颗粒活性炭负载TiO2去除微囊藻毒素-LR研究

近年来，水体富营养化导致藻类水华的频繁发生。许多藻类如微囊藻、鱼腥藻、颤藻、聚球藻和层理鞭线藻等能产生微囊藻毒素（MCs）[1]。MCs是潜在的肿瘤促进剂，对饮用水安全造成了严重的威胁[2]。控制藻毒素的方法包括物理、化学和生物等方式。常规水处理工艺混凝、沉淀、砂滤对藻毒素的去除效果不佳；活性炭吸附可以有效去除，但不能破坏MCs有毒基团，容易产生二次污染[3]；加氯可以氧化细胞外MCs，同时可破坏藻细胞，使细胞内MCs被释放出来，使水中溶解性藻毒素增加[4]；生物法虽然可以有效的去除MCs，但微生物作用缓慢，通常需要几天的时间[5]。目前研究认为，较高效、安全的处理方法一般采用高级氧化技术。其共同特点在于反应过程中会产生强氧化性的羟基自由基，可以完全达到降解藻毒素的目的，同时降解产物不会产生二次污染。本研究以颗粒活性炭（GAC）为载体，采用溶胶凝胶法制备负载型的催化剂（TiO2/GAC），并利用此催化剂去除众多MCs中分布较广、毒性最强的微囊藻毒素-LR（MCLR）。在实现负载型催化剂易回收的同时，以期利用载体活性炭优越的吸附性能和纳米TiO2优越的光催化性能，在复合催化剂柱中先将水体中痕量的MCLR吸附，然后进行光催化氧化降解，从而达到对水体中MCLR有效的去除也避免一直开启UV灯产生的能耗。1材料与方法1.1试剂与仪器钛酸四丁酯、乙醇、乙酸、盐酸、氨水，化学纯；活性炭，工业级；纳米TiO2（P25），进口；甲醇，色谱纯；三氟乙酸，分析纯；藻毒素MCLR标品：纯度≥97%，进口；试验用水为高纯水。XPA-Ⅱ型光催化反应器，12W紫外灯，YFFK50X600/120-26C型电阻炉，Agilent1100型高效液相色谱仪，C18固相萃取柱（3mL/500mg）。1.2TiO2/GAC的制备常温下，将10mL钛酸四丁酯溶于20mL乙醇中，强烈搅拌10min；用移液管滴入20mL乙酸，滴速控制在1滴·s-1，强烈搅拌10min；用酸式滴定管缓慢滴入20mL乙醇与1.7mL蒸馏水混合液，滴速约为0.33滴·s-1，继续搅拌2～3h，陈化24h备用。将筛孔0.380～0.830mm活性炭浸渍于上述陈颗粒活性炭负载TiO2去除微囊藻毒素－LR研究刘振鸿，闵浩，薛罡，邱恒（东华大学环境科学与工程学院，上海201620）摘要：以颗粒活性炭为载体，采用溶胶凝胶法制备了负载型的催化剂（TiO2/GAC），研究了负载型催化剂对微囊藻毒素-LR（MCLR）的吸附和光催化降解试验，以及负载型与悬浮型催化剂对MCLR光催化活性试验。结果表明，TiO2/GAC对MCLR具有良好的吸附和光降解活性，且其对MCLR去除有着活性炭吸附-TiO2降解协同作用。将太湖蓝藻爆发期MCLR质量浓度为19.6g·L-1的湖水经TiO2/GAC催化剂柱先吸附后UV降解，同时考察催化剂重复利用后吸附与光降解活性问题。结果显示，TiO2/GAC催化剂柱吸附约37h后出水含量高于限定标准，停止进水后在15min几乎被完全光降解；同时重复利用催化剂“吸附-光降解”2次后，仍具有较高的吸附和光催化活性。关键词：活性炭；吸附；二氧化钛；光催化；微囊藻毒素-LR中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-3770(2010)07-0061-005收稿日期：2009-09-21基金项目：教育部新世纪优秀人才计划（NECT-07-0175）；教育部科学技术研究重点项目（107046）上海市基础研究重点项目（08JC1400500）作者简介：刘振鸿（1962－），男，博士，副研究员，研究方向为地表水微污染物的去除；E-mail：zhhl@dhu.edu.cn联系作者：薛罡，男，副教授；联系电话：13671611264；E-mail：xuegang@dhu.edu.cn第36卷第7期2010年7月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.36No.7Jul.,201061化后液体2h，置于电阻炉中以3℃·min-1速率分别升温至500℃焙烧2h，取出冷却后用蒸馏水洗净烘干，至此完成一次负载。1.3MCLR的提取从中科院某水生生物研究所购买铜绿微囊藻（Microcystisaeruginosa，FACHB905），接种于BG11培养基培养1个月左右。取一定体积试验室培养微囊藻，10000r·min-1高速冷冻离心10min，收集上清液Ⅰ；在沉淀物中加入一定量体积分数50%的甲醇超声破碎30min，高速离心收集上清液Ⅱ；沉淀物再以体积分数70%的甲醇提取1次，离心收集上清液Ⅲ；合并Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ溶液得溶液Ⅳ。加入稀盐酸调节pH约为3，静置12h过0.45μm微孔滤膜，在上清液中加入稀氨水调至pH为7。最后在旋转蒸发器上蒸干加入蒸馏水配置所需含量的MCLR。1.