用于海洋生态修复的OSP-HA基涂层的制备及微藻粘附性能研究

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由于工业废水排放和海洋水产养殖等人类活动造成了一定程度的污染,海水中的富营养化问题时有发生。海洋经济是国家最重要的经济组成部分之一,可持续健康发展的海洋生态有利于海洋经济的快速增长,因此寻求一种有效、低成本的方法来修复海洋生态变得尤为重要。微藻具有环境适应能力强、光合作用效率高、生长周期短等优点,可以高效吸收富营养化海水中的氮和磷等物质,从而降低海水富营养化程度。微藻倾向于附着并生长在具有表面结构的粗糙表面上,而通过调整热喷涂工艺,可以构建适宜微藻生长的表面结构,并且热喷涂技术经济成本低,可大规模应用,这使得该技术应用到微藻粘附、解决海水富营养化问题成为了可能。基于以上实际情况,本论文以悬浮液火焰喷涂技术为基础,通过对悬浮液溶剂类型、悬浮液喷涂压力、粉末比例等参数进行调整,制备了聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、羟基磷灰石(HA)、牡蛎壳粉(Oyster shell powder,简称OSP)、PLA/OSP和PCL/HA等一系列具备不同表面结构和粗糙度的涂层,并对这些涂层的微藻粘附性能进行了研究。以小球藻作为典型的海洋附着藻类,通过微藻贴附实验得出了小球藻在PLA涂层、OSP涂层和PLA/OSP复合涂层表面的贴附率。利用3D光学轮廓仪和SEM等对涂层材料表面结构、粗糙度表征,观察微藻在涂层表面贴附形貌,对微藻附着机理进行探究。结果表明,经过7天的贴附后,OSP涂层、PLA涂层、PLA/10wt.%OSP涂层和PLA/20wt.%OSP涂层表面小球藻贴附率分别为1.80%、6.98%、5.62%和6.68%。为了更进一步的提高样品表面的粗糙度从而提高小球藻的贴附量,本文采用400目砂纸对涂层表面处理,PLA涂层和PLA/OSP复合涂层具有凹槽结构。与处理前相比,处理后PLA/20wt.%OSP涂层的粗糙度提升了9.91倍。随后经过7天的小球藻贴附实验,结果表明400目处理的PLA/20wt.%OSP涂层的微藻贴附率达到了37.6%,与砂纸粗化处理之前对比提高了5.63倍。与PCL涂层相比,PCL/HA涂层具有明显的多孔结构。随着悬浮液中HA质量比例的增加,PCL/HA涂层的孔隙率随之提高。小球藻在PCL、HA和PCL/HA涂层表面贴附7天后,结果表明PCL/30wt.%HA涂层具有最高的小球藻贴附率,为69.8%。与单纯的PCL涂层相比,PCL/30wt.%HA复合涂层表面具有多孔结构。并且随着HA含量的增加,粗糙度也随之被调节,且涂层粗糙度与贴附率呈正相关性。针对海洋生态修复问题,通过悬浮液火焰喷涂制备了保留了碳酸钙相的PLA/OSP复合涂层,以及具有多孔结构的PCL/HA复合涂层,并探讨了PLA/OSP复合涂层和PCL/HA复合涂层的微藻粘附性能,以及涂层表面结构影响微藻粘附行为的机制,为海洋修复材料及其热喷涂技术开发提供了新的思路和基础实验数据。
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