[发明专利]一种磁性阳离子水凝胶基复合吸附材料的制备及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料与环境科学与技术领域，尤其是涉及一种磁性阳离子水凝胶基复合吸附材料的制备及其应用。

背景技术

随着社会经济的快速发展，进入水体的无机阴离子污染物种类和数量日益增多，主要有：磷酸根（PO₄^3-）、锑酸盐（SbO₃^-）、砷酸盐（AsO₃^-）、硝酸根（NO₃^-）、氟化物(F^-)等其大多来源于工/农业生产，如：采矿、冶金（制铝）、制药、皮革/橡胶/玻璃/化纤加工、印染、农药/化肥等。有的则主要来源于生活废水，如：洗涤剂、润湿剂、起泡剂、肥皂/药物/个人护理品的使用等。这些阴离子污染物对人体皮肤（铬）、肝脏（硒）、肠胃（硝酸盐）、等具有潜在或显著性毒性，通过生物链积累到一定浓度后便会对动植物产生危害或引起不同程度的水环境问题。例如：长期饮用氟浓度为3-6mg/L的水会引起氟骨病。氟长期积累于人体时能生成CaF₂，造成骨质松脆，牙齿斑釉，韧带钙化等。长期在含锑环境下作业的人员会引发锑慢性中毒，表现为肺功能改变、慢性支气管炎、肺气肿、早期肺结核、胸膜粘连和尘肺病。此外，人体摄入过多的磷酸盐会使体内的钙无法充分吸收、利用，容易引起骨折、牙齿脱落和骨骼变形。而长期摄入含有大量硝酸盐的饮水、蔬菜、粮食等，会使人缺氧中毒，导致头昏、心悸、呕吐等症状。

吸附法是去除无机阴离子污染水体经济高效的方法之一，具有灵活性和操作的便捷性，可适用于多种水质环境，其中，吸附剂是关键因素。近年来，针对水中阴离子的去除，研究较多的有活性炭类材料，金属氧化物及其复合物，生物基材料和离子交换树脂等。水凝胶材料作为一种新型的吸附剂已经引起行业的关注，其具有三维网络结构、高强度和韧性，在吸水后依然可以保持良好的形状；其中阳离子水凝胶可以通过发挥其静电吸附作用而达到对水中无机阴离子的去除。其主要由阳离子型单体构成，通过离子或共价型交联剂交联增殖，形成具有较高表面电荷的大分子水凝胶。其表面通常含有较多的阳离子活性基团，其中以胺基基团为主，在溶液中呈现较高的正电荷特性。

发明专利（CN201410730897.3）公开了一种水凝胶复合材料的制备及在染料污水中应用，主要是通过自由基交联共聚法，将酸化凹凸棒(PS)于丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)共聚，制备出具有大量氨基和磺酸基的水凝胶吸附剂，上述基团增强了该吸附剂的比表面积和识别性能，从而可以工业或生活废水中的吸附孔雀石绿。

发明专利（CN201510134734.3）公开了一种可见光再生的石墨烯基水凝胶吸附剂的制备方法，主要是在氧化石墨烯表面依次负载谷胱甘肽、银离子和磷酸根，从而制备出负载磷酸银的石墨烯基水凝胶吸附剂。该吸附对甲基橙染料的吸附能力得到提高，并可以循环使用。

发明专利（CN201410300672.4）公开了一种重金属离子工业废水处理工艺及装置。其中涉及的吸附塔内的填料为水凝胶吸附材料，可以吸附废水中铅、镍、铬离子，并可以酸洗再生。

在上述水凝胶材料研究中，更多的关注点在于水凝胶表面官能团的改性，如通过负载磺酸基，氨基等，或者负载离子态贵金属，如银离子等，增强对染料的吸附能力。一方面，表面活性官能团数量受限于吸附剂的比表面积、孔隙率等等，难以通过接枝共聚等大量获得，导致其对吸附效果的提升极其有限，另一方面贵金属改性的水凝胶类吸附剂，由于其较高的材料成本，大规模的推广应用受到限制。就水中阴离子污染物的去除而言，很多廉价活性金属离子及其水合氧化物表现出优异的吸附性能，如稀土元素镧、锆、铈对氟离子、磷酸根、硝酸盐的吸附，所涉及机理包括离子/配体交换、表面沉淀/络合等。其吸附特点在于活性金属与阴离子污染物之间的特征专属效应。目前看来，水凝胶吸附剂负载廉价的活性金属的发明尚未涉及，而且针对水中无机阴离子的去除方面应用发明也未见报道。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种磁性阳离子水凝胶基复合吸附材料的制备方法；

本发明的目的之二是将上述磁性阳离子水凝胶基复合吸附材料用于含无机阴离子的饮

用水、污废水或再生水的处理；本发明的目的之三提供磁性水凝胶基复合吸附材料吸附阴离子后的再生处理方法。

本发明的技术方案：