[发明专利]一种用于水体高效除磷的纤维素/聚多巴胺/氢氧化镧复合材料

说明书

本发明公开了一种用于水体高效除磷的纤维素/聚多巴胺/氢氧化镧复合材料。制备该复合材料的原材料包括：纤维素、盐酸多巴胺、六水合硝酸镧、氢氧化钠。通过调控盐酸多巴胺、六水合硝酸镧、氢氧化钠等原料的用量优化复合材料的吸附除磷性能，确定材料制备的最优工艺参数。通过材料除磷性能、稳定性考察及环境影响因素评价突出了材料的实际应用能力。综上，本材料制备工艺简便、条件可控，有助于解决镧基除磷吸附剂吸附容量低、吸附选择性差、金属物种泄漏及回用能力差等问题。本发明不仅为水体除磷复合材料的设计提供一定的理论支撑，同时也具备较强的实际应用潜力。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种用于水体高效除磷的纤维素/聚多巴胺/氢氧化镧复合材料。

背景技术

水体中营养物质特别是磷(P)和氮(N)的富集加速了水体富营养化的过程，导致了全球生态环境的持续恶化。为了严格控制水体中营养物质的富集，我国政府与相关部门明确规定了水体环境中磷的排放标准。根据中国水质标准要求，污水处理厂(WWTPs)二级出水标准中磷的含量不得高于0.5mg/L，这就对水体除磷技术提出了更高的要求。目前，应用较为广泛的水体除磷技术主要包括厌氧/好氧生物降解、电化学、膜过滤和吸附等。这其中，吸附是最简便、高效和经济的技术之一。而作为吸附过程的核心所在，吸附材料的开发尤为重要，特别是性能优异、稳定性好且成本低廉的新型吸附材料有望推动吸附技术在水体除磷领域的进一步发展与应用。

根据现有文献报道，镧(La)可以与水中的磷酸根配位生成磷酸镧化合物，进而高效去除水体环境中的无机磷。然而，直接利用氢氧化镧(La(OH)₃)为吸附材料效率较低，且其颗粒极易发生团聚等现象；大量以无机材料为基材的负载型镧基吸附材料能够有效的避免颗粒的团聚，但其仍无法避免金属物种流失带来的二次污染问题。研究表明，利用有机聚合物设计的镧基吸附材料对磷的吸附容量较高，且能够有效提升其在吸附过程的稳定性，但其高昂的成本及复杂的工艺制约着其在水体除磷领域的大规模推广应用。此外，现阶段采用的有机聚合物大多无法被环境自然降解，会造成水体环境二次污染。因此，设计、制备一类成本低廉、工艺简便及性能稳定的环境友好型镧基吸附材料有望打破其在水体除磷领域的应用瓶颈。

作为一种成本低廉、来源广泛的高分子生物质材料，纤维素材料已经被证实为负载型材料的优异模板。以细菌纤维素(BC)为例，其拥有化学纯度高、表面富含羟基及优异的生物相容性等特点，在水处理功能材料的研发领域拥有巨大的实际应用前景。申请人前期的工作直接将氢氧化镧沉积于细菌纤维素表面，结果表明吸附容量较低且无法避免镧物种的流失。而根据文献报道，聚多巴胺(PDA)可以通过共价键或非共价键的作用吸附金属纳米颗粒，进而提升其在应用过程中的稳定性。因此，在细菌纤维素/氢氧化镧复合材料中引入多巴胺有望提升其对磷的吸附容量及吸附速率，强化材料的稳定性，并具备大规模推广应用的潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于水体高效除磷的纤维素/聚多巴胺/氢氧化镧复合材料。

实现本发明目的采用如下技术方案：

一种纤维素/聚多巴胺/氢氧化镧复合材料，其中，纤维素以细菌纤维素为例，该制备方法为：在细菌纤维素表面原位聚合聚多巴胺材料，随后在其表面原位沉积氢氧化镧纳米颗粒。

具体包括以下步骤：

步骤1，配制盐酸多巴胺溶液中，超声溶解，随后称取纤维素浸入溶液中，超声分散；

步骤2，在步骤1溶液中加入三羟甲基氨基甲烷调节溶液pH至8.5，并将其置于恒温摇床中振荡，随后将样品取出经乙醇与水多次洗涤，冷冻干燥得到纤维素/聚多巴胺复合材料；

步骤3，称取纤维素/聚多巴胺复合材料和六水合硝酸镧分散于乙醇-水混合溶液中，超声30min；

步骤4，随后在步骤3中的溶液中缓慢加入氢氧化钠溶液，以25℃，300rpm搅拌4h，得到纤维素/聚多巴胺/氢氧化镧复合材料。