CN113101895A - 海藻酸钠/锆水凝胶材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种海藻酸钠/锆水凝胶材料及其制备方法和在磷去除中的应用。该方法包括将海藻酸钠溶液滴入氯化锆溶液中，滴定成球，再经过交联处理，得到海藻酸钠/锆水凝胶材料。分别采用在恒温摇床中震荡的方式和机械搅拌的方式，静态除磷，结果表明所述海藻酸钠/锆水凝胶材料可高效吸附水中的磷。

Description

海藻酸钠/锆水凝胶材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及材料工程与环境工程技术领域，具体涉及一种海藻酸钠/锆水凝胶材料及其制备方法和应用。
背景技术
磷是一种营养污染物，同时也是水环境中大部分有机生物赖以生存以及肥料生产所需且不可再生的资源。当过量含磷污水直接排入受纳水体会造成富营养化，导致水质恶化。
由于吸附法具有成本低廉、工艺简便、易于操作及较高的磷去除率等优点，利用吸附技术实现污水中磷的去除和回收利用成为研究热点。近年来已开发了多种新型除磷吸附剂，包括氧化锆/氢氧化锆、膨润土等。然而这种粉状吸附剂的应用受到从液体中回收困难的限制。为了克服这个缺点，我们通过在氯化锆溶液中固化制备了由海藻酸钠和氯化锆组成的水凝胶。
发明内容
为了克服上述现有去除技术的不足，本发明提供了一种操作简单、环境友好的海藻酸钠/锆水凝胶材料的制备方法，制备的海藻酸钠/锆水凝胶材料可用于降解磷污染物。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一方面，本发明提供了一种海藻酸钠/锆水凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：
将海藻酸钠溶液与氯化锆溶液混合，得到水凝胶；
洗涤所述水凝胶，然后置于去离子水中，加入交联剂，在室温下交联得到所述海藻酸钠/锆水凝胶材料。
在一些实施例中，海藻酸钠溶液的浓度为16-30g/L，例如20g/L或25g/L。
在一些实施例中，氯化锆溶液的浓度为0.25-0.75mol/L。
在一些实施例中，将氯化锆溶液的pH调节至0.5-3，例如1、或2。
在一些实施例中，海藻酸钠与氯化锆的质量比为1∶8-1∶44，例如1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35或1∶40。
在一些实施例中，所述交联剂为戊二醛溶液，交联时间为16-36h，例如20h、24h、28h或32h。
另一方面，本发明还提供了一种利用所述制备方法制备的海藻酸钠/锆水凝胶材料。
又一方面，本发明还提供了一种利用所述海藻酸钠/锆水凝胶材料处理含磷废水的方法。
在一些实施例中，所述方法包括将所述海藻酸钠/锆水凝胶材料加入到含磷废水中，在搅拌或震荡下处理10-48h(例如15h、20h、24h、28h、32h、36h、40h或44h)。
在一些实施例中，所述方法还包括将含磷废水的pH调节至2-11，优选为2-7，更优选为2-4。
与现有技术相比，本发明的海藻酸钠/锆水凝胶材料及其制备方法具有以下突出特点和有益效果：
本发明海藻酸钠/锆水凝胶材料的制备方法简单，反应条件温和，且成本较低。制备的海藻酸钠/锆水凝胶材料能够显著提高对磷酸盐的吸附能力，可用于各种含磷废水的处理中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中磷酸盐除去率随时间变化情况；
图2为本发明实施例中磷酸盐除去率随pH值变化情况；
图3为本发明对比例中不同水凝胶材料的磷酸根吸附量。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
若无特别说明，本发明实施例中，所用原料和仪器均为市售。所得降解效果的数据均是两次以上重复实验的平均值。
实施例1：海藻酸钠/锆水凝胶材料的制备
一种海藻酸钠/锆水凝胶材料，其具体制备过程如下：
称取0.8g海藻酸钠置于去50mL离子水中，机械搅拌4h至海藻酸钠完全溶解，制得海藻酸钠溶液；
称取23.304g氯化锆和浓度为37％盐酸溶液15mL溶于去离子水中，制得0.25mol/L的氯化锆溶液，pH值为3；
将海藻酸钠溶液逐滴滴入氯化锆溶液中，制得水凝胶；
将水凝胶洗涤10次，去除多余的氯化锆，置于去100mL离子水中，加入12mL4％戊二醛溶液室温交联24h，制得海藻酸钠/锆水凝胶。
实施例2：海藻酸钠/锆水凝胶材料的制备
一种海藻酸钠/锆水凝胶材料，其具体制备过程如下：
称取1.5g海藻酸钠置于去50mL离子水中，机械搅拌4h至海藻酸钠完全溶解，制得海藻酸钠溶液；
称取34.956g氯化锆和浓度为37％盐酸溶液15mL溶于去离子水中，制得0.75mol/L氯化锆溶液，pH值为0.5；
将海藻酸钠溶液逐滴滴入氯化锆溶液中，制得水凝胶；
将水凝胶洗涤10次，去除多余的氯化锆，置于去100mL离子水中，加入12mL4％戊二醛溶液室温交联36h，制得海藻酸钠/锆水凝胶。
实施例3：海藻酸钠/锆水凝胶材料的制备
在该实施例中，氯化锆溶液为0.5mol/L，pH值为1。海藻酸钠与氯化锆的质量比为1∶8，交联时间为16h。其余条件与实施例1相同。
实施例4：海藻酸钠/锆水凝胶材料的制备
在该实施例中，氯化锆溶液为0.5mol/L，pH值为2。海藻酸钠与氯化锆的质量比为1∶44，交联时间为20h。其余条件与实施例1相同。
实施例5：海藻酸钠/锆水凝胶材料对磷酸盐的吸附
该实施例利用实施例1中制备的海藻酸钠/锆水凝胶材料吸附磷酸盐，其具体步骤如下：将0.12g海藻酸钠/锆水凝胶加入到300mL的PO4 3-浓度为50mg/L的磷酸二氢钠溶液中将pH分别调至3、5、7，在转速为300r/min的机械搅拌器中搅拌，间隔一定时间(3、5、10、30、60、90、120、240、480、720、1440、2160、2880min)取7mL样品进行过滤。
用离子色谱测定磷酸根的剩余浓度，如图1所示，经48h的吸附，海藻酸钠/锆水凝胶对磷酸根的吸附趋于平衡。
实施例6：pH对海藻酸钠/锆水凝胶材料吸附磷酸盐的影响
将实施例2中制备的0.01g海藻酸钠/锆水凝胶加入到25mL的PO4 3-浓度为50mg/L的磷酸二氢钠溶液中将pH分别调至2、3、4、5、7、9、11，在转速为150r/min的恒温摇床中震荡，48h后取7mL样品进行过滤。
用离子色谱测定磷酸根的剩余浓度，如图2所示，pH＝3的条件下海藻酸钠/锆水凝胶对PO4 3-吸附率大于97％，pH＝11条件下海藻酸钠/锆水凝胶对PO4 3-吸附率约为44％左右。
对比例
利用相同的方法制备了海藻酸钠/铁、海藻酸钠/钙、海藻酸钠/镧水凝胶。将0.01g水凝胶加入到25mL的PO4 3-浓度为50mg/L的磷酸二氢钠溶液中，在转速为150r/min的恒温摇床中震荡，24h后取7mL样品进行过滤。
用离子色谱测定其对磷酸根吸附量，如图3所示。可以发现，海藻酸钠/锆水凝胶对磷酸根的吸附量远大于海藻酸钠/铁、海藻酸钠/钙、海藻酸钠/镧水凝胶，本发明制备的海藻酸钠/锆水凝胶在含磷废水的处理中有着广泛的应用前景。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种海藻酸钠/锆水凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：
将海藻酸钠溶液与氯化锆溶液混合，得到水凝胶；
洗涤所述水凝胶，然后置于去离子水中，加入交联剂，在室温下交联得到所述海藻酸钠/锆水凝胶材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，海藻酸钠溶液的浓度为16-30g/L，例如20g/L或25g/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，氯化锆溶液的浓度为0.25-0.75mol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，将氯化锆溶液的pH调节至0.5-3，例如1或2。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，海藻酸钠与氯化锆的质量比为1∶8-1∶44，例如1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35或1∶40。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述交联剂为戊二醛溶液，交联时间为16-36h，例如20h、24h、28h或32h。
7.一种利用权利要求1-6任一项所述制备方法制备的海藻酸钠/锆水凝胶材料。
8.一种利用权利要求7所述海藻酸钠/锆水凝胶材料处理含磷废水的方法，所述方法包括将所述海藻酸钠/锆水凝胶材料加入到含磷废水中，在搅拌或震荡下处理10-48h(例如15h、20h、24h、28h、32h、36h、40h或44h)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述方法还包括将含磷废水的pH调节至2-11，优选为2-7，更优选为2-4。
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