[发明专利]一种磷酸根离子吸附型微凝胶的制备方法和应用

说明书

本发明属于高分子微凝胶及胶体颗粒制备领域，特别涉及一种磷酸根离子吸附型微凝胶及其制备方法。微凝胶因其复杂的网状结构、较大的比表面积和快速的环境响应性能，在金属阳离子吸附方面得到了许多应用，但是在磷酸根阴离子吸附方面的研究少之又少。本发明中，首先合成尺寸为微纳米级的微凝胶颗粒，引入功能性单体，随后用于吸附磷酸根离子。微凝胶中带有功能性基团，并且具有复杂的网络结构，因此，与磷酸根离子之间可以通过分子间作用力或静电力结合。本发明所制得的磷酸根离子吸附型微凝胶对于磷污染的处理有重要意义。

技术领域

本发明属于高分子微凝胶及胶体颗粒制备领域，特别涉及一种磷酸根离子吸附型的微凝胶的制备方法和应用。

背景技术

微凝胶是一种具有交联网状结构的高分子聚合物。因其复杂的网状结构、较大的比表面积和快速的环境响应性能，在重金属阳离子吸附方面得到了许多应用，例如对Hg²⁺、Co²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Pb²⁺等的吸附，但是对其用于吸附磷酸根离子的研究少之又少。

磷作为一种营养元素排入水中，极易导致水体的富营养化。水体富营养化可以造成藻类的快速生长，导致水质降低。此外，生活饮用水中磷过量会影响人体对钙的吸收，不利于人体健康。畜牧业中，畜禽废水营养丰富，磷酸盐的浓度高，广泛应用于农作物；而畜禽废水中的营养成分无法估计，土壤中磷过量会产生磷酸锌等沉淀，使得土壤缺锌，并且过多的磷素营养会使作物的呼吸作用大大增强，从而消耗作物体内贮存的糖分和能量。磷在水环境中主要以无机磷酸根离子的形式存在。因此，去除水体中过量的磷酸根离子具有重要意义。

目前，磷酸根离子的去除方法有生物法、化学沉淀法和吸附法等。生物法和化学沉淀法的费用高，且易产生二次污染，不适合大规模推广。吸附法因其效率高、成本低，且安全环保，被认为是最有前景的磷污染治理方法。对比文件专利CN106824056A公开了一种畜禽废水磷吸附剂及其应用，在400℃～500℃煅烧的膨润土对磷的吸附性能最佳，且2h左右吸附基本达到平衡，在pH为9 时，500℃热改性膨润土对对磷元素的吸附容量最大达到0.70mg/g，但是其要求的吸附条件较为复杂，在无法满足合适条件的情况下，无法获得理想的吸附效果。对比文件专利CN107837788A公开了一种氨基修饰的凤眼蓝生物碳材料、制备方法以及应用，以氨基修饰的凤眼蓝生物碳材料对水中的磷酸根离子进行吸附，对磷元素的最大吸附量为13.2mg/g，其缺点在于制备吸附材料的过程复杂，不适合大规模生产推广。

因此，研究出一种对磷酸根离子有良好吸附效果的材料，高效低成本地解决磷污染问题，对经济发展和环境保护都有着重大的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备方法简单且吸附效果理想的磷酸根离子吸附型微凝胶的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。同时还提供了一种检测所制备的磷酸根离子吸附型微凝胶对磷酸根离子吸附性的方法。

本发明以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)为主要单体、N-烯丙基硫脲(ATU) 作为功能性单体，来制备磷酸根离子吸附型微凝胶。其中NIPAm是一种温敏性的分子，并且带有酰胺基团，ATU是一种末端带双键且含氨基基团和硫脲基团的分子。

本发明提供一种制备磷酸根离子吸附型微凝胶的制备方法，具体工艺如下：

(1)将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)单体、N-烯丙基硫脲(ATU)单体和交联剂分散在溶剂中，并加入促进剂和引发剂，通入N₂并反应，经沉淀聚合得到微凝胶颗粒的分散溶液；

(2)将反应得到的微凝胶颗粒的分散溶液，置于溶剂中用透析袋进行提纯，每隔12h换一次溶剂，即可得到经过提纯的磷酸根离子吸附型微凝胶。