèi)新型納米材料

通(tōng)過光(guāng)學顯微(wēi)鏡、DLS、FTIR、XPS和(hé)SEM分(fēn)析了(<le)回收物(wù)（濾餅）

文(wén)章(zhāng)簡介

北(běi)極星水(shuǐ)處理(lǐ)網8月(yuè)15日(rì)訊：藻酸鹽是(shì)一(yī)種'天然聚合物(wù)和(hé)可(kě)再生(shēng)資源，具有(yǒu)較高(gāo)附加值。它是(shì)由β-D-甘露糖醛酸殘基£與其同分(fēn)異構體(tǐ)α-L-古羅糖醛酸殘基，通(tōng)過α（1→4）糖苷鍵連接而成的(de)線型嵌段共聚物(wù)，↓具有(yǒu)保水(shuǐ)、增稠、生(shēng)物(wù)相(xiàng)容性和(hé)凝膠形成的(de)特性， 這(zhè)使其成為(wèi)一(yī)種有(yǒu)許多(duō)潛在應用(yòng)價值的(de)原材料。目前，工(gōng)業φ(yè)獲取藻酸鹽主要(yào)是(shì)從(cóng)大(dà)型海(hǎi)藻中提取。然而，從(cóng)海(hǎi)藻♦中提取藻酸鹽的(de)生(shēng)産成本較高(gāo)、且藻酸鹽成分(fēn)易受季節變化(huà)的(de)影(yǐng)響，并且從(cóng★)海(hǎi)藻中提取藻酸鹽還(hái)會(huì)産生(shēng)大(dà)量生(shēng)産γ廢水(shuǐ)。研究人(rén)員(yuán)嘗試通(tōng)過純微(wēi)生(shēng)物(σwù)培養方式，經假單胞菌屬或固氮菌屬細菌來(lái)生(shēng)物(wù)合成藻酸鹽，通(tōng)過定向調控細菌産藻酸鹽，優化(huà)培養條件(jiàn)♣，穩定産膠能(néng)力，可(kě)以生(shēng)物(wù)合成各種具有(yǒu)特定結構性能(néng)的(de)藻酸鹽，但(dàn)是(shì)，該‌方法的(de)缺點是(shì)需要(yào)投加大(dà)量有(yǒu)機(jī)營養物(wù)作(zuò)為(wèi)生(shēng)産原料，使得(de )生(shēng)産成本大(dà)幅提高(gāo)。研究發現(xiàn)，污水(shuǐ)處理(lǐ)過程中形成的(de)好(hǎo)氧顆粒污泥（AGS）中藻​酸鹽含量最高(gāo)可(kě)達25%，因此，回收藻酸鹽成為(wèi)污水(shuǐ)資源化(huà)新興方向，具 有(yǒu)巨大(dà)的(de)應用(yòng)前景。

從(cóng)污水(shuǐ)中回收的(de)藻酸鹽溶液的(de)含水(shuǐ)率高(gāo)達99.8％，因此濃縮脫水(shuǐ)成為(wèi)從(cóng)AGS回收藻酸Ω鹽的(de)主要(yào)瓶頸之一(yī)。傳統方法是(shì)通(tōng)過添加乙醇、氯化(huà)鈣、無機(jī)酸₹和(hé)其他(tā)化(huà)學試劑以濃縮沉澱水(shuǐ)中溶解的(de)藻酸鹽，但(dàn)是(>shì)這(zhè)種方法不(bù)僅消耗大(dà)量化(huà)學試劑，而且産生(shēng)二次污染。然而，廣泛用(yòng)于蛋白(bái)質、多(duō)糖↔和(hé)核酸等生(shēng)物(wù)聚合物(wù)的(de)膜分(fēn)離(lí)與濃縮方法可(kě)以有(yǒu)效避免這(zhè)些(xiē)缺點。通(tōng≈)過膜分(fēn)離(lí)與濃縮，藻酸鹽溶液的(de)濃度增加且體(tǐ)積大(dà)幅減小(xiǎo)，從(cóng)而大(dà)大(γdà)降低(dī)藻酸鹽回收過程的(de)工(gōng)藝規模和(hé)操作(zuò)成本。膜污染是(shì)限制(zhì)膜分(fēn)離(lí)應用γ(yòng)的(de)瓶頸，通(tōng)常以污染物(wù)粘附、沉積、凝膠層形成而增加過濾阻抗。前期研究發現(xiàn)，Ca2+作(zuò)用(y¥òng)下(xià)海(hǎi)藻酸鈉（SA）溶液的(de)超濾水(shuǐ)通(tōng)量下(xià)降顯著、膜污染降低(dī)，主要(yào)是(↕shì)由于SA和(hé)Ca2+形成的(de)海(hǎi)藻酸鈣（Ca-Alg）顯著小(xiǎo)于SA的(de)過濾阻抗。類似地(dì)，Fe3+、Al3+等三價金δ(jīn)屬離(lí)子(zǐ)作(zuò)用(yòng)亦可(kě)減輕膜污染。

藻酸鹽最突出的(de)性質是(shì)其具有(yǒu)結合二價和(hé)多(duō)價陽離(lí)子(zǐ)的(de)能(néng)力，可(kě$)以形成高(gāo)價值的(de)水(shuǐ)凝膠。生(shēng)物(wù)工(gōng)程領域，藻酸鹽的(de)高(gāo)生(s®hēng)物(wù)相(xiàng)容性已被廣泛用(yòng)于醫(yī)學，例如(rú)愈合傷口的(de)止血材料和(λhé)藥物(wù)輸送。組織工(gōng)程領域，藻酸鈣通(tōng)常用(yòng)作(zuò)3D生(shēng)物(wù)打印的(de)生(shē ng)物(wù)墨水(shuǐ)。在藻酸鹽中添加金(jīn)屬離(lí)子(zǐ)可(kě)以增強力學強度及相(xiàng)關性能(néng)，例如(rú)，在藻酸鹽/聚丙烯酰₩胺水(shuǐ)凝膠中同時(shí)引入Ba2+和(hé)Fe3+作(zuò)為(wèi)交聯劑，可(kě)改善水(shuǐ)凝膠的(de)強度和(♦hé)剛度。增強型水(shuǐ)凝膠藻酸鹽可(kě)用(yòng)作(zuò)酶固定載體(tǐ)、微(wēi)膠囊和(hé)食品添加劑，其與金(jīn)屬離(lí)≥子(zǐ)的(de)交聯可(kě)以提高(gāo)藻酸鹽的(de)穩定性和(hé)機(jī)械性能(néng)，可(kě)将其用(yòng)作(zuò)新型膜材料和(hé)包裝應用(yòng)的(d<e)塗層材料。藻酸鐵(tiě)凝膠可(kě)用(yòng)作(zuò)氧化(huà)降解偶氮染料的(de)光(guāng)催化(huà)劑。基于這(zhè)些(±xiē)應用(yòng)，利用(yòng)金(jīn)屬離(lí)子(zǐ)與藻酸鹽形成的(de)複雜(zá)聚合物(wù)的(de)特殊性能(néng)，從(cóng)而為(wèi)£在超濾回收藻酸鹽過程中通(tōng)過添加高(gāo)價金(jīn)屬離(lí)子(zǐ)緩解膜污染的(d‌e)技(jì)術(shù)策略提供了(le)前提條件(jiàn)。

本研究系統地(dì)比較四種典型的(de)金(jīn)屬離(lí)子(zǐ)（Ca2+、Mg2+、Al3+和(hé)Fe3 +）作(zuò)用(yòng)下(xià)藻酸鹽溶液的(de)超濾膜分(fēn)離(lí)特性，解析單一∞(yī)和(hé)組合金(jīn)屬離(lí)子(zǐ)緩解膜污染的(de)機(jī)制(zhì)；同✘時(shí)，從(cóng)膜濃縮回收産物(wù)角度，討(tǎo)論藻酸鹽與多(duō)價金(jīn)∑屬離(lí)子(zǐ)形成材料（濾餅）的(de)含水(shuǐ)率、光(guāng)學和(hé)電(diàn)子(zǐ)掃描顯微(wēi)鏡照(z×hào)片、粒度分(fēn)布、官能(néng)團和(hé)表面化(huà)學組成等特征性能(néng)。本研究結果為(wèi)從(cóng)AGS中回收藻酸鹽的(de)分(fēn)離(l$í)與濃縮以及特定藻酸鹽的(de)研制(zhì)提供了(le)新思路(lù)，相(xiàng)關成果于2020年(nián)5月(yuè)發表在《ChiΩnese Journal of Chemical Engineering》，詳細內(nèi)容還(hái)可(kě)參考學術φ(shù)專著《污水(shuǐ)中高(gāo)分(fēn)子(zǐ)物(wù)質的(de)回收》（化(huà)學工(gōng™)業(yè)出版社，2021.10）。

結語

高(gāo)價金(jīn)屬離(lí)子(zǐ)可(kě)作(zuò)為(wèi)藻酸鹽膜污染的(de)緩✘解策略，膜分(fēn)離(lí)、濃縮、回收形成的(de)藻酸鹽濾餅有(yǒu)望擴展藻酸鹽的(de)應用(yòng)範圍，引入高(gāo)價金(jīn)屬離(lí)子(z✘ǐ)可(kě)能(néng)是(shì)開(kāi)發新型藻酸鹽材料的(de)潛在方法。過濾阻抗随著(zhe)金(jīn≤)屬離(lí)子(zǐ)濃度的(de)增加而顯著降低(dī)且濾餅的(de)含水(shuǐ)率明(míng)顯下(xià)降，過濾★阻抗減輕的(de)排序為(wèi)Mg2+＜Ca2+＜Fe3+＜Al3+。金(jīn)屬離(lí)子(zǐ)作(zuò)用(φyòng)時(shí)，過濾阻抗與pH值、遊離(lí)SA的(de)濃度呈正相(xiàng)關。Ca2+、Mg2+、Fe3+和(hé)Ca→2++Fe3+作(zuò)用(yòng)下(xià)的(de)SA溶液超濾，當金(jīn)屬離(lí)子(zǐ)的(♥de)總電(diàn)荷濃度小(xiǎo)于5 mmol·L-1時(shí)，濾餅的(de)平均★過濾阻抗相(xiàng)近(jìn)；但(dàn)是(shì)，當總電(diàn)荷濃度大(dà)于5 mmol& middot;L-1時(shí)，Ca2+或Fe3+時(shí)膜污染緩解效果顯著增加，而Mg2+時(shí)保持恒定，過濾阻抗減輕的(de)排序為¥(wèi)Fe3+＞Ca2++Fe3+＞Ca2+＞Mg2+。Fe3+減輕膜污染主要(yào)源于SA濃度降低(dī)、pH值降低(dī)以及水(shuǐ)解産物(wù)氫φ氧化(huà)鐵(tiě)膠體(tǐ)的(de)形成。回收濾餅的(de)光(guāng)學顯微(wē∞i)圖、掃描電(diàn)子(zǐ)顯微(wēi)圖、粒徑分(fēn)布、特征官能(néng)團以及表面化(huà)學成分(fēn)等材料特性，主要(yào)取決于單一(yī) 和(hé)組合的(de)高(gāo)價金(jīn)屬離(lí)子(zǐ)的(de)類型。實際好(hǎo)氧顆粒污泥中藻酸鹽的(de)超濾濃縮及回•收物(wù)的(de)材料特性與應用(yòng)有(yǒu)待進一(yī)步探究。

詳情見(jiàn)水(shuǐ)業(yè)碳中和(hé)資訊 作(zuò)者：曹達啟 郝曉地(dì)的(de)論文(wén)