[發(fā)明專利]一種溶解性無機(jī)磷、砷吸附膜的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711111207.6
• 申請(qǐng)日: 2017-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN107930608A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚峰;姜曉;陳景文;任蘇瑜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/291
• 分類號(hào): B01J20/291;B01J20/30
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心21200
• 代理人: 溫福雪,侯明遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了一種溶解性無機(jī)磷、砷吸附膜的制備方法，適用于薄膜擴(kuò)散梯度技術(shù)測(cè)定水中溶解性無機(jī)磷和砷，屬于分析化學(xué)、環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

磷是生物必需的三大營(yíng)養(yǎng)元素之一。水體中磷過量會(huì)引起水體富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致水中藻類過度繁殖，破壞水體的生態(tài)平衡，威脅人類的生命安全。無機(jī)砷(三價(jià)砷和五價(jià)砷)具有致畸、致癌或致突變效應(yīng)，長(zhǎng)期飲用砷污染的水會(huì)引起皮膚色素代謝異常及多種疾病的發(fā)生。因此，發(fā)展新的采樣、測(cè)定技術(shù)對(duì)水中溶解性無機(jī)磷、砷進(jìn)行監(jiān)測(cè)對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境和人類生命安全具有重要意義。

薄膜擴(kuò)散梯度技術(shù)(Diffusive Gradients in Thin Films，DGT)是一種原位采樣、測(cè)量技術(shù)，該技術(shù)由英國(guó)蘭卡斯特大學(xué)David Williams等人于1994年提出，用于可溶性金屬離子的測(cè)定。DGT裝置主要由外殼、擴(kuò)散膜、吸附膜構(gòu)成。溶液中的離子經(jīng)擴(kuò)散穿過擴(kuò)散膜到達(dá)吸附膜，與吸附膜上的吸附位點(diǎn)結(jié)合。當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，吸附膜內(nèi)累積的離子質(zhì)量符合Fick擴(kuò)散定律。

當(dāng)吸附膜表面離子濃度(C)為零時(shí)，吸附膜內(nèi)累積的離子質(zhì)量M與溶液本體離子濃度(C₀)成正比。因此，要保證C為零，吸附膜對(duì)離子的吸附速率必須大于離子在擴(kuò)散膜內(nèi)的擴(kuò)散速率。

DGT測(cè)定金屬離子時(shí)主要使用離子交換樹脂膜。目前，用于溶解性無機(jī)磷、砷測(cè)定的吸附膜有氧化鐵、巰基硅膠、二氧化鈦和氧化鋯(Zr-oxide)等吸附材料形成的凝膠膜(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)。其制備方法是把氧化鐵、巰基功能化硅膠、二氧化鈦和氧化鋯等吸附材料分散在熱丙烯酰胺溶液中，冷卻后形成凝膠制成吸附膜。吸附材料粒徑較大時(shí)，吸附材料在聚丙烯酰胺膠中分布不均勻；此外，由于吸附材料與丙烯酰胺溶液之間存在密度差異，在成凝膠過程中材料發(fā)生沉降而在分層。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01310689076.5公布了一種利用聚丙烯酰胺水凝膠直接吸附鋯離子制備吸附膜的方法。基于物理吸附作用制備的鋯凝膠膜在使用時(shí)可能會(huì)存在鋯離子的流失，此外洗脫時(shí)鋯離子可能會(huì)進(jìn)入洗脫液中，影響后續(xù)的儀器測(cè)定。因此，研究新型吸附膜對(duì)于發(fā)展DGT測(cè)定溶解性無機(jī)磷、砷的新方法具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種溶解性無機(jī)磷、砷吸附膜的制備方法。該方式是將二氧化鈰納米粒子分散在丙烯酰胺溶液中，通過丙烯酰胺的聚合反應(yīng)將納米粒子均勻固定在聚丙烯酰胺膠內(nèi)。制備的吸附膜用于DGT測(cè)定水中溶解性無機(jī)磷、砷。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種溶解性無機(jī)磷、砷吸附膜的制備方法，步驟如下：

用去離子水配置含15wt.％丙烯酰胺和1wt.％N,N-亞甲基雙丙烯酰胺的聚合前體溶液，將二氧化鈰納米粒子加入至聚合前提溶液中，超聲分散均勻；按與聚合前體溶液體積比為1/54和1/180分別加入10wt.％過硫酸銨和四甲基乙二胺，混合均勻后，注入夾有U形薄片槽的兩塊玻璃板中，排出氣泡后，將玻璃板水平放置室溫下保持30分鐘，打開玻璃板，取出凝膠膜；在去離子水中浸泡24h去除未反應(yīng)的試劑，將凝膠膜切成直徑2.5cm制成吸附膜。

所述的二氧化鈰納米粒子與聚合前體溶液的質(zhì)量比為5％～20％。

所述的二氧化鈰納米粒子的直徑小于1微米。

所述吸附膜的厚度為0.2～0.8mm。

本發(fā)明的有益效果：

1.本發(fā)明使用氧化鈰納米材料制備溶解性無機(jī)磷、砷吸附膜。含鈰的化合物主要用作催化劑，也有報(bào)道將氧化鈰作為吸附劑使用，但未見有二氧化鈰作為DGT吸附膜的報(bào)道。該吸附膜可以代替已經(jīng)報(bào)道的氧化鐵膜、二氧化鈦膜和二氧化鋯膜，用于DGT測(cè)定溶解性無機(jī)磷、砷。

2.該吸附膜對(duì)無機(jī)磷、砷的吸附容量大，不容易飽和，可以延長(zhǎng)DGT的采樣時(shí)間，獲得更低的檢測(cè)靈敏度。

3.該吸附膜制備方法簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，吸附膜在溶液中可長(zhǎng)時(shí)間保存。

附圖說明