一種緩釋型殺藻劑的制備方法和應(yīng)用與流程

本發(fā)明屬于水污染控制領(lǐng)域，具體涉及了一種緩釋型殺藻劑的制備方法，同時還涉及一種緩釋型殺藻劑的用途。

背景技術(shù)：

水體的富營養(yǎng)化導(dǎo)致的藍(lán)藻水華問題一直是人類關(guān)注的環(huán)境問題之一，其造成的影響已不僅僅涉及到自然環(huán)境的污染以及各種水體的惡化，還波及到了人類的正常生活以及社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展問題。面對如此惡劣的水體污染處境，尋求一條行之有效的處理方向成為當(dāng)今社會的熱點問題。

針對水體的富營養(yǎng)化問題使用較為普遍的三大方法中：物理法處理成本高且治標(biāo)不治本，無法作為控制水體污染的長久之計。化學(xué)法直接使用化學(xué)試劑作為殺藻劑，實際應(yīng)用時常因投入過量的殺藻劑從而導(dǎo)致水體二次污染的問題，仍有待改進(jìn)。生物法操作時間長，不可抗影響因素比較多，操作難度也限制其推廣使用?！盎凶饔谩钡陌l(fā)現(xiàn)為水華控藻問題提供了一個新方向。目前利用沉水植被進(jìn)行水體生態(tài)修復(fù)的技術(shù)成熟，該技術(shù)也作為一個新型的高效抑藻方式被廣范應(yīng)用，并且直接利用水生植被的化感作用治理水華的控藻效果十分明顯。但是該方法操作周期較長，實際效果不可控，同時不可控的環(huán)境因素會影響其作用效果而使其實際操作難度系數(shù)不穩(wěn)定，因此還需要更進(jìn)一步的改進(jìn)。

目前關(guān)于水生植物釋放化感物質(zhì)對于藻類的抑藻作用模式的研究發(fā)現(xiàn)，化感物質(zhì)對藻類的抑制常常表現(xiàn)出低劑量多次添加的抑藻效果高于高劑量單次添加的抑藻效果。而化感物質(zhì)作為水生植物或藻類的次生代謝產(chǎn)物，具有低毒、可生物降解的特點，同時對藻類的過度生長方面也有明顯抑制作用。結(jié)合以上兩點理論，直接利用化感物質(zhì)進(jìn)行抑藻的研究可以有效避免利用水生植物化感作用抑藻所受環(huán)境因子的不可抗因素的影響。但直接使用化感物質(zhì)抑藻會造成使用區(qū)域局部濃度過高的現(xiàn)象，不適合直接單獨使用化感物質(zhì)抑藻，還需要結(jié)合現(xiàn)有研究技術(shù)改變化感物質(zhì)的釋放模式才可有效達(dá)到高效抑藻的效果。

包埋緩釋技術(shù)既可以達(dá)到保護(hù)核心物質(zhì)高包埋效率的同時又能達(dá)到緩慢釋放核心藥物的效果，契合了目前關(guān)于利用化感物質(zhì)低劑量緩慢釋放抑藻的設(shè)計思路。

酚酸類物質(zhì)是目前已被證實的活性較強的化感物質(zhì)，也是一種重要的次生代謝產(chǎn)物，其數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他類化感類物質(zhì)的數(shù)量。酚類物質(zhì)的主要代表有苯酚類化感物質(zhì)、羥基苯甲酸和肉桂酸衍生物類化感物質(zhì)、黃酮類化感物質(zhì)、醌類和單寧五大類等化感物質(zhì)。這種代表物質(zhì)對于造成水華的優(yōu)勢種—銅綠微囊藻具有較強的抑制作用，根據(jù)已有研究表明在該化感物質(zhì)的存在下銅綠微囊藻的生物量會有明顯的下降趨勢。結(jié)合目前包埋研究中類似物質(zhì)的包埋技術(shù)，將酚酸類物質(zhì)與包埋技術(shù)結(jié)合，研發(fā)一種具有全新特色的抑藻方式。這一做法有效的利用了化感物質(zhì)和包埋材料的生物相容性良好和可生物降解的特點，制備成的緩釋抑藻劑，可以通過緩慢釋放化感物質(zhì)來抑制水體中的微藻，因此該方法無疑是一條高效、生態(tài)安全的水體富營養(yǎng)化處理方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是在于提供了一種緩釋型殺藻劑的制備方法，該方法選用環(huán)?？山到獠牧?，避免了有毒有害物質(zhì)的使用，并調(diào)節(jié)所需材料的pH值進(jìn)行包埋，在保持核心被包埋物質(zhì)的化感活性的同時保證較高的包埋效率，操作簡單易行，包埋結(jié)果穩(wěn)定。

本發(fā)明另一個目的是在于提供了一種緩釋型殺藻劑在水華微藻優(yōu)勢藻種中的應(yīng)用，不但可以有效模擬自然條件下化感物質(zhì)低劑量多次釋放的作用模式，還可以維持較為穩(wěn)定的控藻效果，最高抑制率可達(dá)60％～75％，添加殺藻劑3～4天時間后再次添加該殺藻劑能保持較為明顯的殺藻效果。

為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施：

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是：所提供的緩釋型殺藻劑選用抑藻活性較強的酚酸類化感物質(zhì)為核心物質(zhì)，結(jié)合包埋技術(shù)通過調(diào)節(jié)包埋材料的pH值保證被包埋物質(zhì)的化感活性，固定液利用調(diào)節(jié)好pH的殼聚糖稀酸溶液配制相應(yīng)濃度的氯化鈣的殼聚糖混合溶液，可以有效提高固定化效果，制備出一種新型緩釋殺藻劑。

一種緩釋型殺藻劑的制備方法，其步驟如下：

(1)取0.2～1.4g海藻酸鈉粉末溶解于去離子水中配制成固定體積為20mL的海藻酸鈉膠狀溶液，其中海藻酸鈉溶液的濃度設(shè)置為1％、2％、3％、4％、5％、6％以及7％的不同濃度范圍，該混合液可于50～60℃恒溫水浴鍋內(nèi)溶解，且需不斷攪拌至均勻，待氣泡完全消失后，使用0.1～1.0mol/L的鹽酸溶液調(diào)節(jié)海藻酸鈉溶液的pH值在3.0～6.5范圍內(nèi)，其中pH值設(shè)置為3.0或3.5或4.0或4.5或5.0或5.5或6.0或6.5，最終獲得質(zhì)量百分濃度為1％～7％濃度不等、pH值分別為3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5的海藻酸鈉溶液備用；

(2)稱取0.1g酚酸類化感物質(zhì)粉末溶解于去離子水中并稀釋至100mL，充分混合后配制濃度為1mg/mL的酚酸類化感物質(zhì)的溶液作為殺藻劑的核心物質(zhì)，本發(fā)明使用濃度約為1mg/mL的核心化感物質(zhì)溶液濃度(具體核心酚酸類物質(zhì)的添加量要根據(jù)所需制備的殺藻劑的量并根據(jù)包埋率去控制酚酸類化感物質(zhì)的添加量)避光，-24～-20℃下冷藏，待需要混合包埋材料時取用；

其中這種酚酸類化感物質(zhì)可以是鄰苯二酚或沒食子酸或焦性沒食子酸或肉桂酸或阿魏酸其中的任意一種；

(3)稱取0.2～0.8g的氯化鈣粉末，配制一定質(zhì)量百分濃度(1～4％)的含氯化鈣粉末和殼聚糖(0.4～1.2％)的稀醋酸混合溶液20mL，其中殼聚糖是溶解于濃度為1％左右的稀醋酸溶液中，并且使用0.1～1.0mol/L氫氧化鈉控制該殼聚糖溶液的pH值在4.0～6.5左右，最后得到的固定液備用；

(4)將配制好的酚酸類化感物質(zhì)的溶液作為芯材溶液與海藻酸鈉溶液(1％～7％)作為壁材溶液，并按照芯壁溶液體積比例(1:4～3:1)均質(zhì)混合，混合5～10min，混合液備用；

(5)將混合好的酚酸類化感物質(zhì)的溶液與包埋材料海藻酸鈉溶液的混合液吸取至注射器中，通過一定孔徑(7～16mm)的針頭，將其注射到氯化鈣的殼聚糖稀酸溶液內(nèi)，固定10～60min，溫度控制在20～30℃左右，等待固定；

(6)將步驟(5)完成后所得的緩釋型殺藻劑從固定液中過濾，去離子水洗滌3～4次，裝袋；

(7)所制成成品先在-20～-4℃下冷藏2－3小時，再置于-80～-60℃下冷藏至少10～14小時，然后置于冷凍干燥機中冷凍干燥10～14小時，即可得到一種緩釋型殺藻劑。

本發(fā)明特征是利用酚酸類化感物質(zhì)結(jié)合包埋緩釋技術(shù)達(dá)到化感物質(zhì)緩慢釋放的效果，不但殺藻效果良好，投藥周期縮短，人力與藥物的使用量也大大減少。相比傳統(tǒng)技術(shù)來說該方法使用的化感物質(zhì)以及包埋材料的生物降解性能好，具有生態(tài)安全性，可以在有效處理水污染狀況的同時大大降低水體環(huán)境二次污染的可能性。

一種緩釋型殺藻劑在水華優(yōu)勢藻種中的殺藻藥物中的應(yīng)用，其步驟是：

A、按照化感物質(zhì)持續(xù)釋放的作用模式向50～300mL藻細(xì)胞密度約為1×10⁶～1×10⁸cells/L的藻液中添加0.01～1.5g的包埋的總化感物質(zhì)量在2.0～3.0mg/L的該緩釋型殺藻劑(具體緩釋型殺藻劑的添加量要控制包埋核心化感物質(zhì)的總量在2.0～3.0mg/L)；

B、設(shè)置時間段分別為1d、2d、3d、4d、5d、6d和7d的時間點提取實驗組藻液1ml，稀釋到可操作濃度后，按照血球計數(shù)板計算各個時間段藻種液中藻細(xì)胞密度的變化，與同組設(shè)置的空白藻種液進(jìn)行對照，得出每個時間段的藻細(xì)胞抑制率；

C、加入殺藻劑的藻種密度隨時間的變化規(guī)律，得到其抑制作用曲線，分析解決該緩釋型殺藻劑持續(xù)抑制藻細(xì)胞生長的再次添加殺藻劑的時間點。

所述的水華優(yōu)勢藻種具體為銅綠微囊藻。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果：

(1)本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用的沉水植物的次生代謝產(chǎn)物，該物質(zhì)的化感抑制作用明顯同時又具有良好的生物相容性，可生物降解，對環(huán)境不易造成二次污染，生態(tài)安全性好；

(2)本發(fā)明操作簡單，可控性強，核心酚酸類化感物質(zhì)可以有效抑制水華優(yōu)勢種群微藻；

(3)本發(fā)明采用的壁材材料在核心包埋物之釋放完畢后可以生物降解，且不會對水體環(huán)境造成自凈負(fù)擔(dān)，不存在二次污染的風(fēng)險；

(4)本發(fā)明可以有效解決高劑量單次添加化感物質(zhì)的抑藻效果相對較弱的現(xiàn)象，令其處理效果達(dá)到類似于多次添加化感物質(zhì)抑制藻類生長的模擬自然狀況下的情形；

(5)本發(fā)明所制備所得的緩釋型殺藻劑可有效包埋住核心物質(zhì)的有效作用量。利用該殺藻劑進(jìn)行抑藻實驗，抑藻效果可維持三天左右的釋放效果，其中以第三天或第四天的抑藻效果最佳，抑藻率在60％～75％之間。

附圖說明

圖1為一種緩釋型殺藻劑的制備方法流程圖。

圖2為一種緩釋型殺藻劑的應(yīng)用效果圖。

圖1所示的為一種緩釋型殺藻劑的制備流程圖，其中包括包埋材料的預(yù)處理以及混合包埋操作過程的詳細(xì)介紹，最后通過過濾、洗滌、冷凍干燥即可得所制備的緩釋型殺藻劑。

圖2所示的為一種緩釋型殺藻劑的應(yīng)用效果圖，圖中表明該緩釋型殺藻劑可以有效控制水華優(yōu)勢種藻的生長，可控范圍在60％～75％左右，并且如圖所示，在該緩釋型殺藻劑添加藻種液3～4天后抑藻效果減弱，此時應(yīng)再次添加殺藻劑，仍可得到穩(wěn)定明顯的殺藻效果。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對發(fā)明的具體實施例進(jìn)行解釋和進(jìn)一步說明。

本發(fā)明選用的水華優(yōu)勢種——銅綠微囊藻購于中國科學(xué)院武漢水生生物研究所，使用BG-11培養(yǎng)基培養(yǎng)。培養(yǎng)條件是：溫度20～30℃，光照強度1000～3000lux左右，光暗周期為12h：12h，擴大培養(yǎng)一周后，使銅綠微囊藻達(dá)到對數(shù)生長期，再使用BG-11培養(yǎng)基稀釋成初始藻密度為1×10⁶～1×10⁸cells/L左右備用。

實施例1：

根據(jù)圖1可知，一種緩釋型殺藻劑的制備方法，其步驟是：

(1)稱取一定量的海藻酸鈉粉末①溶解于去離子水中，于50或52或54或56或58或60℃恒溫水浴溶解，制得質(zhì)量百分濃度為1％、2％、3％、4％、5％、6％以及7％的20ml的不同濃度的海藻酸鈉膠狀溶液，然后使用0.1～1mol/L的鹽酸溶液調(diào)節(jié)該海藻酸鈉溶液②的pH值到5.5左右，待該海藻酸鈉溶液冷卻到20℃左右，氣泡消失后，備用；

(2)稱取0.1g酚酸類化感物質(zhì)粉末③溶解于去離子水中并稀釋至100mL，充分混合后配制濃度為1.0mg/mL的酚酸類化感物質(zhì)的溶液作為該殺藻劑的核心物質(zhì)(具體核心酚酸類物質(zhì)的添加量要根據(jù)所需制備的殺藻劑的量并根據(jù)包埋率去控制酚酸類化感物質(zhì)的添加量)，其中這種酚酸類化感物質(zhì)可以是鄰苯二酚或沒食子酸或焦性沒食子酸或肉桂酸或阿魏酸其中的任意一種，避光，-24或-22或-20℃下冷藏，備用，待需要混合時取用；

(3)稱取0.2或0.4或0.6或0.8g氯化鈣粉末④添加到質(zhì)量百分濃度為1％的已經(jīng)使用0.1或0.2或0.4或0.6或0.8或1.0mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)好pH值⑥在5.5左右的殼聚糖的稀醋酸溶液⑤中，最后令得到的氯化鈣的混合溶液中氯化鈣的百分質(zhì)量濃度為2％，體積為20mL或30mL，此為固定液，備用；

(4)按照芯壁溶液體積比例為1:2將步驟(2)配置好的酚酸類物質(zhì)的溶液混合加入到步驟(1)的海藻酸鈉溶液中，其中芯材溶液是酚酸類化感物質(zhì)溶液，壁材溶液是海藻酸鈉膠狀溶液?；旌虾髮⒒旌暇|(zhì)的核壁材料⑦的溶液逐滴滴加到pH值為5.5的2％的20mL或30mL的氯化鈣的殼聚糖稀醋酸溶液⑧中固定20或25或30或35或40min，最后將得到的包埋緩釋型殺藻劑⑨過濾、洗滌、干燥⑩，以包埋率作為選擇指標(biāo)，選取海藻酸鈉最適宜的濃度范圍在2或3或4％左右。

篩選出以上較適宜的制備條件后，制備出最優(yōu)條件下的含酚酸類物質(zhì)的包埋緩釋型殺藻劑。

表1為緩釋型殺藻劑制備方法的優(yōu)化條件范圍設(shè)置

實施例2：

根據(jù)已篩選后的制備最優(yōu)條件，分別按照包埋方式的順序不同制備三種不同的緩釋型抑藻劑：

(1)第一種是將酚酸類代表物質(zhì)——焦性沒食子酸溶液加入到海藻酸鈉溶液后直接將以上混合均質(zhì)的溶液逐滴滴入到氯化鈣溶液中固定20或25或30或35或40min，過濾，洗滌，干燥；

(2)第二種是將酚酸類代表物質(zhì)——焦性沒食子酸溶液與海藻酸鈉溶液的均勻混合液預(yù)先逐滴滴加到氯化鈣溶液中固定，然后過濾，洗滌，再將以上洗滌過后的包埋物投入到殼聚糖的稀醋酸溶液中固定20或24或28或32或36或40min，過濾，洗滌，干燥；

(3)最后一種是將酚酸類代表物質(zhì)——焦性沒食子酸溶液與海藻酸鈉溶液的均勻混合溶液逐滴滴入到氯化鈣的殼聚糖的稀醋酸混合溶液中固定20或26或33或40min，過濾，洗滌，干燥。

其它具體實施步驟與實施例1相同。

三種樣品制備完成后，利用測總酚的方法破碎包埋劑測量其各自的包埋率，其中以第三種制作方式的抑藻劑的包埋率達(dá)在40或50或60或70％之間，而三種中最低的是第一種方式，且僅有10％左右的包埋效果。

表2為三種不同制作工序所得到的緩釋型殺藻劑的包埋結(jié)果

實施例3：

一種緩釋型殺藻劑在水華優(yōu)勢種—銅綠微囊藻中的殺藻藥物中的應(yīng)用，其步驟是：

A、根據(jù)化感物質(zhì)的多次添加與一次性添加的比例(約每g殺藻劑加入到250～350mL的藻液中)作為參考，將0.2g制備好的緩釋型殺藻劑加入到50mL的初始密度為1×10⁶cells/L的銅綠微囊藻液中，合計酚類化感物質(zhì)的總添加量約為17mg/L，明顯低于目前研究的單次暴露酚酸類化感物質(zhì)——焦性沒食子酸的一次性添加量，由此進(jìn)行抑藻實驗。

B、設(shè)置計數(shù)時間段分別為1d、2d、3d、4d、5d、6d、7d等時間點，然后利用血球計數(shù)板計算各個時段的藻細(xì)胞數(shù)量，觀察該殺藻劑的殺藻效果，通過計算藻細(xì)胞數(shù)量變化可知該緩釋型殺藻劑的最高殺藻率可達(dá)73％左右，由圖2一種緩釋型殺藻劑的應(yīng)用效果圖可知在緩釋型殺藻劑作用3～4天之后再次加入該緩釋型殺藻劑會得到明顯的殺藻效果。

酚酸類化感物質(zhì)作為化感物質(zhì)的重要組成對水華優(yōu)勢種群具有強烈的抑制作用，目前研究發(fā)現(xiàn)的酚酸類化感物質(zhì)類型中主要包括：苯酚類化感物質(zhì)、羥基苯甲酸和肉桂酸衍生物類化感物質(zhì)、黃酮類化感物質(zhì)、醌類和單寧五大類。

焦性沒食子酸作為酚酸類化感物質(zhì)的代表性物質(zhì)，活性強對銅綠微囊藻的抑制作用也是目前已報道的酚酸類化感物質(zhì)中抑藻效果最強的一種，酚酸類化感物質(zhì)對銅綠微囊藻(藻密度為1×10⁵cells/mL左右)抑制作用的EC₅₀大致在10或30或50或70或90或100mg/L。所制備的緩釋殺藻劑單次添加總酚酸量明顯在其EC₅₀范圍內(nèi)，模擬了自然條件下化感物質(zhì)的作用模式。