关于在水处理领域中的磁性材料的应用

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　　摘要：近年来，对于磁性微球的研究作为磁性功能材料的一个重要发展方向得到了人们的广泛关注。鉴于此，文章对磁性微球在水处理应用方面，特别是对天然生物高分子功能化、合成高分子功能化的磁性微球在水处理中的应用及磁性微球对废水中微量有机物的检测方面的应用现状进行了详细介绍，并指出磁性微球在废水处理方面有广泛的应用前景及未来发展方向。
　　关键词：磁性微球 水处理 检测
　　
　　磁性微球是指通过适当的方法使有机高分子化学与无机磁性物质结合起来形成的具有一定磁性及特殊结构的复合材料。制备磁性高分子微球通常应用的磁性物质有：纯铁粉、羰基铁、磁铁矿、正铁酸盐、铁钴合金等，尤以Fe3O4磁流体居多。与磁性材料结合的高分子材料中天然高分子材料有壳聚糖、明胶、纤维素、淀粉等，合成高分子材料有聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚苯乙烯等。其中天然高分子材料因具有价廉易得、生物相容性好、可被生物降解等优点，得到了广泛的研究和应用。
　　一、磁性微球在水处理中的应用
　　1.天然生物高分子功能化的磁性微球在水处理中的应用
　　（1）磁性微球固定化酶在水处理中的应用
　　固定化微生物技术主要是固定化酶或细胞，其技术目前在应用上还存在一些问题，如载体的性能、固定酶/细胞操作、酶活力收率不理想、寿命不长等。针对这些问题，磁性载体固定化酶放入磁场稳定的流动床反应器中，可以减少反应体系中的操作，适合大规模连续化生产，利用外部磁场可以控制磁性材料固定酶的运动方式和方向，替代传统的机械搅拌，提高固定化酶的催化效率。在炼油、油化工、木材加工和煤气与炼焦等工业生产过程中常排放出含酚污水，含酚污水具有污染范围广，危害程度大等特点，对其进行有效的治理是非常必要的。
　　（2）壳聚糖磁性微球在水处理中的应用
　　壳聚糖是自然界存在的唯一碱性多糖，它的胺基极易形成四级胺正离子，有弱碱性阴离子交换作用，由于游离氨基的存在，壳聚糖类在酸性溶液中具有阳离子型聚电介质的性质，可作为凝聚剂，但在酸性溶液中会溶解，稳定性差。因此，将壳聚糖制成如磁性微球，对提高壳聚糖的应用价值是十分有意义的，其在污水处理中主要用作絮凝剂和重金属吸附剂。
　　（3）处理含酚废水
　　采用反相悬浮交联法，以草酸铁为磁核制备了壳聚糖磁性微球并用来处理含酚污水。可得出用ZnFe2O4/壳聚糖核壳磁性微球处理苯酚废水的工艺条件为：pH为7左右，搅拌速率120r/min，吸附时间大于l h，静置时间为10min，对苯酚去除率可达到64%左右。明显优于其他药剂的净水效果。
　　（4）染料污水处理
　　一般染料污水的处理方法是采用物理化学方法-絮凝沉淀及活性吸附与生化处理相结合的方法进行的。其中活性吸附不仅能有效地去除染料物质，还能进一步提高污水的可生化性，达到综合治理的目的。常用的吸附剂如：活性炭和活性硅藻土等，虽然具有良好的吸附性能，但再生困难，使用成本高，不易普及。壳聚糖分子链上具有大量的活性基团，对染料物质具有良好的吸附性能，特别是赋予壳聚糖颗粒磁性后，使得其还具有良好的分离性能，这无疑为其回收再生提供了便利条件。
　　2.合成高分子功能化磁性微球在水处理中的应用
　　在流化床废水处理技术中，一般认为载体应具有良好的生物亲和性、优良的传质特性、化学稳定性好、载体表面粗糙、比表面积大、孔径分布合理、价廉并且密度较低，易于流态化等。而磁性高分子微球因其制备方法多样，具有生物亲和性，可以吸附大量的微生物。因此，可根据需要制备出多孔结构、粒径合适且分布均匀的磁性微球作为生物流化床的载体。在磁流体存在的情况下，采用改进了的乳液聚合法及分散聚合法制备出粒径分布均匀、磁响应性强的磁性多孔聚苯乙烯微球，经测定，合成的磁性多孔聚苯乙烯微球的骨架密度及表观密度比活性炭轻，因而更易于流化，可在处理废水中悬浮，能够保证载体与处理水的充分接触，有利于微生物迅速发挥处理作用；虽孔度略小于活性炭，但该微球的孔容明显较活性炭大，而且具有很大的比表面积，更有利于微生物的吸附；具有较小的膨胀率，说明该载体用于流动水处理时能够保持足够的稳定性；磁性多孔聚苯乙烯微球具有磁响应性，当其置于磁性流化床反应器中，可根据外加磁场强度的大小及间歇性变化进行定向的运动。
　　3.废水中微量有机物的检测
　　利用磁性微球分离效率很高的特点，将微球应用于废水中特定组分的分离、检测，可以有效地减少工作量，缩短工作时间。检测方法可以用电化学检测法、发光检测法或电化学石英晶体微天平等方法。用含酰肼基团的磁性微球吸收富集水中的微量甲醛，在弱酸性环境中，磁性微球上的酰肼基团和甲醛反应生成具有电活性的物质腙。在测定时，磁性微球聚集在磁性电极的表面，电活性物质在-1.04V被还原，利用还原峰电流值可以测量甲醛的含量。用这种方法测定环境水样中甲醛的含量，其检测下限为0.2 mg/L，检测灵敏度要比常规的光度法、色谱法、电化学法等检测方法高。其它具有能够和磁球偶联的活性基团且有电活性的物质，如含有醛基、羰基、氨基等的有机物都能用这种方法检测。
　　二、结语
　　综上所述，磁性微球作为一种新的功能材料在水处理方面有着广泛的应用前景，特别是随着电化学湿法氧化处理废水技术与磁性微球材料的结合，使得关于磁性微球在水处理方面的研究必将受到人们极大的关注。
　　
　　参考文献：
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