[发明专利]一种溶解性无机磷、砷吸附膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种溶解性无机磷、砷吸附膜的制备方法，适用于薄膜扩散梯度技术测定水中溶解性无机磷和砷，属于分析化学、环境科学领域。

背景技术

磷是生物必需的三大营养元素之一。水体中磷过量会引起水体富营养化，导致水中藻类过度繁殖，破坏水体的生态平衡，威胁人类的生命安全。无机砷(三价砷和五价砷)具有致畸、致癌或致突变效应，长期饮用砷污染的水会引起皮肤色素代谢异常及多种疾病的发生。因此，发展新的采样、测定技术对水中溶解性无机磷、砷进行监测对保护生态环境和人类生命安全具有重要意义。

薄膜扩散梯度技术(Diffusive Gradients in Thin Films，DGT)是一种原位采样、测量技术，该技术由英国兰卡斯特大学David Williams等人于1994年提出，用于可溶性金属离子的测定。DGT装置主要由外壳、扩散膜、吸附膜构成。溶液中的离子经扩散穿过扩散膜到达吸附膜，与吸附膜上的吸附位点结合。当扩散达到稳定状态后，吸附膜内累积的离子质量符合Fick扩散定律。

当吸附膜表面离子浓度(C)为零时，吸附膜内累积的离子质量M与溶液本体离子浓度(C₀)成正比。因此，要保证C为零，吸附膜对离子的吸附速率必须大于离子在扩散膜内的扩散速率。

DGT测定金属离子时主要使用离子交换树脂膜。目前，用于溶解性无机磷、砷测定的吸附膜有氧化铁、巯基硅胶、二氧化钛和氧化锆(Zr-oxide)等吸附材料形成的凝胶膜(Zhang H,et al.,Anal.Chim.Acta,1998,370:29-38；Bennett W.W,et al.,Anal.Chem.2011,83:8293～8299；Panther J.G,et al.Environ.Sci.Technol.,2010,44:9419-9424；Ding S,et al.Environ.Sci.Technol.,2010,44:8169-8174；Bennett W.W,et al.Anal.Chem.,2010,82:7401-7407；Sun Q,et al.Anal.Chem.,2014,86:3060-3067)。其制备方法是把氧化铁、巯基功能化硅胶、二氧化钛和氧化锆等吸附材料分散在热丙烯酰胺溶液中，冷却后形成凝胶制成吸附膜。吸附材料粒径较大时，吸附材料在聚丙烯酰胺胶中分布不均匀；此外，由于吸附材料与丙烯酰胺溶液之间存在密度差异，在成凝胶过程中材料发生沉降而在分层。中国专利申请号201310689076.5公布了一种利用聚丙烯酰胺水凝胶直接吸附锆离子制备吸附膜的方法。基于物理吸附作用制备的锆凝胶膜在使用时可能会存在锆离子的流失，此外洗脱时锆离子可能会进入洗脱液中，影响后续的仪器测定。因此，研究新型吸附膜对于发展DGT测定溶解性无机磷、砷的新方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种溶解性无机磷、砷吸附膜的制备方法。该方式是将二氧化铈纳米粒子分散在丙烯酰胺溶液中，通过丙烯酰胺的聚合反应将纳米粒子均匀固定在聚丙烯酰胺胶内。制备的吸附膜用于DGT测定水中溶解性无机磷、砷。

本发明的技术方案：

一种溶解性无机磷、砷吸附膜的制备方法，步骤如下：

用去离子水配置含15wt.％丙烯酰胺和1wt.％N,N-亚甲基双丙烯酰胺的聚合前体溶液，将二氧化铈纳米粒子加入至聚合前提溶液中，超声分散均匀；按与聚合前体溶液体积比为1/54和1/180分别加入10wt.％过硫酸铵和四甲基乙二胺，混合均匀后，注入夹有U形薄片槽的两块玻璃板中，排出气泡后，将玻璃板水平放置室温下保持30分钟，打开玻璃板，取出凝胶膜；在去离子水中浸泡24h去除未反应的试剂，将凝胶膜切成直径2.5cm制成吸附膜。

所述的二氧化铈纳米粒子与聚合前体溶液的质量比为5％～20％。

所述的二氧化铈纳米粒子的直径小于1微米。

所述吸附膜的厚度为0.2～0.8mm。

本发明的有益效果：

1.本发明使用氧化铈纳米材料制备溶解性无机磷、砷吸附膜。含铈的化合物主要用作催化剂，也有报道将氧化铈作为吸附剂使用，但未见有二氧化铈作为DGT吸附膜的报道。该吸附膜可以代替已经报道的氧化铁膜、二氧化钛膜和二氧化锆膜，用于DGT测定溶解性无机磷、砷。

2.该吸附膜对无机磷、砷的吸附容量大，不容易饱和，可以延长DGT的采样时间，获得更低的检测灵敏度。

3.该吸附膜制备方法简单，重复性好，吸附膜在溶液中可长时间保存。

附图说明