[发明专利]一种用于回收水中磷的凝胶、其制造方法及应用

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明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，按照本发明的一个方面，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。

按照本发明的另一个方面，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。