水体富营养化引起水华藻类污染已经成为水环境保护面临的严峻问题。蓝藻大量繁殖使水体透明度降低并产生藻毒素对饮用水安全、渔业、养殖业等产生严重威胁。水华爆发的基本条件是氮、磷营养元素的增加,由此导致藻类死亡,水体中有机物的浓度升高。因此,在除藻过程中,找到一种既能从源头去除氮、磷又能在细胞死亡后避免水体二次污染的新技术,是近年来环境保护的趋势。水滑石是粘土矿物中为数不多的表面带正电荷的吸附剂,具有独特的层状结构和性能,具有“结构记忆效应”,对阴离子污染物具有良好的吸附性能。磁铁矿由于来源广泛,价格低廉及易于回收利用而被许多学者广泛研究。因此,基于资源综合利用和源头控制原则,利用水滑石的高吸附性能及磁铁矿的易于回收利用等性能,本文采用共沉淀法将磁铁矿与水滑石形成复合材料,并将其应用于水华水体中氮、磷、腐殖酸及藻细胞等表面带负电荷污染物的吸附去除,以达到彻底治理水华的目的。本论文主要的研究内容如下:(1)通过共沉淀法合成磁铁矿/水滑石复合材料,并通过X射线衍射仪(XRD)、红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)等表征方法,分析磁铁矿、水滑石及其复合材料的形貌、结构特征,研究复合前后磁铁矿、水滑石形貌及结构的变化。在此基础上,分析磁铁矿、水滑石两者复合的机理。结果表明,磁铁矿和水滑石之间发生了相互作用,但不影响单一组分的结构特性;XPS图谱表明,Fe-HT中既含有水滑石全谱中Mg、Al、O元素,也含有磁铁矿全谱中Fe元素,说明实验成功合成了Fe-HT。(2)通过不同制备方法、煅烧温度、金属摩尔比等因素研究了水滑石对氮的吸附性能的影响,选择了最佳条件下的水滑石材料进行后续吸附实验;通过探究水滑石对不同初始浓度的氮、磷、腐殖酸的吸附性能影响及吸附动力学等温线方程,初步研究了水滑石的吸附机理;结果表明,水滑石对初始浓度为2~12 mg/L的氮均具有良好的吸附效果;煅烧对水滑石前期吸附磷的过程有影响,对最终吸附结果无明显影响,水滑石对水华条件下浓度为1~6 mg/L的磷均具有良好的去除效果;煅烧水滑石对腐殖酸的吸附能力明显优于未煅烧水滑石,水滑石对浓度为2.5~15 mg/L的腐殖酸均具有良好的吸附效果;水滑石对氮、磷的吸附行为符合准二级动力学、Langmuir吸附等温线模型,水滑石对腐殖酸的吸附行为符合准二级动力学、Freundlich吸附等温线模型,当氮、磷、腐殖酸最大初始浓度分别为12、6、15 mg/L时,理论单层最大吸附量Q0分别为10.183、10.649、24.272 mg/g。同时,通过重复吸附磷实验探究了水滑石的循环利用性能,发现在水滑石循环利用过程中可通过对吸附多次后的水滑石进行煅烧来扩大其吸附容量。(3)通过水滑石与复合材料对氮、磷、腐殖酸的吸附效率对比,研究了水滑石与磁铁矿复合前后对氮、磷、腐殖酸的吸附性能影响,结果表明,水滑石复合后对氮、磷、腐殖酸的吸附效果略有降低,但影响不大;研究了氮、磷、腐殖酸三者共存条件下对复合材料吸附效果的影响;同时,通过不同浓度的氮、磷、腐殖酸对复合材料的吸附性能及动力学等温线方程,初步研究了复合材料的吸附机理;结果表明,复合材料吸附氮、磷、腐殖酸的动力学及吸附等温线分析结果与水滑石吸附结果基本一致,说明共存离子的加入及水滑石与磁铁矿复合前后对复合材料吸附的动力学及吸附等温线结果均无明显影响。(4)以水华优势藻种铜绿微囊藻为研究对象,研究了不同藻浓度、搅拌时间、腐殖酸浓度等因素对复合材料除藻性能的影响,在除藻过程中,采用电子显微镜观察了复合材料对藻细胞的捕集效果,同时探究了复合材料对氮、磷及腐殖酸的吸附效果。结果表明,复合材料吸附藻细胞的最佳搅拌时间为3.0 h,复合材料既适合低浓度藻类的去除,也适合高浓度藻类的去除,同时,复合材料除藻在低浓度和高浓度腐殖酸的环境条件下,均具有良好的除藻效果,复合材料对藻细胞具有良好的捕获作用;在水华水体中,复合材料对藻细胞、氮、磷、腐殖酸均有良好的去除效率。(5)通过测定了复合材料在水溶液中Fe、Mg和Al的溶出量,为复合材料作为新型阴离子吸附剂所具备的环境友好性能提供了依据,通过两次回收复合材料用于藻细胞吸附实验,探究了复合材料的循环利用性能。结果表明,复合材料除藻可以保证材料的环境友好性能,避免产生二次污染;随着复合材料循环次数的增加,吸附的吸附率缓慢降低,但复合材料除藻沉降120 min的去除率仍可达到85%以上,说明回收后复合材料的性能可以恢复,循环利用性能好。