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1 材料參數(shù)

磁性硅藻土基生態(tài)浮島材料配合比如表1所示：

表1 磁性硅藻土基生態(tài)浮島材料配合比參數(shù)

磁性硅藻土基生態(tài)浮島材料各項(xiàng)物理參數(shù)如表2所示：

表2 三種磁性硅藻土基生態(tài)浮島材料參數(shù)

2 材料優(yōu)勢(shì)

磁性硅藻土基生態(tài)浮島新材料主要添加了比表面積大、多孔結(jié)構(gòu)、帶隙窄的*磁性硅藻土基凈水材料：磁性NiFeLDH@硅藻土、磁性NiFeLDH@硅藻土和磁性鐵基@硅藻土，而具備對(duì)受污染水體的吸附與凈化作用；成本方面，與傳統(tǒng)的種植基體相比，塑料、化纖類(lèi)種植基體少的也需要 20~30 元/m²，而磁性硅藻土基生態(tài)浮島材料這類(lèi)植生泡沫混凝土的同類(lèi)型產(chǎn)品造價(jià)不足 20元/m²；且適于現(xiàn)場(chǎng)澆筑和預(yù)制，植被的種植可在泡沫混凝土澆筑的同時(shí)完成，顯著提高了建造效率。磁性硅藻土基新材料在生態(tài)浮島的建設(shè)中可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效和優(yōu)秀的環(huán)境效益。

下面是三種磁性NiFeLDH@硅藻土、磁性NiFeLDH@硅藻土和磁性鐵基@硅藻土優(yōu)異吸附性能的介紹：

（1）磁性α-Fe₂O₃@硅藻土催化劑

其BET表面積高達(dá)33.69 m²/g，總孔隙體積達(dá)0.207 cm³/g，且對(duì)亞甲基藍(lán)（MB）染料有優(yōu)秀的吸附性能，如圖所示。

圖 26  不同 MB 濃度下 α-Fe2O3@硅藻土復(fù)合物對(duì) MB 的降解

為了消除催化劑吸附的影響，在加入α- Fe₂O₃@硅藻土后，首先在無(wú)光照條件下測(cè)試了α- Fe₂O₃@硅藻土復(fù)合材料對(duì)MB的吸附能力，以去除吸附作用對(duì)降解率的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，α- Fe₂O₃@硅藻土在無(wú)光照條件下 30min 后可達(dá)到對(duì) MB 的吸附?解吸平衡。

（2）磁性NiFeLDH@硅藻土

在染料廢水吸附實(shí)驗(yàn)的研究中，在20mgL^-1Mo和MB濃度下，測(cè)定了不同Ni²⁺/Fe³⁺摩爾比的DE@NiFeLDH的吸附效率，證明了磁性NiFeLDH@硅藻土具有優(yōu)異的吸附效率，如圖2所示。

圖 27  磁性NiFeLDH@硅藻土對(duì)染料廢水的吸附

吸附在開(kāi)始時(shí)極快（20min之前），隨后轉(zhuǎn)變緩慢，最終達(dá)到平衡。Ni₂Fe₁LDH@硅藻土、DE₃FE₁LDH@硅藻土、Ni₄Fe₁LDH@硅藻土的吸附效率分別達(dá)到58%、75%和85%，平衡吸附效率分別為80%、92.7%和96.8%。20min后，大部分吸附位點(diǎn)被占據(jù)，由于排斥力，剩余的吸附位點(diǎn)幾乎難以獲得。隨著鎳原子濃度的增加， NiFeLDH@硅藻土的吸附能力增加，這可能是由于層間間距的擴(kuò)大、比表面積的增加和單位電荷表面積的減少有關(guān)。同樣，比較NiFeLDH@硅藻土在25^oC下對(duì)MB的去除效率。如圖2（b）所示，Ni²⁺/Fe³⁺的高摩爾比和NiFeLDH在硅藻土表面的生長(zhǎng)降低了硅藻土與MB的接觸效率。圖2（c）所示，Ni₂Fe₁LDH@硅藻土、Ni₃Fe₁LDH@硅藻土、Ni₄Fe₁LDH@硅藻土的MB吸附性能分別為84.4%、90.2%和99.8%。Ni₂Fe₁LDH@硅藻土、Ni₃Fe₁LDH@硅藻土、Ni₄Fe₁LDH@硅藻土平衡時(shí)的頂點(diǎn)吸附能力分別為85.5mgg^-1、123.3mgg^-1和128.7mgg^-1。根據(jù)圖2（d），Ni₂Fe₁LDH@硅藻土、Ni₃Fe₁LDH@硅藻土、Ni₄Fe₁LDH@硅藻土在平衡時(shí)的頂點(diǎn)MB吸附能力分別為102.2mgg^-1、70.0mgg^-1和81.2mgg^-1。另外，還驗(yàn)證了NiFeLDH@硅藻土對(duì)陰離子和陽(yáng)離子染料的吸附能力，分別對(duì)剛果紅（CR）和孔雀石綠（MG）進(jìn)行了吸附試驗(yàn)，對(duì)CR和MG的吸附效率分別為89.5%和66.1%。

（3）磁性鐵基@硅藻土

磁性鐵基@硅藻土對(duì)重金屬離子有較好的吸附性能，如圖3在不同pH條件下，磁性鐵基@硅藻土吸附材料對(duì)三價(jià)砷離子的吸附效率并無(wú)顯著差異，最終的平衡濃度差異較小，然而pH越大，初始的吸附效率越快。

圖 28  As(III)在不同pHs下對(duì)磁性鐵基@硅藻土的吸附動(dòng)力學(xué)

在同樣的測(cè)試條件下，分析了在不同pH下磁性鐵基@硅藻土對(duì)五價(jià)砷離子吸附效率，如圖5所示。從圖5可以看到，在PH不同的情況下，磁性鐵基@硅藻土吸附材料對(duì)五價(jià)砷離子的吸附效率差異較為顯著，三者最終的平衡濃度差異較大。且隨著pH增大，平衡濃度逐漸減小。顯示pH增大使得磁性鐵基@硅藻土吸附材料對(duì)五價(jià)砷離子的吸附率顯著降低。

圖 29   As(V)在不同pHs下對(duì)磁性鐵基@硅藻土的吸附動(dòng)力學(xué)

根據(jù)相關(guān)參數(shù)，磁性鐵基@硅藻土吸附材料對(duì)五價(jià)砷離子的吸附性能較好，頂點(diǎn)吸附容量可達(dá)2.03×104mg/g，這顯示了鐵基吸附材料作為重金屬吸附材料的潛力巨大。

3 應(yīng)用場(chǎng)景

隨著科技的進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)加速所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也日益受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。其中，工業(yè)排放的廢水中因含有大量毒性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、難生物降解的有害物質(zhì)，已經(jīng)給生物體健康和環(huán)境保護(hù)帶來(lái)了巨大危害，而生態(tài)浮島因其成本低、效率高、環(huán)境友好、原位修復(fù)、美學(xué)及經(jīng)濟(jì)功能等優(yōu)勢(shì)，對(duì)微污染水體的修復(fù)有重要意義。但若直接將凈水微生物投入污水，容易受到外界破壞致死；另一方面，根據(jù)生物間的聚集效應(yīng)，大量?jī)羲⑸镆栏接谀骋粎^(qū)域，導(dǎo)致凈化不均勻。由于多孔基材比表面積大，因此磁性硅藻基生態(tài)浮島新材料作為一種生態(tài)浮島建設(shè)用新型泡沫混凝土在用作固定化材料有著天然的優(yōu)勢(shì)。

（1）固定中藥根系

利用泡沫混凝土輕質(zhì)、多孔、韌性好等特性，為其設(shè)計(jì)合理的維生系統(tǒng)，使其適于中藥根系生長(zhǎng)，可以為立體綠化提供必要的物質(zhì)保障。首先，泡沫混凝土自重輕，且不消耗砂石骨料。普通透水混凝土的容重一般近2000kg/m³，而泡沫混凝土容重為 200~500kg/m³。其次，泡沫混凝土生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單易操作，產(chǎn)品技術(shù)性能可調(diào)性好。相對(duì)于普通混凝土和透水混凝土而言，泡沫混凝土的生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)復(fù)雜性低。而且泡沫混凝土在攪拌過(guò)程中，拌合物的稠度比較低，生產(chǎn)所需能耗低。同時(shí)，由于泡沫混凝土比透水混凝土具有更好、更易控制的均質(zhì)性，其自身性能與結(jié)構(gòu)特征具有良好的可調(diào)控性，方便獲得植生所要求的結(jié)構(gòu)特征如孔徑、孔隙率、孔隙聯(lián)通等，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

（2）固定微生物

微生物凈水技術(shù)具有較高的凈化效果但仍具有一定的局限性，為改善微生物凈水技術(shù)，固定化微生物凈水技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。固定化微生物凈水技術(shù)是采用物理或化學(xué)方法將游離的凈水微生物固定于某一載體內(nèi)，再將附著有凈水微生物的載體 (凈水載體) 投放污水中凈水。該技術(shù)解決了游離微生物暴露于外界環(huán)境容易致死以及凈水不均勻問(wèn)題。

磁性硅藻基生態(tài)浮島新材料作為新型載體固定微生物凈化污水則能有效改善相關(guān)問(wèn)題，一方面，該載體以微生物發(fā)泡劑為原料，與凈水微生物具有較強(qiáng)的結(jié)合力和較好的相容性;另一方面，該載體屬于多孔材料，具有較高的透氣、透水性，對(duì)污水中的污染物質(zhì)進(jìn)一步起到吸附、過(guò)濾的作用。

4 圖片

磁性硅藻基生態(tài)浮島新材料成品：

圖 30   磁性硅藻基生態(tài)浮島新材料成品

圖 31  材料浮島示范應(yīng)用