一种用于回收水中磷的凝胶、其制造方法及应用技术

本发明专利技术属于废水处理及高分子材料领域，并公开了一种用于回收水中磷的凝胶的制造方法，包括以下步骤：1)将聚乙烯醇完全溶解于水中形成溶液Ⅰ；将海藻酸钠完全溶解于去离子水中形成溶液Ⅱ，将氢氧化镧完全溶解于水中形成溶液Ⅲ，然后将溶液Ⅰ、溶液Ⅱ和溶液Ⅲ混合形成混合液Ⅰ；2)将得到的混合液Ⅰ加入混合液Ⅱ中，以让聚乙烯醇和海藻酸钠交联反应形成聚合物互穿网络结构并使氢氧化镧包埋在聚合物互穿网络结构中，从而获得凝胶；3)将得到的凝胶用去离子水反复冲洗。本发明专利技术利用海藻酸钠的易成球性、聚乙烯醇的稳定性和氢氧化镧对磷的亲和性，通过将氢氧化镧包埋入聚乙烯醇和海藻酸钠的共聚物中，制得一种环境友好型回收磷的材料。

Gel for recovering phosphorus in water, preparation method and application thereof

The invention belongs to the field of wastewater treatment and polymer material, and discloses a method for manufacturing the recovery of phosphorus in water gel, which comprises the following steps: 1) polyvinyl alcohol completely dissolved in water to form a solution of sodium alginate; completely dissolved in deionized water to form solution of lanthanum hydroxide will be completely dissolved in water to form a solution of then, the solution I, II and III mixed solution solution to form a mixture of; 2) will get mixed liquor I added mixture II, so that the polyvinyl alcohol and sodium alginate crosslinking reaction to form interpenetrating polymer network structure and the lanthanum hydroxide encapsulated in an interpenetrating polymer network structure, so as to obtain gel; 3) will be repeatedly washed with deionized water gel. The invention uses sodium alginate is easy and stability of lanthanum hydroxide, polyvinyl alcohol on phosphorus affinity, the copolymer of lanthanum hydroxide embedded in polyvinyl alcohol and sodium alginate, prepared a kind of environmentally friendly phosphorus recovery materials.

【技术实现步骤摘要】
一种用于回收水中磷的凝胶、其制造方法及应用
本专利技术属于废水处理及高分子材料领域，更具体地，涉及一种用于回收水中磷的凝胶、其制造方法及应用。
技术介绍
近年来，农业径流、工业废水和市政污水的大量排放导致水体中磷含量过高，水体中过高的磷是水体富营养化和水华等现象发生的主要原因。同时磷也是生命活动所必须的元素之一，工农业对磷的消耗也是逐年递增。但进入水体中的磷很难再回收回到陆地上而实现磷循环，自然界中可利用的如磷矿石等磷资源也是不可再生的。除磷的方法有多种，根据反应机理可以分为化学法、生物法和吸附法。化学法中应用较多的为化学沉淀法、离子交换法和膜分离法。化学沉淀法因成本低、除磷效果好、运行稳定和操作简单等优点而得到广泛应用，但投加化学药剂会使废水pH增加，从而产生较多水垢，影响工艺的运行安全，同时生成化学沉淀也代表产生大量的化学污泥，化学污泥相比于生物污泥更难处理。离子交换法也因交换容量低，即除磷的效果较差以及材料树脂有毒等缺点应用受到限制，膜分离法除磷的选择性较好，但运行费用昂贵，耗电量大。生物法是利用除磷菌在好氧条件下吸收磷，厌氧条件下释放磷而达到除磷的目的，生物法除磷效率较高且操作简单、运行费用低，但工艺运行稳定性差，运行效果受温度、pH、进水有机物浓度等影响较大，且化学法和生物法适合于处理含磷浓度较高(几千至几百mg/L)的废水，当用于处理含磷浓度较低的废水时，处理成本较高且效率低下。最重要的是，一般处理方法只是将磷从污水中转移到污泥中，容易造成二次污染，且并没有从根本上解决磷污染以及磷资源匮乏的问题。稀土金属对磷有良好的亲和力，其中，镧价格相对较低，且镧氧化物的零点电位高于其他吸附剂，这些优点使得镧开始应用于水处理中。但镧氧化物为粉末状，直接应用于水处理中存在难以操作和回收等问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用于回收水中磷的凝胶、其制造方法及应用，其目的在于利用海藻酸钠的易成球性、聚乙烯醇的稳定性和氢氧化镧对磷的亲和性，通过将氢氧化镧包埋入聚乙烯醇和海藻酸钠的共聚物中，制得一种环境友好型回收磷的材料。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于回收水中磷的凝胶的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将聚乙烯醇完全溶解于水中形成溶液Ⅰ；将海藻酸钠完全溶解于去离子水中形成溶液Ⅱ，将氢氧化镧完全溶解于水中形成溶液Ⅲ，然后将溶液Ⅰ、溶液Ⅱ和溶液Ⅲ混合形成混合液Ⅰ，其中，混合液Ⅰ中聚乙烯醇、海藻酸钠和氢氧化镧的质量比为2～4:1～2:1；2)将得到的混合液Ⅰ加入混合液Ⅱ中，其中混合液Ⅱ中含2％～4％质量分数的硼酸和1％～3％质量分数的AlCl3，或者混合液Ⅱ中含2％～4％质量分数的硼酸和1％～3％质量分数的FeCl3，以让聚乙烯醇和海藻酸钠交联反应形成聚合物互穿网络结构并使氢氧化镧包埋在聚合物互穿网络结构中，从而获得凝胶，其中交联反应的时间为10小时～14小时；3)将得到的凝胶用去离子水反复冲洗，然后在去离子水中浸泡1小时～3小时后取出。按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种用于回收水中磷的凝胶，其特征在于，采用权利要求1所述的制造方法制得。按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种水中除磷方法，其特征在于，采用权利要求2所述的凝胶在水中除磷。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1)凝胶是一种三维网状结构材料，良好溶胀性使其成为一种良好的吸附剂，将氢氧化镧包埋到具有互穿网络结构的凝胶中，能提高凝胶对磷的吸附能力，聚乙烯醇和海藻酸钠是医药和水处理中常用的包埋剂，海藻酸钠是从褐藻中提取出来的天然生物材料，具有良好的成模性、生物相容性、可生物降解性和无毒性，分子内丰富的COO-使海藻酸钠易于成球和去除污染物，同时加入聚乙烯醇能够增强凝胶的机械强度和化学稳定性，利用海藻酸钠和聚乙烯醇形成的凝胶为载体来除磷使吸附剂易于从水中分离。2)该凝胶可用作回收磷的吸附剂，达到回收和控制水体磷污染问题的效果，而该凝胶在废水中磷的浓度较低的条件下，对磷有较高的去除率，同时，该凝胶可以通过吸附解析达到重复利用的效果，属于环境友好型材料，且制备过程简单，易于实现工业化生产。附图说明图1是本专利技术实施例1合成凝胶的红外光谱图；图2(a)、图2(b)是本专利技术实施例1合成凝胶吸附磷前后的扫描电镜图；图3(a)、图3(b)是本专利技术实施例1合成凝胶吸附前后X射线光电子能谱仪图；图4是本专利技术实施例1的凝胶聚合物吸附解析重复利用图；具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。实施例11)称取4.0g聚乙烯醇(PVA)溶于水中，机械搅拌并水浴加热形成溶液Ⅰ，称取2.0g海藻酸钠(SA)溶于48mL去离子水中并磁力搅拌形成溶液Ⅱ，称取1.0g氢氧化镧溶于49ml的水中并磁力搅拌形成溶液Ⅲ，然后将优选地，氢氧化镧在搅拌时将其超声1小时后再继续搅拌；然后将溶液Ⅰ、溶液Ⅱ和溶液Ⅲ混合，机械搅拌至完全混合，形成混合液Ⅰ；2)将所得的混合液Ⅰ加到含4wt％的硼酸和3wt％AlCl3的混合液Ⅱ中交联10小时；3)将得到的凝胶用去离子水反复冲洗，浸泡2小时，以去除未反应完全的单体及少量杂质等。实施例21)称取2.0g聚乙烯醇(PVA)溶于水中，机械搅拌并水浴加热形成溶液Ⅰ，称取1.0g海藻酸钠(SA)溶于49mL去离子水中并磁力搅拌形成溶液Ⅱ，称取1.0g氢氧化镧溶于49ml的水中并磁力搅拌形成溶液Ⅲ，然后将优选地，氢氧化镧在搅拌时将其超声1小时后再继续搅拌；然后将溶液Ⅰ、溶液Ⅱ和溶液Ⅲ混合，机械搅拌至完全混合，形成混合液Ⅰ；2)将所得的混合液Ⅰ加到含2wt％的硼酸和1wt％AlCl3的混合液Ⅱ中交联14小时；3)将得到的凝胶用去离子水反复冲洗，浸泡1小时，以去除未反应完全的单体及少量杂质等。实施例31)称取3.5g聚乙烯醇(PVA)溶于水中，机械搅拌并水浴加热形成溶液Ⅰ，称取1.5g海藻酸钠(SA)溶于48.5mL去离子水中并磁力搅拌形成溶液Ⅱ，称取1.0g氢氧化镧溶于49ml的水中并磁力搅拌形成溶液Ⅲ，然后将优选地，氢氧化镧在搅拌时将其超声1小时后再继续搅拌；然后将溶液Ⅰ、溶液Ⅱ和溶液Ⅲ混合，机械搅拌至完全混合，形成混合液Ⅰ；2)将所得的混合液Ⅰ加到含3wt％的硼酸和2wt％AlCl3的混合液Ⅱ中交联12小时；3)将得到的凝胶用去离子水反复冲洗，浸泡至3小时，以去除未反应完全的单体及少量杂质等。实施例4采用FeCl3代替实施例1的步骤2)中的AlCl3，其它步骤一致。实施例5采用FeCl3代替实施例2的步骤2)中的AlCl3，其它步骤一致实施例6采用FeCl3代替实施例3的步骤2)中的AlCl3，其它步骤一致性能测试方法取质量m为0.05g合成的凝胶于50mL的小塑料瓶中，向其中加入体积V为50mL初始磷浓度C0为25mg/L、pH为4的KH2PO4溶液，放入恒温振荡器中以120r/min的转速震荡24h，反应温度为25℃，吸附结束后，测量反应后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于回收水中磷的凝胶的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将聚乙烯醇完全溶解于水中形成溶液Ⅰ；将海藻酸钠完全溶解于去离子水中形成溶液Ⅱ，将氢氧化镧完全溶解于水中形成溶液Ⅲ，然后将溶液Ⅰ、溶液Ⅱ和溶液Ⅲ混合形成混合液Ⅰ，其中，混合液Ⅰ中聚乙烯醇、海藻酸钠和氢氧化镧的质量比为2～4:1～2:1；2)将得到的混合液Ⅰ加入混合液Ⅱ中，其中混合液Ⅱ中含2％～4％质量分数的硼酸和1％～3％质量分数的AlCl

【技术特征摘要】
1.一种用于回收水中磷的凝胶的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将聚乙烯醇完全溶解于水中形成溶液Ⅰ；将海藻酸钠完全溶解于去离子水中形成溶液Ⅱ，将氢氧化镧完全溶解于水中形成溶液Ⅲ，然后将溶液Ⅰ、溶液Ⅱ和溶液Ⅲ混合形成混合液Ⅰ，其中，混合液Ⅰ中聚乙烯醇、海藻酸钠和氢氧化镧的质量比为2～4:1～2:1；2)将得到的混合液Ⅰ加入混合液Ⅱ中，其中混合液Ⅱ中含2％～4％质量分数的硼酸和1％～3％质量分数的AlCl3，或者混合液Ⅱ中...

【专利技术属性】
技术研发人员：周爱姣，朱畅，陶涛，罗凡，冯晓楠，陈王伟，李崇武，廖磊，杨正委，熊斌，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42