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UV-C照射下纳米TiO_2光催化对蓝藻生长影响的研究及其应用

作　者: 廖兴盛
导　师: 赵开弘
学　校: 华中科技大学
专　业: 环境工程
关键词: 蓝藻“水华” 鱼腥藻7120 微囊铜绿藻 光催化反应 灭菌紫外线 掺杂银离子纳米二氧化钛 脂质过氧化 水处理
分类号: X173
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 544次
引　用: 3次
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内容摘要


水体中暴发的蓝藻“水华”，不仅使供水管道发生阻塞，而且还会使水体产生异味和向水体释放出毒素，对水环境造成了严重危害。为了有效保护水环境，防止蓝藻“水华”危害，对蓝藻“水华”实施有效治理是十分必要。当前，在众多蓝藻“水华”防治技术中，因成本较高、防治后易于再次生长和产生二次污染等而收效甚微，研究能够克服以上技术的不足，能有效防治蓝藻“水华”的新技术是十分必要。灭菌紫外线（UV-C）能杀死各种细菌和病毒，当被用于杀灭蓝藻细胞时，因蓝藻细胞的保护作用，很难对蓝藻细胞产生损伤。因此，对于抑制疯长的蓝藻，灭菌紫外线面临巨大的挑战。纳米TiO2，具有对自然环境无毒、化学性能稳定、使用成本低廉和光催化活性高的优点。因而，利用UV-C光催化纳米TiO2作用于蓝藻细胞，可以取得比UV-C单独作用时更有效的细胞损伤。本课题选用蓝藻“水华”中常见的鱼腥藻7120和铜绿微囊藻为实验蓝藻，以UV-C为催化光源和纳米TiO2为催化剂，发生UV-C光催化纳米TiO2反应，实现对蓝藻“水华”的模拟防治。研究结果为：首先，建立了UV-C光催化纳米TiO2抑制蓝藻生长实验工艺，测定了工艺的反应参数，研究了对蓝藻生长影响的效果，通过鱼腥藻7120生理学参数测定，发现在蓝藻藻液中辐照光强约为0．10 mW／cm2、纳米TiO2浓度为100 mg/L、反应温度为30℃和溶解氧浓度为9．0 mgO2／L的条件下，反应60 min后，实验工艺能够有效阻止蓝藻生长。其次，对纳米TiO2进行了改性，通过不同金属离子掺杂物对鱼腥藻7120叶绿素a浓度的变化，发现掺杂Ag+纳米TiO2使鱼腥藻7120中叶绿素a浓度的下降更快。再次，研究了UV-C光催化Ag-TiO2对实验蓝藻生长的影响，通过对蓝藻的细胞数目、叶绿素a浓度、藻蓝蛋白浓度、光合放氧速率、细胞形态结构、脂质过氧化、抗氧化性酶活性和双链DNA断裂进行测定，在分别与UV-C单独处理和UV-C光催化纳米TiO2处理比较后，发现UV-C光催化掺杂Ag+纳米TiO2更容易使蓝藻细胞受到活性氧化物作用，在蓝藻细胞膜产生过氧化反应，最终出现了蓝藻细胞壁发生破裂、蓝藻细胞器发生破损和蓝藻细胞生存能力完全丧失的结果；同时，在UV-C光催化掺杂5％Ag+纳米TiO2反应中，因活性氧化物的作用，使蓝藻细胞膜遭受了更严重地损坏。最后，利用UV-C光催化掺杂Ag+纳米TiO2获得的实验结果，设计适合于水体流域蓝藻“水华”治理的装置，并对设计装置的预期应用进行了分析。可以看出，本课题利用掺杂Ag+纳米TiO2治理富营养化水体中过度生长的蓝藻，为一种有效的蓝藻“水华”治理技术。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-27
  1.1 水体富营养化现状  10-11
  1.2 蓝藻"水华"形成  11-13
  1.3 蓝藻"水华"危害  13-14
  1.4 蓝藻"水华"治理现状  14-18
  1.5 光催化氧化技术基本原理及其发展  18-26
  1.6 本课题的研究意义和内容  26-27
2 实验蓝藻的培养和分析方法的建立  27-43
  2.1 引言  27-28
  2.2 实验蓝藻的培养  28-30
  2.3 实验材料  30
  2.4 蓝藻生长指标测定  30-40
  2.5 指标参数的初步确定  40-42
  2.6 本章小结  42-43
3 光催化纳米二氧化钛治理蓝藻实验工艺的研究  43-58
  3.1 引言  43
  3.2 实验材料与方法  43-49
  3.3 实验结果与分析  49-57
  3.4 本章小结  57-58
4 UV-C光催化纳米二氧化钛对蓝藻生长影响的研究  58-67
  4.1 引言  58
  4.2 实验材料与方法  58-60
  4.3 实验结果与分析  60-66
  4.4 本章小结  66-67
5 掺杂金属离子纳米二氧化钛的光催化活性研究  67-80
  5.1 引言  67
  5.2 实验材料与方法  67-71
  5.3 实验结果与分析  71-79
  5.4 本章小结  79-80
6 掺杂Ag~+纳米二氧化钛对蓝藻生长影响的研究  80-96
  6.1 引言  80
  6.2 实验材料与方法  80-84
  6.3 实验结果与分析  84-95
  6.4 本章小结  95-96
7 光催化氧化技术治理蓝藻"水华"的应用  96-106
  7.1 引言  96
  7.2 紫外线光催化装置的设计  96-104
  7.3 紫外线光催化装置的预期应用分析  104-105
  7.4 本章小结  105-106
8 结论与展望  106-108
  8.1 结论  106-107
  8.2 展望  107-108
致谢  108-109
参考文献  109-118
附录1 攻读博士学位期间发表的学术论文  118-119
附录2 缩略词(Abbreviation)  119

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境科学基础理论 > 环境生物学 > 环境植物学
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