一种用于赤潮防控的皂苷基多孔泡沫混凝土
1.本发明属于海洋工程材料技术领域，具体涉及一种用于赤潮防控的皂苷基多孔泡沫混凝土及其制备方法。
背景技术：
2.赤潮是指海水中某些浮游植物、原生动物或细菌暴发性增殖或聚集引起的重大海洋生态环境问题，其严重威胁到海洋生态系统、海洋生物资源、海水养殖产业以及人类健康和生命财产安全。赤潮具有发生频次高、发生时间集中、影响范围广等特点，浙江、福建、广东、广西等南方沿海城市已成为我国有害有毒赤潮的高发区和重灾区，但由于缺乏有效的赤潮防控方法，赤潮已对近海养殖产业、人民健康和食品安全构成很大威胁。
3.目前，赤潮防灾减灾的主要是降低海水中赤潮藻生物量和控制海水富营养化程度这两条途径径。而利用粘土颗粒絮凝赤潮藻的应急减灾措施，虽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、对底栖生物造成二次污染等缺点。
4.泡沫混凝土是发泡剂溶液通过物理方式制备成泡沫，然后与混凝土料浆充分搅拌均匀、浇注成型、养护形成的多孔轻质材料。由于制备过程其内部密封了大量微小气孔，赋予其优异的力学性能，具有质轻、保温及隔热等性能。皂苷基多孔泡沫混凝土是通过发泡系统将茶皂素水溶液发泡剂用物理方式充分发泡，在短时间内将泡沫与混凝土料浆均匀混合，然后倒入模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量均匀气孔的新型轻质多孔环保材料。本发明将皂苷基多孔泡沫混凝土用于直接吸附赤潮藻或者通过固定化吸附溶藻菌来降低赤潮藻生物量，以起到赤潮防控的效果。
技术实现要素：
5.本发明的目的在于提供一种用于赤潮防控的皂苷基多孔泡沫混凝土，其可满足不同海况工况条件下的赤潮防灾减灾应用要求。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于赤潮防控的皂苷基多孔泡沫混凝土，其是由凝胶材料和泡沫材料组成。具体地，所述皂苷基多孔泡沫混凝土的制备包括如下步骤：1）按照水胶比0.5 l/kg，将水泥与水混合，制得凝胶材料；2）将茶皂素粉末于水中溶解，配成质量浓度为0.2~0.6%的茶皂素水溶液，然后经水泥发泡机（曝气压力0.8 mpa、曝气量5 l/min）发泡5 min；3）按0.14～1.0 l/kg的量将制得的泡沫材料与胶凝材料经混凝土搅拌机充分搅拌混合，再倒入模具，预养成坯24 h后脱模，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为513～1208 kg/m3、抗压强度为2.315～12.897 mpa、吸水率为6.3～34.9%、孔隙率为49.8～62.1%、平均孔径为1.26～2.11 mm。
8.所述皂苷基多孔泡沫混凝土能够通过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.本发明的有益效果：（1）相比于传统将茶皂素作为引气剂制备混凝土的工艺而言，本发明通过将茶皂素水溶液先制得泡沫材料后再制备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、孔径和比表面积更大等特点。孔隙率高和比表面积大有助于材料吸附更多的赤潮藻；吸水率高和孔径大有助于材料固定化吸附溶藻菌液、缓解潮汐水流对溶藻菌的稀释；而密度低有助于材料自行漂浮在海面上或者吊装在海上渔业养殖设施周边，也容易从海区移除，并可回收重复利用，具有环境友好、二次污染低等特点。
10.（2）本发明材料可通过直接吸附赤潮藻或通过固定化吸附溶藻菌来降低赤潮藻生物量，因而不但可用于赤潮灾害爆发时的应急减灾，而且可用于赤潮灾害爆发前的日常防灾。
11.（3）本发明原料来源广泛、制备工艺简单、产品价廉物美、过程环保绿，可为赤潮防灾减灾提供新材料和新思路。
附图说明
12.图1为茶皂素浓度对皂苷基多孔泡沫混凝土性能的影响情况图。
13.图2为实施例1所制备皂苷基多孔泡沫混凝土的显微观察图。
14.图3为皂苷基多孔泡沫混凝土直接吸附赤潮藻的抑藻效果图。
15.图4为皂苷基多孔泡沫混凝土固定化吸附溶藻菌的灭藻效果图。
具体实施方式
16.一种用于赤潮防控的皂苷基多孔泡沫混凝土，其是由凝胶材料和泡沫材料组成。具体地，所述皂苷基多孔泡沫混凝土的制备包括如下步骤：1）按照水胶比0.5 l/kg，将水泥与水混合，制得凝胶材料；2）将茶皂素粉末于水中溶解，配成质量浓度为0.2~0.6%的茶皂素水溶液，然后经水泥发泡机（曝气压力0.8 mpa、曝气量5 l/min）发泡5 min，制得泡沫材料；3）按0.14～1.0 l/kg的泡沫/胶凝材料比，将制得的泡沫材料与胶凝材料经混凝土搅拌机充分搅拌混合，再倒入模具，预养成坯24 h后脱模，制成所述皂苷基多孔泡沫混凝土。
17.图1为茶皂素浓度对皂苷基多孔泡沫混凝土性能影响的情况图。由图1可见，当茶皂素水溶液质量浓度为0.4%时，皂苷基多孔泡沫混凝土的28天抗压强度和吸水率均达到了相对最大。
18.当茶皂素水溶液质量浓度为0.4%时，泡沫/胶凝材料比对皂苷基多孔泡沫混凝土性能的影响结果见表1。
19.表1 泡沫/胶凝材料比对皂苷基多孔泡沫混凝土性能的影响
由表1可见，泡沫/胶凝材料比为0.14～1.0 l/kg时，制得的皂苷基多孔泡沫混凝土的密度为513～1208 kg/m3、抗压强度为2.315～12.897 mpa、吸水率为6.3～34.9%、孔隙率为49.8～62.1%、平均孔径为1.26～2.11 mm；且密度、抗压强度与泡沫/胶凝材料比成负相关，而吸水率、平均孔径、孔隙率与泡沫/胶凝材料比成正相关。其中以泡沫/胶凝材料比1.0 l/kg的综合性能最优，其泡沫混凝土的密度更低、孔隙率和吸水率更高、孔径和比表面积更大。
20.为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
21.除非特别说明，测试方法均为本领域常规方法，如参照《jg/t 266-2011 泡沫混凝土》，将混凝土制成规格为100 mm
×
100 mm
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100 mm的标准试块进行性能测试。
22.对比例传统工艺皂苷基泡沫混凝土的制备将4 kg水泥与2 l水混合，制得6 kg凝胶材料，将1 g茶皂素粉末溶于0.25 l水中配成茶皂素水溶液，然后将所得茶皂素水溶液与凝胶材料经混凝土搅拌机充分搅拌混合均匀后，经水泥发泡机（曝气压力0.8 mpa、曝气量5 l/min）发泡5 min，倒入模具预养成坯24 h后脱模，制成皂苷基泡沫混凝土。
23.经检测，该混凝土的密度为1369 kg/m3、28d抗压强度为13.286 mpa、吸水率为5.1%、孔隙率为26.8%、平均孔径为1.01 mm。
24.实施例1 皂苷基多孔泡沫混凝土的制备将4 kg水泥与2 l水混合，制得6 kg凝胶材料；将1 g茶皂素粉末溶于0.25 l水中，经水泥发泡机（曝气压力0.8 mpa、曝气量5 l/min）发泡5 min，制得5.6 l泡沫材料；然后将所得凝胶材料与泡沫材料经混凝土搅拌机充分搅拌混合均匀，倒入模具预养成坯24 h后脱模，制成皂苷基多孔泡沫混凝土。
25.由图2可见，所得皂苷基多孔泡沫混凝土具有大量孔洞。且经检测，该混凝土的密度为513 kg/m3、28d抗压强度为2.315 mpa、吸水率为34.9%、平均孔径为2.11 mm、孔隙率为62.1%。
26.相比于传统工艺而言，本发明通过将茶皂素水溶液先制得泡沫材料后再制备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、孔径和比表
面积更大等特点。孔隙率高和比表面积大有助于材料吸附更多的赤潮藻；吸水率高和孔径大有助于材料固定化吸附溶藻菌液、缓解潮汐水流对溶藻菌的稀释；而密度低有助于材料自行漂浮在海面上或者吊装在海上渔业养殖设施周边，也容易从海区移除，并可回收重复利用，具有环境友好、二次污染低等特点。
27.实施例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凯伦藻为实验对象，将实施例1所得皂苷基多孔泡沫混凝土试块在60℃干燥箱中烘48 h，经紫外线辐射4 h后，将实施例1所得多孔泡沫混凝土试块分别以体积比1:5、1:10和米氏凯伦藻液进行共培养作为实验组1、2。在0、1、3、6、12、24、48 h分别取样，每次取1 ml培养液进行藻细胞浓度计数，同时将对比例所得皂苷基泡沫混凝土试块以体积比1:5和米氏凯伦藻液进行共培养作为空白对照组，结果见图3。
28.由图3可见，皂苷基多孔泡沫混凝土通过直接吸附赤潮藻来降低赤潮藻生物量的效果显著，特别是在共培养12 h以后，空白对照组赤潮藻密度急剧升高，而实验组显著抑制了赤潮藻的生长并且藻密度还有缓慢降低的趋势，其中1:5的效果优于1:10，表明皂苷基多孔泡沫混凝土直接吸附赤潮藻时存在量效关系，这有待后续进一步优化。
29.实施例3 皂苷基多孔泡沫混凝土固定化吸附溶藻菌的灭藻效果以赤潮藻米氏凯伦藻为实验对象，将实施例1及对比例所得皂苷基多孔泡沫混凝土试块在60℃干燥箱中烘48 h，经紫外线辐射4 h后，再将其加入足量溶藻菌液中静置吸附24 h，再将吸附后的试块以体积比1：10和赤潮藻液进行共培养分别作为实验组和空白对照组。24 h为一个周期，在1、3、6、12、24分别取样，每次取1 ml培养液进行藻细胞浓度计数，24 h后更换新的藻液进行第二周期共培养，结果见图4。
30.由图4可见，以实施例1所得皂苷基多孔泡沫混凝土试块将溶藻菌吸附固定24 h后加入对数期生长期的赤潮藻，第一周期时，培养6 h的灭藻率为93.2%，到12 h可达100%。第二周期时，培养12 h的灭藻率可达91.6%，到24 h可达100%。空白对照组只在第一周期对赤潮藻有一定的抑制效果，第二周期对赤潮藻的抑制效果很弱。可见本发明皂苷基多孔泡沫混凝土可作为溶藻菌液的吸附载体来降低赤潮藻生物量，用于赤潮的防灾减灾，且其不经任何处理即可重复使用。
31.以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
技术特征：
1.一种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胶材料和泡沫材料组成，其中所述泡沫材料是将茶皂素水溶液经发泡制得。2.根据权利要求1所述的一种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备包括如下步骤：1）按照水胶比0.5 l/kg，将水泥与水混合，制得凝胶材料；2）将茶皂素粉末于水中溶解，配成质量浓度为0.2~0.6%的茶皂素水溶液，然后经水泥发泡机发泡5 min，制得泡沫材料；3）按0.14～1.0 l/kg的量将制得的泡沫材料与胶凝材料充分搅拌混合，再倒入模具，预养成坯24 h后脱模，制成所述皂苷基多孔泡沫混凝土。3. 根据权利要求1或2所述的一种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为513～1208 kg/m3、抗压强度为2.315～12.897 mpa、吸水率为6.3～34.9%、孔隙率为49.8～62.1%、平均孔径为1.26～2.11 mm。4.一种如权利要求1所述的一种皂苷基多孔泡沫混凝土在赤潮防控中的应用，其特征在于：所述皂苷基多孔泡沫混凝土能够通过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，从而起到防控赤潮的效果。
技术总结
本发明公开了一种用于赤潮防控的皂苷基多孔泡沫混凝土，该皂苷基多孔泡沫混凝土是由凝胶材料和泡沫材料组成，其中，所述凝胶材料由水泥与水混合制得，所述泡沫材料是将茶皂素水溶液经发泡制得。本发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、孔径和比表面积大等特点，可通过直接吸附赤潮藻或固定化吸附溶藻菌来降低赤潮藻生物量，起到赤潮防控的效果。防控的效果。防控的效果。
