一種用于赤潮防控的皂苷基多孔泡沫混凝土
1.本發(fā)明屬于海洋工程材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于赤潮防控的皂苷基多孔泡沫混凝土及其制備方法。
背景技術(shù)：
2.赤潮是指海水中某些浮游植物、原生動物或細(xì)菌暴發(fā)性增殖或聚集引起的重大海洋生態(tài)環(huán)境問題，其嚴(yán)重威脅到海洋生態(tài)系統(tǒng)、海洋生物資源、海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)以及人類健康和生命財產(chǎn)安全。赤潮具有發(fā)生頻次高、發(fā)生時間集中、影響范圍廣等特點，浙江、福建、廣東、廣西等南方沿海城市已成為我國有害有毒赤潮的高發(fā)區(qū)和重災(zāi)區(qū)，但由于缺乏有效的赤潮防控方法，赤潮已對近海養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)、人民健康和食品安全構(gòu)成很大威脅。
3.目前，赤潮防災(zāi)減災(zāi)的主要是降低海水中赤潮藻生物量和控制海水富營養(yǎng)化程度這兩條途徑徑。而利用粘土顆粒絮凝赤潮藻的應(yīng)急減災(zāi)措施，雖然可降低赤潮藻生物量，但也存在粘土用量大、防控成本高、絮凝沉降物不易移除、對底棲生物造成二次污染等缺點。
4.泡沫混凝土是發(fā)泡劑溶液通過物理方式制備成泡沫，然后與混凝土料漿充分?jǐn)嚢杈鶆颉沧⒊尚汀B(yǎng)護形成的多孔輕質(zhì)材料。由于制備過程其內(nèi)部密封了大量微小氣孔，賦予其優(yōu)異的力學(xué)性能，具有質(zhì)輕、保溫及隔熱等性能。皂苷基多孔泡沫混凝土是通過發(fā)泡系統(tǒng)將茶皂素水溶液發(fā)泡劑用物理方式充分發(fā)泡，在短時間內(nèi)將泡沫與混凝土料漿均勻混合，然后倒入模具成型，經(jīng)自然養(yǎng)護所形成的一種含有大量均勻氣孔的新型輕質(zhì)多孔環(huán)保材料。本發(fā)明將皂苷基多孔泡沫混凝土用于直接吸附赤潮藻或者通過固定化吸附溶藻菌來降低赤潮藻生物量，以起到赤潮防控的效果。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
5.本發(fā)明的目的在于提供一種用于赤潮防控的皂苷基多孔泡沫混凝土，其可滿足不同海況工況條件下的赤潮防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)用要求。
6.為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種用于赤潮防控的皂苷基多孔泡沫混凝土，其是由凝膠材料和泡沫材料組成。具體地，所述皂苷基多孔泡沫混凝土的制備包括如下步驟：1）按照水膠比0.5 l/kg，將水泥與水混合，制得凝膠材料；2）將茶皂素粉末于水中溶解，配成質(zhì)量濃度為0.2~0.6%的茶皂素水溶液，然后經(jīng)水泥發(fā)泡機（曝氣壓力0.8 mpa、曝氣量5 l/min）發(fā)泡5 min；3）按0.14～1.0 l/kg的量將制得的泡沫材料與膠凝材料經(jīng)混凝土攪拌機充分?jǐn)嚢杌旌希俚谷肽＞撸A(yù)養(yǎng)成坯24 h后脫模，制成所述皂苷基多孔泡沫混凝土。
7.所述皂苷基多孔泡沫混凝土的密度為513～1208 kg/m3、抗壓強度為2.315～12.897 mpa、吸水率為6.3～34.9%、孔隙率為49.8～62.1%、平均孔徑為1.26～2.11 mm。
8.所述皂苷基多孔泡沫混凝土能夠通過直接吸附赤潮藻或固定化吸附溶藻菌以降低赤潮藻生物量，因而能用于赤潮防控。
9.本發(fā)明的有益效果：（1）相比于傳統(tǒng)將茶皂素作為引氣劑制備混凝土的工藝而言，本發(fā)明通過將茶皂素水溶液先制得泡沫材料后再制備皂苷基多孔泡沫混凝土，可使所得泡沫混凝土具有密度更低、孔隙率和吸水率更高、孔徑和比表面積更大等特點。孔隙率高和比表面積大有助于材料吸附更多的赤潮藻；吸水率高和孔徑大有助于材料固定化吸附溶藻菌液、緩解潮汐水流對溶藻菌的稀釋；而密度低有助于材料自行漂浮在海面上或者吊裝在海上漁業(yè)養(yǎng)殖設(shè)施周邊，也容易從海區(qū)移除，并可回收重復(fù)利用，具有環(huán)境友好、二次污染低等特點。
10.（2）本發(fā)明材料可通過直接吸附赤潮藻或通過固定化吸附溶藻菌來降低赤潮藻生物量，因而不但可用于赤潮災(zāi)害爆發(fā)時的應(yīng)急減災(zāi)，而且可用于赤潮災(zāi)害爆發(fā)前的日常防災(zāi)。
11.（3）本發(fā)明原料來源廣泛、制備工藝簡單、產(chǎn)品價廉物美、過程環(huán)保綠，可為赤潮防災(zāi)減災(zāi)提供新材料和新思路。
附圖說明
12.圖1為茶皂素濃度對皂苷基多孔泡沫混凝土性能的影響情況圖。
13.圖2為實施例1所制備皂苷基多孔泡沫混凝土的顯微觀察圖。
14.圖3為皂苷基多孔泡沫混凝土直接吸附赤潮藻的抑藻效果圖。
15.圖4為皂苷基多孔泡沫混凝土固定化吸附溶藻菌的滅藻效果圖。
具體實施方式
16.一種用于赤潮防控的皂苷基多孔泡沫混凝土，其是由凝膠材料和泡沫材料組成。具體地，所述皂苷基多孔泡沫混凝土的制備包括如下步驟：1）按照水膠比0.5 l/kg，將水泥與水混合，制得凝膠材料；2）將茶皂素粉末于水中溶解，配成質(zhì)量濃度為0.2~0.6%的茶皂素水溶液，然后經(jīng)水泥發(fā)泡機（曝氣壓力0.8 mpa、曝氣量5 l/min）發(fā)泡5 min，制得泡沫材料；3）按0.14～1.0 l/kg的泡沫/膠凝材料比，將制得的泡沫材料與膠凝材料經(jīng)混凝土攪拌機充分?jǐn)嚢杌旌希俚谷肽＞撸A(yù)養(yǎng)成坯24 h后脫模，制成所述皂苷基多孔泡沫混凝土。
17.圖1為茶皂素濃度對皂苷基多孔泡沫混凝土性能影響的情況圖。由圖1可見，當(dāng)茶皂素水溶液質(zhì)量濃度為0.4%時，皂苷基多孔泡沫混凝土的28天抗壓強度和吸水率均達(dá)到了相對最大。
18.當(dāng)茶皂素水溶液質(zhì)量濃度為0.4%時，泡沫/膠凝材料比對皂苷基多孔泡沫混凝土性能的影響結(jié)果見表1。
19.表1 泡沫/膠凝材料比對皂苷基多孔泡沫混凝土性能的影響
由表1可見，泡沫/膠凝材料比為0.14～1.0 l/kg時，制得的皂苷基多孔泡沫混凝土的密度為513～1208 kg/m3、抗壓強度為2.315～12.897 mpa、吸水率為6.3～34.9%、孔隙率為49.8～62.1%、平均孔徑為1.26～2.11 mm；且密度、抗壓強度與泡沫/膠凝材料比成負(fù)相關(guān)，而吸水率、平均孔徑、孔隙率與泡沫/膠凝材料比成正相關(guān)。其中以泡沫/膠凝材料比1.0 l/kg的綜合性能最優(yōu)，其泡沫混凝土的密度更低、孔隙率和吸水率更高、孔徑和比表面積更大。
20.為了使本發(fā)明所述的內(nèi)容更加便于理解，下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明所述的技術(shù)方案做進一步的說明，但是本發(fā)明不僅限于此。
21.除非特別說明，測試方法均為本領(lǐng)域常規(guī)方法，如參照《jg/t 266-2011 泡沫混凝土》，將混凝土制成規(guī)格為100 mm
×
100 mm
×
100 mm的標(biāo)準(zhǔn)試塊進行性能測試。
22.對比例傳統(tǒng)工藝皂苷基泡沫混凝土的制備將4 kg水泥與2 l水混合，制得6 kg凝膠材料，將1 g茶皂素粉末溶于0.25 l水中配成茶皂素水溶液，然后將所得茶皂素水溶液與凝膠材料經(jīng)混凝土攪拌機充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蚝螅?jīng)水泥發(fā)泡機（曝氣壓力0.8 mpa、曝氣量5 l/min）發(fā)泡5 min，倒入模具預(yù)養(yǎng)成坯24 h后脫模，制成皂苷基泡沫混凝土。
23.經(jīng)檢測，該混凝土的密度為1369 kg/m3、28d抗壓強度為13.286 mpa、吸水率為5.1%、孔隙率為26.8%、平均孔徑為1.01 mm。
24.實施例1 皂苷基多孔泡沫混凝土的制備將4 kg水泥與2 l水混合，制得6 kg凝膠材料；將1 g茶皂素粉末溶于0.25 l水中，經(jīng)水泥發(fā)泡機（曝氣壓力0.8 mpa、曝氣量5 l/min）發(fā)泡5 min，制得5.6 l泡沫材料；然后將所得凝膠材料與泡沫材料經(jīng)混凝土攪拌機充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颍谷肽＞哳A(yù)養(yǎng)成坯24 h后脫模，制成皂苷基多孔泡沫混凝土。
25.由圖2可見，所得皂苷基多孔泡沫混凝土具有大量孔洞。且經(jīng)檢測，該混凝土的密度為513 kg/m3、28d抗壓強度為2.315 mpa、吸水率為34.9%、平均孔徑為2.11 mm、孔隙率為62.1%。
26.相比于傳統(tǒng)工藝而言，本發(fā)明通過將茶皂素水溶液先制得泡沫材料后再制備皂苷基多孔泡沫混凝土，可使所得泡沫混凝土具有密度更低、孔隙率和吸水率更高、孔徑和比表
面積更大等特點。孔隙率高和比表面積大有助于材料吸附更多的赤潮藻；吸水率高和孔徑大有助于材料固定化吸附溶藻菌液、緩解潮汐水流對溶藻菌的稀釋；而密度低有助于材料自行漂浮在海面上或者吊裝在海上漁業(yè)養(yǎng)殖設(shè)施周邊，也容易從海區(qū)移除，并可回收重復(fù)利用，具有環(huán)境友好、二次污染低等特點。
27.實施例2 皂苷基多孔泡沫混凝土直接吸附赤潮藻的抑藻效果以赤潮藻米氏凱倫藻為實驗對象，將實施例1所得皂苷基多孔泡沫混凝土試塊在60℃干燥箱中烘48 h，經(jīng)紫外線輻射4 h后，將實施例1所得多孔泡沫混凝土試塊分別以體積比1:5、1:10和米氏凱倫藻液進行共培養(yǎng)作為實驗組1、2。在0、1、3、6、12、24、48 h分別取樣，每次取1 ml培養(yǎng)液進行藻細(xì)胞濃度計數(shù)，同時將對比例所得皂苷基泡沫混凝土試塊以體積比1:5和米氏凱倫藻液進行共培養(yǎng)作為空白對照組，結(jié)果見圖3。
28.由圖3可見，皂苷基多孔泡沫混凝土通過直接吸附赤潮藻來降低赤潮藻生物量的效果顯著，特別是在共培養(yǎng)12 h以后，空白對照組赤潮藻密度急劇升高，而實驗組顯著抑制了赤潮藻的生長并且藻密度還有緩慢降低的趨勢，其中1:5的效果優(yōu)于1:10，表明皂苷基多孔泡沫混凝土直接吸附赤潮藻時存在量效關(guān)系，這有待后續(xù)進一步優(yōu)化。
29.實施例3 皂苷基多孔泡沫混凝土固定化吸附溶藻菌的滅藻效果以赤潮藻米氏凱倫藻為實驗對象，將實施例1及對比例所得皂苷基多孔泡沫混凝土試塊在60℃干燥箱中烘48 h，經(jīng)紫外線輻射4 h后，再將其加入足量溶藻菌液中靜置吸附24 h，再將吸附后的試塊以體積比1：10和赤潮藻液進行共培養(yǎng)分別作為實驗組和空白對照組。24 h為一個周期，在1、3、6、12、24分別取樣，每次取1 ml培養(yǎng)液進行藻細(xì)胞濃度計數(shù)，24 h后更換新的藻液進行第二周期共培養(yǎng)，結(jié)果見圖4。
30.由圖4可見，以實施例1所得皂苷基多孔泡沫混凝土試塊將溶藻菌吸附固定24 h后加入對數(shù)期生長期的赤潮藻，第一周期時，培養(yǎng)6 h的滅藻率為93.2%，到12 h可達(dá)100%。第二周期時，培養(yǎng)12 h的滅藻率可達(dá)91.6%，到24 h可達(dá)100%。空白對照組只在第一周期對赤潮藻有一定的抑制效果，第二周期對赤潮藻的抑制效果很弱。可見本發(fā)明皂苷基多孔泡沫混凝土可作為溶藻菌液的吸附載體來降低赤潮藻生物量，用于赤潮的防災(zāi)減災(zāi)，且其不經(jīng)任何處理即可重復(fù)使用。
31.以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
技術(shù)特征：
1.一種用于赤潮防控的皂苷基多孔泡沫混凝土，其特征在于：所述皂苷基多孔泡沫混凝土由凝膠材料和泡沫材料組成，其中所述泡沫材料是將茶皂素水溶液經(jīng)發(fā)泡制得。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于赤潮防控的皂苷基多孔泡沫混凝土，其特征在于：所述皂苷基多孔泡沫混凝土的制備包括如下步驟：1）按照水膠比0.5 l/kg，將水泥與水混合，制得凝膠材料；2）將茶皂素粉末于水中溶解，配成質(zhì)量濃度為0.2~0.6%的茶皂素水溶液，然后經(jīng)水泥發(fā)泡機發(fā)泡5 min，制得泡沫材料；3）按0.14～1.0 l/kg的量將制得的泡沫材料與膠凝材料充分?jǐn)嚢杌旌希俚谷肽＞撸A(yù)養(yǎng)成坯24 h后脫模，制成所述皂苷基多孔泡沫混凝土。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于赤潮防控的皂苷基多孔泡沫混凝土，其特征在于：所述皂苷基多孔泡沫混凝土的密度為513～1208 kg/m3、抗壓強度為2.315～12.897 mpa、吸水率為6.3～34.9%、孔隙率為49.8～62.1%、平均孔徑為1.26～2.11 mm。4.一種如權(quán)利要求1所述的一種皂苷基多孔泡沫混凝土在赤潮防控中的應(yīng)用，其特征在于：所述皂苷基多孔泡沫混凝土能夠通過直接吸附赤潮藻或固定化吸附溶藻菌以降低赤潮藻生物量，從而起到防控赤潮的效果。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于赤潮防控的皂苷基多孔泡沫混凝土，該皂苷基多孔泡沫混凝土是由凝膠材料和泡沫材料組成，其中，所述凝膠材料由水泥與水混合制得，所述泡沫材料是將茶皂素水溶液經(jīng)發(fā)泡制得。本發(fā)明所得皂苷基多孔泡沫混凝土具有密度低、孔隙率和吸水率高、孔徑和比表面積大等特點，可通過直接吸附赤潮藻或固定化吸附溶藻菌來降低赤潮藻生物量，起到赤潮防控的效果。防控的效果。防控的效果。
