超细电气石产品制备及对养殖水质改良效果和机理的研究
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摘要
随着水产养殖业的快速发展，部分地区的养殖水质在不断恶化，直接或间接地导致了水体的污染和水产品品质的下降，从而给水产养殖业造成了巨大损失，影响了水产养殖业的可持续发展。若不进行养殖废水的有效处理，将会威胁人类的健康。电气石(Tourmaline)是解决这一问题有效途径之一，它具有良好的压电特性，存在永久性自发电极，能够辐射远红外线，自发调节养殖水体的氧化还原电位(Oxidation-reduction potential, ORP)和pH值，减小水分子团簇(Water molecules cluster)，活化水体，还可以选择性的去除水体中的重金属和氨氮等，具有很好的机械化学稳定性和较好的重复利用性，且不会对环境造成污染，是很好的功能性绿色环保水产养殖水质净化材料。因此，本文较系统地研究了超细电气石粉(Ultra-fine powder of tourmaline, UPT)的制备工艺参数，并对超细电气石粉在活化水、改善水体pH值、吸附水体中重金属离子和氮磷等方面的应用进行了探究，继而在此基础上采用锐孔—凝固浴法制备得到功能性电气石球(Functional tourmaline balls，FTB)，扩宽了电气石在水质处理中的应用范围，弥补了粉态电气石在养殖水质处理中的不足。本论文的主要研究内容如下：
(1)研究不同制备因素对超细电气石粉体粒径的影响：采用机械化学法(The method ofmechanochemistry, MC)对电气石进行超细处理，并以粒径为指标，分析讨论了不同的分散剂、分散剂用量、固形物浓度和研磨时间等因素对电气石粒径的影响。试验数据显示，分散剂多聚磷酸钠用量为5%、固形物浓度为45%、研磨时间为6h时，电气石粉体的超细效果最好，此时超细电气石粉的平均粒径为0.17μm，其粒径分布均匀，且颗粒分散性较好。
(2)探讨超细电气石粉对水分子团簇的影响：以去离子水的~(17)O核磁共振(Nuclear magneticresonance, NMR)半高幅宽(Full width at half maximum intensity, FWHM)为指标，研究电气石用量、处理时间、电气石粒径以及温度对电气石减少水分子团簇的影响。结果显示：超细电气石粉能够使去离子水的~(17)O NMR半高幅宽变窄，降低了水分子缔合度，增强了水的活性。电气石的粒径越小，去离子水的~(17)O NMR半高幅宽越窄，放置120h后仍能保持着良好活性，说明电气石在活化水领域具有重要作用。
(3)研究不同条件下超细电气石粉对水体pH值的调控作用：主要考察处不同因素对超细电气石粉调控去离子水、酸碱溶液以及海水pH值的影响。试验结果表明，超细电气石粉在10min内即可使去离子水的pH值从6.86上升至8.91，既可以使酸溶液的pH值上升至中性或弱碱性，也可使碱性溶液的pH值下降；而海水的盐度主要影响电气石调控海水pH值的速率，但对其最终pH值没有影响，电气石的用量越多，粒径越小，其对海水pH值的改变越大。电气石对酸性溶液的pH值的影响要大于对碱性溶液pH值的影响。
(4)超细电气石粉对溶液中重金属离子的吸附效果的研究：利用原子吸收分光光度计法测定重金属离子的浓度，研究不同因素对超细电气石粉吸附溶液中重金属离子效果的影响。结果显示：超细电气石粉对溶液中的Cu~(2+)、Pb~(2+)和Zn~(2+)均有显著吸附作用。电气石吸附重金属离子的最佳工艺参数为：吸附时间为30min、超细电气石粉用量为5g/L、溶液初始pH值为6.0~7.5、溶液初始浓度为57.2mg/L时，超细电气石粉对Cu~(2+)的去除率和吸附容量分别为99.93%和11.43mg/g；吸附时间为30min、超细电气石粉用量为5g/L、溶液初始pH值为4.0~6.5、溶液初始浓度为103.6mg/L时，电气石对Pb~(2+)的去除率和吸附容量分别为99.99%和20.57mg/g；吸附时间为30min、超细电气石粉为5g/L、溶液初始pH值为6.0~7.5、溶液初始浓度为43.6mg/L时，超细电气石粉对Zn~(2+)的去除率和吸附容量分别为98.26%和8.57mg/g。超细电气石粉对三者的吸附均符合Langmuir吸附等温式，其对Cu~(2+)、Pb~(2+)和Zn~(2+)的最大吸附容量分别为18.59、133.33、15.41mg/g。超细电气石粉对混合溶液中的Cu~(2+)、Pb~(2+)和Zn~(2+)的吸附属于竞争性吸附，其选择性吸附由大到小的顺序为：Pb~(2+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)。
(5)通过改变不同影响因素来探讨超细电气石粉对水体中氮磷的吸附特性：试验通过改变不同影响因素探讨了超细电气石粉对养殖水体中N、P(磷酸盐、氨氮和亚硝酸盐氮)的吸附特性。由结果可知，超细电气石粉对溶液中的PO_4~(3-)-P、NO_2~--N和NH_4~+-N均有良好的吸附性能。超细电气石粉用量为5g/L、吸附时间为80min、溶液初始pH值为2.0、溶液浓度为50mg/L时，其对溶液中PO_4~(3-)-P的去除率为66.74%；超细电气石粉用量为5g/L、吸附时间为60min、溶液初始pH值为2.0、溶液初始浓度为50mg/L时，其对溶液中NO_2~--N的去除率为78.40%；超细电气石粉用量为5g/L、吸附时间为80min、溶液初始pH值为10.0~12.0、溶液初始浓度为50mg/L时，其对溶液中NH_4~+-N的去除率为63.70%。超细电气石粉对以上三者的吸附模型均与Langmuir吸附等温式相一致，其对PO3-+4-P、NO_2~--N和NH4-N的最大吸附容量分别为14.71、11.90和6.76mg/g，且电气石对PO_4~(3-)-P和NO_2~--N的吸附能力大于对NH_4~+-N的吸附能力。
(6)功能性电气石球的制备及应用：用硅藻土做载体，采用锐孔—凝固浴法制备得到功能性电气石球，经过400℃高温处理后，电气石红外吸收光谱的特征吸收峰强度减弱，峰位置移位现象，说明其晶体化学键和结构发生了变化，活性官能团被激活，但并未使电气石的自发极化现象消失，仍保持着电气石的独特特征。与超细电气石粉一样，经过高温处理的FTB也可快速调控酸碱溶液的pH值，对养殖水体中的Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)、PO43--P、NO2--N和NH4+-N均有较好的吸附效果。另外，FTB还可以有效减小水分子团簇，使养殖水得到活化，同时增加了水中溶解氧(Dissolved Oxygen, DO)含量。
(7)在静态养殖水体处理中，功能性电气石球（FTB）既可以显著提高养殖水体的pH值和水体溶解氧含量（DO值），又可以显著降低养殖水体中PO_4~(3-)-P、NO_2~--N和NH_4~+-N的浓度；在动态养殖水体处理中，FTB可以显著降低吉富罗非鱼水体中的PO3-+4-P、NO_2~--N、NH4-N的浓度，水体的COD值也显著低于对照组和SAD组。
With the rapid development of aquaculture industry, the water quality in some areas has beendeteriorated; it has led to the pollution of water quality and great loss of aquaculture directly or indirectlyand made the aquatic product quality reduce, affecting the sustainable development of aquaculture industry.If we don’t treat aquaculture wastewater effectively, it may threaten the health of human beings.Tourmaline has good piezoelectric properties, spontaneous permanent polarity and releasing far infraredradiation which can spontaneously adjust aquaculture redox potentials and pH values, reduce watermolecules cluster, activate water, and still can remove the heavy metal and ammonia nitrogen selectively inthe water and so on. It has very good mechanical chemical stability and can well be reused, not causingpollution to the environment; it is very good functional green environmental protection aquaculture waterpurification materials. Therefore, the paper studied the optimum technological conditions of preparation ofultra-fine powder of tourmaline (UPT), and also did the research of tourmaline which can activate water,improve pH value, adsorb heavy metal and remove nitrogen and phosphorus and so on. On this basis, itadopted piercing-solidifying method for getting the functional tourmaline balls(FTB), broading the range oftourmaline application in water treatment and having made up for water treatment insufficiency of thepowder state tourmaline. The main research contents in the paper are as follows:
(1) The influence of the different preparation factors studied to ultra-fine powder of tourmalineparticle size: by using the method of mechanochemistry for preparing ultra-fine powder of tourmaline,Nano Particle Analyzer and Potentiometric Analyzer, this experiment analyzed dispersant and dosage, solidconcentration and milling time to the effect of powder products of tourmaline particle size. At normaltemperature and pressure, the experiment adopted horizontal circulation sanding machines to milltourmaline powder of22μm size for6h in Inner Mongolia Chifeng area under the condition of polyphosphate dispersant whose solid dosage and concentration were5%and45%and got ultra-fine powder oftourmaline of average particle size0.17μm which the size distribution was uniform and particle dispersionwas better.
(2) Exploring the influence of ultra-fine powder of tourmaline to water molecules cluster: using themethod of nuclear magnetic resonance to measure deionized water and~(17)O NMR full width at halfmaximum intensity (FWHM), FWHM is to represent water molecules cluster structure. Through the directeffect between tourmaline and water, the experiment studied the effects of tourmaline dosage, theprocessing time, tourmaline particle size, and the temperature on~(17)O NMR FWHM of deionized water. Theresults showed that, the ultra-fine powder of tourmaline reduced~(17)O NMR full width at half maximumintensity for deionized water and the volume of water molecules clusters, and increased the degree of wateractivity. The smaller particle size of tourmaline and the narrower~(17)O NMR FWHM of deionized water kepta good activity after placing120h, illustrating the tourmaline has the vital role in the activation water area.
(3) Studying the regulating and controlling function of ultra-fine powder of tourmaline to water pHvalue: according to the tourmaline’s experiments of regulating and controlling water pH value, it mainlystudied how the ultra-fine powder of tourmaline influenced deionized water, acid and alkali solution andthe pH value of seawater under different conditions. And the results showed that tourmaline within10mincould make deionized water pH value rise to8.91from6.86and adjust the pH values to become neutral orweak alkaline. The salinity of seawater mainly influenced regulation rate of the pH values of seawater bytourmaline, but the final pH values had not been influenced; The more dosage and smaller particle size oftourmaline can change the pH value of the sea more greatly. The effect of tourmaline to acidic solution pHvalue was greater than that of the pH value in the alkaline solution, which is the tourmaline surfacehydroxyl electrical functions. After recycling four times, the effect of tourmaline’s regulating andcontrolling pH value of the seawater was good, showing that the process is simple, the effect is good, andhas no pollution.
(4) The adsorption effect of ultra-fine powder of tourmaline to heavy metal ions in the solution: usingatomic absorption spectrophotometer, the experiment studied how the single heavy metal ions oftourmaline was influenced by some factors such as the adsorption time, tourmaline dosage, initial solutionpH value, initial ion concentration and adsorption temperature and so on, and did the same research to themixed heavy metal ions adsorption. The result showed: Cu~(2+)、Pb~(2+)and Zn~(2+)in the solution of ultra-finepowder of tourmaline had significant adsorption effect.The best technical parameters of tourmaline toheavy metal ions adsorption was: adsorption time for30min, dosage for5g/L, initial pH value for6.0~7.5, the initial concentration of the solution for57.2mg/L, adsorption rate of the solution to Cu~(2+)for99.93%, adsorption capacity for11.43mg/g, adsorption time for30min, tourmaline dosage for5g/L, initial pH value of solution for4.0~6.5, the initial concentration of the solution for103.6mg/L, adsorptionrate of tourmaline to Pb~(2+)for99.99%, adsorption capacity for20.57mg/g, adsorption time for30min,tourmaline dosage for5g/L, solution initial pH value for6.0~7.5, the initial concentration of the solutionfor43.6mg/L, adsorption rate of tourmaline to Zn~(2+)for98.26%, and adsorption capacity for8.57mg/g.The ultra-fine powder of tourmaline adsorption was conforming to the Langmuir isothermal adsorptionequation. The maximum adsorption to heavy metal ions, Cu~(2+)、Pb~(2+)and Zn~(2+)by the ultra-fine powder oftourmaline was18.59,133.33and15.41mg/g, respectively. The competitive adsorption by UPT to thethree ions was observed in blended solution with Cu~(2+)、Pb~(2+)and Zn~(2+), and the adsorption capacity of UPTfor multi-metal ions system decreased in an order of Pb~(2+)、Cu~(2+)and Zn~(2+).
(5) Exploring the adsorption characteristic of ultra-fine powder of tourmaline to N, P throughchanging the different affecting factors: by changing the different affecting factors to explore the adsorptioncharacteristic of ultra-fine powder of tourmaline to N, P (phosphate, ammonia nitrogen and nitrite) in theaquaculture water, the results was that the tourmaline had good adsorption performance to PO_4~(3-)-P、NO_2~--Nand NH_4~+-N in the solution.The best adsorption conditions of tourmaline to PO_4~(3-)-P was: dosage for5g/L,adsorption time for80min, initial pH value solution for2.0, solution concentration for50mg/L, theadsorption rate of P-O3-4-P in the solution by tourmaline is66.74%; the optimum parameters of tourmalineadsorption to NO2-N is5g/L, adsorption time was60min, initial pH value was2.0, the initialconcentration of the solution was50mg/L, this time tourmaline adsorption rate in the solution to NO_2~--Nwas78.40%; the best parameters of tourmaline adsorption to NH_4~+-N was5g/L, adsorption time was80min, initial pH value solution was1+0.0~12.0, the initial concentration of the solution was50mg/L,tourmaline adsorption rate to NH4-N was63.70%. The tourmaline adsorption model and Langmuirisothermal adsorption equation was consistent, the biggest adsorption capacity of tourmaline to PO_4~(3-)-P、NO_2~--N and NH_4~+-N were14.71,11.90and6.76mg/g, and also its adsorption capacity to PO3--4-P andNO2-N is more than NH_4~+-N.
(6) The preparation and application of the functional tourmaline ball: using diatomite as carrier andadopting the piercing-solidifying method for getting the functional tourmaline ball, after400℃hightemperature treatment, the intensity of tourmaline infrared radiation spectrum absorption of characteristicpeak and happening peak was weaken, and the phenomenon of peak position shift took place, whichillustrated the changes of crystal chemical bonds and structure and active functional group was activated,but it did not make the tourmaline of spontaneous polarization phenomenon disappear and still kept theunique characteristics of tourmaline. Just as the ultra-fine powder of tourmaline, the FTB fromhigh-temperature processing can also regulate the pH of acid and alkali solution rapidly, it had betteradsorption effect to Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)、PO_4~(3-)-P、NO_2~--N and NH_4~+-N in the solution. FTB can effectivelyreduce water molecules cluster size, making aquaculture water activate and also increase water dissolvedoxygen content and improve the penetration of water, soluble and metabolic ability, it has a broad prospectof application in aquaculture water treatment.
(7) In the static aquaculture processing, the functional tourmaline balls (FTB) can not onlysignificantly improve the aquaculture pH value and water dissolved oxygen content (DO value) andreduce the concentration of PO3--4-P、NO2-N and NH_4~+-N in aquaculture water; In dynamic aquacultureprocessing, FTB can greatly reduce JiFu tilapia water in the PO_4~(3-)-P、NO_2~--N and NH_4~+-N concentrations,whose COD value is obviously lower than those of control group and SAD group.
(1)研究不同制备因素对超细电气石粉体粒径的影响：采用机械化学法(The method ofmechanochemistry, MC)对电气石进行超细处理，并以粒径为指标，分析讨论了不同的分散剂、分散剂用量、固形物浓度和研磨时间等因素对电气石粒径的影响。试验数据显示，分散剂多聚磷酸钠用量为5%、固形物浓度为45%、研磨时间为6h时，电气石粉体的超细效果最好，此时超细电气石粉的平均粒径为0.17μm，其粒径分布均匀，且颗粒分散性较好。
(2)探讨超细电气石粉对水分子团簇的影响：以去离子水的~(17)O核磁共振(Nuclear magneticresonance, NMR)半高幅宽(Full width at half maximum intensity, FWHM)为指标，研究电气石用量、处理时间、电气石粒径以及温度对电气石减少水分子团簇的影响。结果显示：超细电气石粉能够使去离子水的~(17)O NMR半高幅宽变窄，降低了水分子缔合度，增强了水的活性。电气石的粒径越小，去离子水的~(17)O NMR半高幅宽越窄，放置120h后仍能保持着良好活性，说明电气石在活化水领域具有重要作用。
(3)研究不同条件下超细电气石粉对水体pH值的调控作用：主要考察处不同因素对超细电气石粉调控去离子水、酸碱溶液以及海水pH值的影响。试验结果表明，超细电气石粉在10min内即可使去离子水的pH值从6.86上升至8.91，既可以使酸溶液的pH值上升至中性或弱碱性，也可使碱性溶液的pH值下降；而海水的盐度主要影响电气石调控海水pH值的速率，但对其最终pH值没有影响，电气石的用量越多，粒径越小，其对海水pH值的改变越大。电气石对酸性溶液的pH值的影响要大于对碱性溶液pH值的影响。
(4)超细电气石粉对溶液中重金属离子的吸附效果的研究：利用原子吸收分光光度计法测定重金属离子的浓度，研究不同因素对超细电气石粉吸附溶液中重金属离子效果的影响。结果显示：超细电气石粉对溶液中的Cu~(2+)、Pb~(2+)和Zn~(2+)均有显著吸附作用。电气石吸附重金属离子的最佳工艺参数为：吸附时间为30min、超细电气石粉用量为5g/L、溶液初始pH值为6.0~7.5、溶液初始浓度为57.2mg/L时，超细电气石粉对Cu~(2+)的去除率和吸附容量分别为99.93%和11.43mg/g；吸附时间为30min、超细电气石粉用量为5g/L、溶液初始pH值为4.0~6.5、溶液初始浓度为103.6mg/L时，电气石对Pb~(2+)的去除率和吸附容量分别为99.99%和20.57mg/g；吸附时间为30min、超细电气石粉为5g/L、溶液初始pH值为6.0~7.5、溶液初始浓度为43.6mg/L时，超细电气石粉对Zn~(2+)的去除率和吸附容量分别为98.26%和8.57mg/g。超细电气石粉对三者的吸附均符合Langmuir吸附等温式，其对Cu~(2+)、Pb~(2+)和Zn~(2+)的最大吸附容量分别为18.59、133.33、15.41mg/g。超细电气石粉对混合溶液中的Cu~(2+)、Pb~(2+)和Zn~(2+)的吸附属于竞争性吸附，其选择性吸附由大到小的顺序为：Pb~(2+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)。
(5)通过改变不同影响因素来探讨超细电气石粉对水体中氮磷的吸附特性：试验通过改变不同影响因素探讨了超细电气石粉对养殖水体中N、P(磷酸盐、氨氮和亚硝酸盐氮)的吸附特性。由结果可知，超细电气石粉对溶液中的PO_4~(3-)-P、NO_2~--N和NH_4~+-N均有良好的吸附性能。超细电气石粉用量为5g/L、吸附时间为80min、溶液初始pH值为2.0、溶液浓度为50mg/L时，其对溶液中PO_4~(3-)-P的去除率为66.74%；超细电气石粉用量为5g/L、吸附时间为60min、溶液初始pH值为2.0、溶液初始浓度为50mg/L时，其对溶液中NO_2~--N的去除率为78.40%；超细电气石粉用量为5g/L、吸附时间为80min、溶液初始pH值为10.0~12.0、溶液初始浓度为50mg/L时，其对溶液中NH_4~+-N的去除率为63.70%。超细电气石粉对以上三者的吸附模型均与Langmuir吸附等温式相一致，其对PO3-+4-P、NO_2~--N和NH4-N的最大吸附容量分别为14.71、11.90和6.76mg/g，且电气石对PO_4~(3-)-P和NO_2~--N的吸附能力大于对NH_4~+-N的吸附能力。
(6)功能性电气石球的制备及应用：用硅藻土做载体，采用锐孔—凝固浴法制备得到功能性电气石球，经过400℃高温处理后，电气石红外吸收光谱的特征吸收峰强度减弱，峰位置移位现象，说明其晶体化学键和结构发生了变化，活性官能团被激活，但并未使电气石的自发极化现象消失，仍保持着电气石的独特特征。与超细电气石粉一样，经过高温处理的FTB也可快速调控酸碱溶液的pH值，对养殖水体中的Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)、PO43--P、NO2--N和NH4+-N均有较好的吸附效果。另外，FTB还可以有效减小水分子团簇，使养殖水得到活化，同时增加了水中溶解氧(Dissolved Oxygen, DO)含量。
(7)在静态养殖水体处理中，功能性电气石球（FTB）既可以显著提高养殖水体的pH值和水体溶解氧含量（DO值），又可以显著降低养殖水体中PO_4~(3-)-P、NO_2~--N和NH_4~+-N的浓度；在动态养殖水体处理中，FTB可以显著降低吉富罗非鱼水体中的PO3-+4-P、NO_2~--N、NH4-N的浓度，水体的COD值也显著低于对照组和SAD组。
With the rapid development of aquaculture industry, the water quality in some areas has beendeteriorated; it has led to the pollution of water quality and great loss of aquaculture directly or indirectlyand made the aquatic product quality reduce, affecting the sustainable development of aquaculture industry.If we don’t treat aquaculture wastewater effectively, it may threaten the health of human beings.Tourmaline has good piezoelectric properties, spontaneous permanent polarity and releasing far infraredradiation which can spontaneously adjust aquaculture redox potentials and pH values, reduce watermolecules cluster, activate water, and still can remove the heavy metal and ammonia nitrogen selectively inthe water and so on. It has very good mechanical chemical stability and can well be reused, not causingpollution to the environment; it is very good functional green environmental protection aquaculture waterpurification materials. Therefore, the paper studied the optimum technological conditions of preparation ofultra-fine powder of tourmaline (UPT), and also did the research of tourmaline which can activate water,improve pH value, adsorb heavy metal and remove nitrogen and phosphorus and so on. On this basis, itadopted piercing-solidifying method for getting the functional tourmaline balls(FTB), broading the range oftourmaline application in water treatment and having made up for water treatment insufficiency of thepowder state tourmaline. The main research contents in the paper are as follows:
(1) The influence of the different preparation factors studied to ultra-fine powder of tourmalineparticle size: by using the method of mechanochemistry for preparing ultra-fine powder of tourmaline,Nano Particle Analyzer and Potentiometric Analyzer, this experiment analyzed dispersant and dosage, solidconcentration and milling time to the effect of powder products of tourmaline particle size. At normaltemperature and pressure, the experiment adopted horizontal circulation sanding machines to milltourmaline powder of22μm size for6h in Inner Mongolia Chifeng area under the condition of polyphosphate dispersant whose solid dosage and concentration were5%and45%and got ultra-fine powder oftourmaline of average particle size0.17μm which the size distribution was uniform and particle dispersionwas better.
(2) Exploring the influence of ultra-fine powder of tourmaline to water molecules cluster: using themethod of nuclear magnetic resonance to measure deionized water and~(17)O NMR full width at halfmaximum intensity (FWHM), FWHM is to represent water molecules cluster structure. Through the directeffect between tourmaline and water, the experiment studied the effects of tourmaline dosage, theprocessing time, tourmaline particle size, and the temperature on~(17)O NMR FWHM of deionized water. Theresults showed that, the ultra-fine powder of tourmaline reduced~(17)O NMR full width at half maximumintensity for deionized water and the volume of water molecules clusters, and increased the degree of wateractivity. The smaller particle size of tourmaline and the narrower~(17)O NMR FWHM of deionized water kepta good activity after placing120h, illustrating the tourmaline has the vital role in the activation water area.
(3) Studying the regulating and controlling function of ultra-fine powder of tourmaline to water pHvalue: according to the tourmaline’s experiments of regulating and controlling water pH value, it mainlystudied how the ultra-fine powder of tourmaline influenced deionized water, acid and alkali solution andthe pH value of seawater under different conditions. And the results showed that tourmaline within10mincould make deionized water pH value rise to8.91from6.86and adjust the pH values to become neutral orweak alkaline. The salinity of seawater mainly influenced regulation rate of the pH values of seawater bytourmaline, but the final pH values had not been influenced; The more dosage and smaller particle size oftourmaline can change the pH value of the sea more greatly. The effect of tourmaline to acidic solution pHvalue was greater than that of the pH value in the alkaline solution, which is the tourmaline surfacehydroxyl electrical functions. After recycling four times, the effect of tourmaline’s regulating andcontrolling pH value of the seawater was good, showing that the process is simple, the effect is good, andhas no pollution.
(4) The adsorption effect of ultra-fine powder of tourmaline to heavy metal ions in the solution: usingatomic absorption spectrophotometer, the experiment studied how the single heavy metal ions oftourmaline was influenced by some factors such as the adsorption time, tourmaline dosage, initial solutionpH value, initial ion concentration and adsorption temperature and so on, and did the same research to themixed heavy metal ions adsorption. The result showed: Cu~(2+)、Pb~(2+)and Zn~(2+)in the solution of ultra-finepowder of tourmaline had significant adsorption effect.The best technical parameters of tourmaline toheavy metal ions adsorption was: adsorption time for30min, dosage for5g/L, initial pH value for6.0~7.5, the initial concentration of the solution for57.2mg/L, adsorption rate of the solution to Cu~(2+)for99.93%, adsorption capacity for11.43mg/g, adsorption time for30min, tourmaline dosage for5g/L, initial pH value of solution for4.0~6.5, the initial concentration of the solution for103.6mg/L, adsorptionrate of tourmaline to Pb~(2+)for99.99%, adsorption capacity for20.57mg/g, adsorption time for30min,tourmaline dosage for5g/L, solution initial pH value for6.0~7.5, the initial concentration of the solutionfor43.6mg/L, adsorption rate of tourmaline to Zn~(2+)for98.26%, and adsorption capacity for8.57mg/g.The ultra-fine powder of tourmaline adsorption was conforming to the Langmuir isothermal adsorptionequation. The maximum adsorption to heavy metal ions, Cu~(2+)、Pb~(2+)and Zn~(2+)by the ultra-fine powder oftourmaline was18.59,133.33and15.41mg/g, respectively. The competitive adsorption by UPT to thethree ions was observed in blended solution with Cu~(2+)、Pb~(2+)and Zn~(2+), and the adsorption capacity of UPTfor multi-metal ions system decreased in an order of Pb~(2+)、Cu~(2+)and Zn~(2+).
(5) Exploring the adsorption characteristic of ultra-fine powder of tourmaline to N, P throughchanging the different affecting factors: by changing the different affecting factors to explore the adsorptioncharacteristic of ultra-fine powder of tourmaline to N, P (phosphate, ammonia nitrogen and nitrite) in theaquaculture water, the results was that the tourmaline had good adsorption performance to PO_4~(3-)-P、NO_2~--Nand NH_4~+-N in the solution.The best adsorption conditions of tourmaline to PO_4~(3-)-P was: dosage for5g/L,adsorption time for80min, initial pH value solution for2.0, solution concentration for50mg/L, theadsorption rate of P-O3-4-P in the solution by tourmaline is66.74%; the optimum parameters of tourmalineadsorption to NO2-N is5g/L, adsorption time was60min, initial pH value was2.0, the initialconcentration of the solution was50mg/L, this time tourmaline adsorption rate in the solution to NO_2~--Nwas78.40%; the best parameters of tourmaline adsorption to NH_4~+-N was5g/L, adsorption time was80min, initial pH value solution was1+0.0~12.0, the initial concentration of the solution was50mg/L,tourmaline adsorption rate to NH4-N was63.70%. The tourmaline adsorption model and Langmuirisothermal adsorption equation was consistent, the biggest adsorption capacity of tourmaline to PO_4~(3-)-P、NO_2~--N and NH_4~+-N were14.71,11.90and6.76mg/g, and also its adsorption capacity to PO3--4-P andNO2-N is more than NH_4~+-N.
(6) The preparation and application of the functional tourmaline ball: using diatomite as carrier andadopting the piercing-solidifying method for getting the functional tourmaline ball, after400℃hightemperature treatment, the intensity of tourmaline infrared radiation spectrum absorption of characteristicpeak and happening peak was weaken, and the phenomenon of peak position shift took place, whichillustrated the changes of crystal chemical bonds and structure and active functional group was activated,but it did not make the tourmaline of spontaneous polarization phenomenon disappear and still kept theunique characteristics of tourmaline. Just as the ultra-fine powder of tourmaline, the FTB fromhigh-temperature processing can also regulate the pH of acid and alkali solution rapidly, it had betteradsorption effect to Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)、PO_4~(3-)-P、NO_2~--N and NH_4~+-N in the solution. FTB can effectivelyreduce water molecules cluster size, making aquaculture water activate and also increase water dissolvedoxygen content and improve the penetration of water, soluble and metabolic ability, it has a broad prospectof application in aquaculture water treatment.
(7) In the static aquaculture processing, the functional tourmaline balls (FTB) can not onlysignificantly improve the aquaculture pH value and water dissolved oxygen content (DO value) andreduce the concentration of PO3--4-P、NO2-N and NH_4~+-N in aquaculture water; In dynamic aquacultureprocessing, FTB can greatly reduce JiFu tilapia water in the PO_4~(3-)-P、NO_2~--N and NH_4~+-N concentrations,whose COD value is obviously lower than those of control group and SAD group.
引文
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