一种金属有机框架材料的制备及其在抑藻方面的应用转让专利
申请号 : CN202110551412.4
文献号 : CN113234231B
文献日 : 2021-11-30
发明人 : 汪小雄 , 黄凯文 , 高静思 , 朱佳
申请人 : 深圳职业技术学院
摘要 :
权利要求 :
1.一种金属有机框架材料在抑制淡水藻类生长中的应用,所述金属有机框架材料包括阿魏酸和锌离子,所述阿魏酸与所述锌离子以配位键的形式结合,所述金属有机框架材料属于单斜晶系,空间群为C2/c,晶体尺寸0.31mm×0.12mm×0.07mm,所述金属有机框架材料具有网状多孔结构。
2.根据权利要求1所述的金属有机框架材料在抑制淡水藻类生长中的应用,其特征在于,所述阿魏酸中的羟基与所述锌离子形成配位键。
3.根据权利要求1所述的金属有机框架材料在抑制淡水藻类生长中的应用,其特征在于,所述阿魏酸与所述锌离子的摩尔比为(0.8‑1.2):(0.8‑1.2)。
4.根据权利要求1所述的金属有机框架材料在抑制淡水藻类生长中的应用,其特征在于,所述金属有机框架材料的制备方法包括步骤:将锌盐溶于第一有机溶剂中,得到第一溶液;
将阿魏酸溶于第二有机溶剂中,得到第二溶液;
在搅拌条件下,将所述第一溶液与所述第二溶液混合,进行配位反应,得到第三溶液;
将所述第三溶液进行干燥处理,得到所述金属有机框架材料。
5.根据权利要求4所述的金属有机框架材料在抑制淡水藻类生长中的应用,其特征在于,所述锌盐与所述第一有机溶剂的比为(0.1±0.005)mmol:1mL;
和/或,所述阿魏酸与所述第二有机溶剂的比为(0.1±0.005)mmol:1mL。
6.根据权利要求4所述的金属有机框架材料在抑制淡水藻类生长中的应用,其特征在于,所述锌盐选自硝酸锌、硫酸锌、醋酸锌中的一种或多种。
7.根据权利要求4所述的金属有机框架材料在抑制淡水藻类生长中的应用,其特征在于,所述第一有机溶剂选自二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的一种或两种;
和/或,所述第二有机溶剂选自乙醇、甲醇中的一种或两种。
8.根据权利要求4所述的金属有机框架材料在抑制淡水藻类生长中的应用,其特征在于,
所述配位反应的温度为20‑30℃,所述配位反应的时间为10‑30min;
和/或,所述干燥的温度为100±5℃,所述干燥的时间为24±1h。
9.根据权利要求1所述的金属有机框架材料在抑制淡水藻类生长中的应用,其特征在于,所述应用的方法包括步骤:
提供无菌BG‑11培养基溶液;
将所述金属有机框架材料加入到所述无菌BG‑11培养基溶液中,制备得到金属有机框架材料储备液;
对铜绿微囊藻进行培养,得到处于对数增长期的铜绿微囊藻;
将所述处于对数增长期的铜绿微囊藻与所述无菌BG‑11培养基溶液混合,然后加入所述金属有机框架材料储备液对所述处于对数增长期的铜绿微囊藻的生长进行抑制。
说明书 :
一种金属有机框架材料的制备及其在抑藻方面的应用
技术领域
背景技术
和社会问题。例如,漂浮在水面上的藻类影响景观,并有难闻的臭味,使水散发出臭味;引起
水质的腐败,导致一些水生生物如鱼类等窒息而亡,使水产养殖业蒙受经济重大损失;自来
水厂的过滤装置被藻类堵塞;水处理过程中,具有鞭毛的藻细胞容易穿过絮凝体,从而破坏
絮凝过程;蓝藻产生的藻毒素可以通过食物链的生物放大效应严重威胁人类生命安全,其
中最受关注的淡水水华优势种是铜绿微囊藻,其为光能自养型原核生物,其产生的微囊藻
毒素具有极强致肝癌性,并通过食物链影响到人类自身的健康,包括使人类致病或死亡,危
害很大,世界各地每年因藻毒素而导致的人类中毒事件时有发生,较严重的藻类爆发时会
引起巨大的经济损失且严重威胁到饮用水源安全性问题。
化感物质具有可降解、环境友好型等诸多优点。然而大多数化感物质的抑藻效果有限,往往
需要很大的量才能取得一定的抑藻效果,并不适合有害藻华大量爆发的较大水域。
发明内容
水藻类生长,因此合成的金属有机框架材料兼具有化感抑藻物质和金属离子的抑藻效能,
且具有协同抑藻效应,高于锌离子和阿魏酸简单的叠加效应,作为抑藻剂能够在较低剂量
和较短时间内显著抑制藻类的生长,能大大的降低经济成本,缩短处理周期,可以快速的控
制或者消灭有害藻类,适用于控制藻华现象的发生,有利于环境的治理,具有很高的经济效
益。
附图说明
具体实施方式
述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
最常见的化感物质,可以从很多植物中分离出来,其易氧化,在氧化过程中产生O2 ,能够干
扰藻细胞代谢功能从而抑制藻细胞生长,另外,发明人发现多数藻类对金属锌有着很强的
敏感性,金属锌可以抑制藻细胞的生长与繁殖,基于此,发明人首次将化感物质阿魏酸和金
2+
属锌结合,制备得到了以锌离子(Zn )为金属离子,以阿魏酸为有机配体的金属有机框架材
料,该金属有机框架材料中锌离子与阿魏酸中的羟基以配位键的形式结合,该金属有机框
架材料的化学式为{[Zn2(fer)2]}n,其属于单斜晶系,空间群为C2/c,晶体尺寸(mm)为0.31
×0.12×0.07,由于{[Zn2(fer)2]}n可以缓释释放化感抑藻物质阿魏酸和金属锌离子,且两
者均可作为抑藻剂用于抑制淡水藻类的生长,因此该金属有机框架材料可作为抑藻剂应用
于抑制淡水藻类的生长,此外,该金属有机框架材料中的阿魏酸与锌离子还能够产生协同
抑藻效应,产生的抑藻效应高于锌离子和阿魏酸简单的叠加效应,能够在较低剂量和较短
时间内显著抑制藻类的生长。该金属有机框架材料具有化感物质易降解、环境友好型等诸
多优点,同时还具有比化感物质阿魏酸以及金属锌离子更强的抑制效果,可以高效地抑制
淡水藻类的生长,取得了较好的抑制效果。
第三溶液主要含有金属有机框架材料晶体、第一有机溶剂和第二有机溶剂,还可能含有未
反应掉的锌盐或阿魏酸。
使得锌盐溶于第一有机溶剂中,得到第一溶液。
合,使得阿魏酸溶于第二有机溶剂中,得到第二溶液。
30min。
时,将得到的第三溶液也就是含有金属有机框架材料的溶液在100±5℃的温度下干燥24±
1h,得到所述金属有机框架材料。
进行干燥,得到所述金属有机框架材料。
制。
长。金属有机框架材料对铜绿微囊藻的生长的抑制效果可以通过定期测定金属有机框架材
料与铜绿微囊藻和无菌BG‑11培养基溶液的混合液中叶绿素a的含量来评估,具体为:叶绿
素a是初级生产者的最重要组成部分,可以间接的反应出藻类的生长状态和生物量。由于铜
绿微囊藻含有叶绿素a,且其是维系铜绿微囊藻生命的不可缺少的物质,通过将金属有机框
架材料与铜绿微囊藻和无菌BG‑11培养基溶液混合得到混合液,定期测定混合液中叶绿素a
的含量,就可判断藻类的生命情况,叶绿素a含量降低,铜绿微囊藻的含量减少,从而可评估
金属有机框架材料的抑藻效果。
者混合在室温下反应30min,然后在100℃在烤箱里烤24小时,制备得到0.249g金属有机框
架材料,以Zn计算总收率为90%。
架材料粉末衍射图谱和标准粉末衍射图谱,由图3可知,制备得到的金属有机框架材料与
{[Zn2(fer)2]}n标准粉末衍射图谱的特征峰吻合,说明制备得到了以锌离子为金属离子,以
阿魏酸为有机配体的金属有机框架材料,其化学式为{[Zn2(fer)2]}n。
寸大小不一,放大150000倍时如图4中(b)所示,可以看到其具有网状多孔结构。
液,用ICP/MS测定Zn 的浓度,经测得1mg/L的金属有机框架材料的水溶液中Zn 的浓度为
0.214mg/L。
架材料储备液;
2 ‑1
光照培养箱中培养。培养条件为:光强约30μmol·(m·s) ,温度26℃±1℃,光暗比12h∶
12h,每天定时摇晃1~2次。
中并加入10mL处于对数生长期的铜绿微囊藻细胞悬浮液,每份中铜绿微囊藻的初始浓度相
同。
框架材料的最终浓度分别为0、0.5、1、2、4、8mg/L,将其分别记为空白对照组、第1组、第2组、
第3组、第4组、第5组,将剩余2份含有处于对数增长期的铜绿微囊藻和常温无菌BG‑11培养
2+
基溶液的混合液中分别加入一定量的Zn(NO3)2·4H2O和阿魏酸,使得Zn 在混合液中的浓度
2+ 2+
为0.214mg/L(经Zn 溶出测试可知,1mg/L的金属有机框架材料的水溶液中Zn 的浓度为
2+
0.214mg/L,因此,作为对比组此处使得Zn 在混合液中的浓度为0.214mg/L)记为第6组,使
得阿魏酸在混合液中的浓度为1mg/L,记为第7组;然后将八组混合液样品在常温下放置。
如表1所示。
有机框架材料处理后的铜绿微囊藻的生长与空白对照组相比受到了一定的抑制,在实验的
第6天达到了最高的抑制率为31%左右。第2组和第3组中当金属有机框架材料的浓度增加
到1mg/L和2mg/L后,铜绿微囊藻的生长与空白对照组相比被很大程度的抑制,在实验的第3
天就达到了0.5mg/L的金属有机框架材料处理后第6天才能达到的抑藻效果。第4组中4mg/L
的金属有机框架材料处理后,铜绿微囊藻的生长与空白对照组相比受到了更加显著的影
响,在实验的第2天就有近35%的抑制率,到实验的第3天,就超过了60%的抑制率,在实验
的第6天就实现了对铜绿微囊藻的完全抑制,可见金属有机框架材料对铜绿微囊藻的生长
具有强烈的抑制作用。第5组中,金属有机框架材料的浓度最高为8mg/L,在实验的第4天就
达到了90%以上的抑制率,第5天就完全杀死了铜绿微囊藻细胞,表明金属有机框架材料能
够在短时间内高效的抑制铜绿微囊藻生长。而且第4组和第5组中经过4、8mg/L金属有机框
架材料抑制后的铜绿微囊藻并没有出现恢复生长的迹象。
1.31mg/L,到实验的第7天仅为0.775mg/L。可见金属有机框架材料可以以更低的剂量在更
短的时间内达到更好的抑藻效果,能大大的降低经济成本,缩短处理周期,可以快速的控制
或者消灭有害藻类,适用于控制藻华现象的发生,有利于环境的治理。
浮液中的Chl‑a含量及其抑藻率分别如表3和表4所示。
的看出,空白对照组的铜绿微囊藻生长良好,对铜绿微囊藻生长抑制作用最明显的是1mg/L
的金属有机框架材料其次是0.214mg/L的Zn(NO3)2·4H2O,最后是1mg/L的阿魏酸。0.214mg/
L的Zn(NO3)2·4H2O和1mg/L的阿魏酸在实验的7天内最高的抑制率分别为25.7%和17.2%,
然而1mg/L的金属有机框架材料的最高抑制率为63.5%,比其余两者的抑制率之和还高,可
2+
见金属有机框架材料的抑藻效果并不是Zn 和阿魏酸的单纯叠加效果,虽然金属锌离子作
为一种重金属对水体的蓝藻产生一定抑制作用,阿魏酸作为一种酚酸类化感物质同样存在
抑藻作用,但是本发明研究结果表明,金属有机框架材料产生的抑藻效应并不是锌离子和
阿魏酸简单的叠加效应,而是产生了一定的协同抑藻效应,产生的抑藻效应高于锌离子和
阿魏酸简单的叠加效应,且高于两者的抑藻效能之和,即产生协同抑藻效应。而且经1mg/L
金属有机框架材料抑制后的铜绿微囊藻在实验的7天内并没有生长状态恢复势头,可见金
属有机框架材料的良好抑藻效能,能够以更低剂量在更短的时间内达到更高的抑藻效果。
魏酸和金属锌离子,两者均可作为抑藻剂用于抑制淡水藻类的生长,因此该金属有机框架
材料可作为抑藻剂应用于抑制淡水藻类的生长。此外,该金属有机框架材料产生的抑藻效
应高于锌离子和阿魏酸简单的叠加效应,其抑藻效能高于两者的抑藻效能之和,即产生协
同抑藻效应。该金属有机框架材料具有良好的抑藻效能,作为抑藻剂能够在较低剂量和较
短时间内显著抑制藻类的生长,能大大的降低经济成本,缩短处理周期,可以快速的控制或
者消灭有害藻类,适用于控制藻华现象的发生,有利于环境的治理,具有很高的经济效益。
护范围。