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1 材料參數

磁性硅藻土基生態浮島材料配合比如表1所示：

表1 磁性硅藻土基生態浮島材料配合比參數

磁性硅藻土基生態浮島材料各項物理參數如表2所示：

表2 三種磁性硅藻土基生態浮島材料參數

2 材料優勢

磁性硅藻土基生態浮島新材料主要添加了比表面積大、多孔結構、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，而具備對受污染水體的吸附與凈化作用；成本方面，與傳統的種植基體相比，塑料、化纖類種植基體少的也需要 20~30 元/m²，而磁性硅藻土基生態浮島材料這類植生泡沫混凝土的同類型產品造價不足 20元/m²；且適于現場澆筑和預制，植被的種植可在泡沫混凝土澆筑的同時完成，顯著提高了建造效率。磁性硅藻土基新材料在生態浮島的建設中可以同時實現經濟高效和優秀的環境效益。

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33.69 m²/g，總孔隙體積達0.207 cm³/g，且對亞甲基藍（MB）染料有優秀的吸附性能，如圖所示。

圖 26  不同 MB 濃度下 α-Fe2O3@硅藻土復合物對 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，首先在無光照條件下測試了α- Fe₂O₃@硅藻土復合材料對MB的吸附能力，以去除吸附作用對降解率的影響。通過實驗可知，α- Fe₂O₃@硅藻土在無光照條件下 30min 后可達到對 MB 的吸附?解吸平衡。

（2）磁性NiFeLDH@硅藻土

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

圖 27  磁性NiFeLDH@硅藻土對染料廢水的吸附

吸附在開始時極快（20min之前），隨后轉變緩慢，最終達到平衡。Ni₂Fe₁LDH@硅藻土、DE₃FE₁LDH@硅藻土、Ni₄Fe₁LDH@硅藻土的吸附效率分別達到58%、75%和85%，平衡吸附效率分別為80%、92.7%和96.8%。20min后，大部分吸附位點被占據，由于排斥力，剩余的吸附位點幾乎難以獲得。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大、比表面積的增加和單位電荷表面積的減少有關。同樣，比較NiFeLDH@硅藻土在25^oC下對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@硅藻土平衡時的頂點吸附能力分別為85.5mgg^-1、123.3mgg^-1和128.7mgg^-1。根據圖2（d），Ni₂Fe₁LDH@硅藻土、Ni₃Fe₁LDH@硅藻土、Ni₄Fe₁LDH@硅藻土在平衡時的頂點MB吸附能力分別為102.2mgg^-1、70.0mgg^-1和81.2mgg^-1。另外，還驗證了NiFeLDH@硅藻土對陰離子和陽離子染料的吸附能力，分別對剛果紅（CR）和孔雀石綠（MG）進行了吸附試驗，對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@硅藻土吸附材料對三價砷離子的吸附效率并無顯著差異，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下對磁性鐵基@硅藻土的吸附動力學

在同樣的測試條件下，分析了在不同pH下磁性鐵基@硅藻土對五價砷離子吸附效率，如圖5所示。從圖5可以看到，在PH不同的情況下，磁性鐵基@硅藻土吸附材料對五價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@硅藻土吸附材料對五價砷離子的吸附率顯著降低。

圖 29   As(V)在不同pHs下對磁性鐵基@硅藻土的吸附動力學

根據相關參數，磁性鐵基@硅藻土吸附材料對五價砷離子的吸附性能較好，頂點吸附容量可達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 應用場景

隨著科技的進步，工業生產加速所帶來的環境問題也日益受到社會的廣泛關注。其中，工業排放的廢水中因含有大量毒性強、穩定性高、難生物降解的有害物質，已經給生物體健康和環境保護帶來了巨大危害，而生態浮島因其成本低、效率高、環境友好、原位修復、美學及經濟功能等優勢，對微污染水體的修復有重要意義。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，根據生物間的聚集效應，大量凈水微生物依附于某一區域，導致凈化不均勻。由于多孔基材比表面積大，因此磁性硅藻基生態浮島新材料作為一種生態浮島建設用新型泡沫混凝土在用作固定化材料有著天然的優勢。

（1）固定中藥根系

利用泡沫混凝土輕質、多孔、韌性好等特性，為其設計合理的維生系統，使其適于中藥根系生長，可以為立體綠化提供必要的物質保障。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，泡沫混凝土生產設備簡單易操作，產品技術性能可調性好。相對于普通混凝土和透水混凝土而言，泡沫混凝土的生產設備技術復雜性低。而且泡沫混凝土在攪拌過程中，拌合物的稠度比較低，生產所需能耗低。同時，由于泡沫混凝土比透水混凝土具有更好、更易控制的均質性，其自身性能與結構特征具有良好的可調控性，方便獲得植生所要求的結構特征如孔徑、孔隙率、孔隙聯通等，具有明顯的優勢。

（2）固定微生物

微生物凈水技術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，固定化微生物凈水技術應運而生。固定化微生物凈水技術是采用物理或化學方法將游離的凈水微生物固定于某一載體內，再將附著有凈水微生物的載體 (凈水載體) 投放污水中凈水。該技術解決了游離微生物暴露于外界環境容易致死以及凈水不均勻問題。

磁性硅藻基生態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問題，一方面，該載體以微生物發泡劑為原料，與凈水微生物具有較強的結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，對污水中的污染物質進一步起到吸附、過濾的作用。

4 圖片

磁性硅藻基生態浮島新材料成品：

圖 30   磁性硅藻基生態浮島新材料成品

圖 31  材料浮島示范應用