本技术介绍了一种基于木质素磺酸盐的水凝胶制备方法,该水凝胶能有效吸附氮磷离子,应用于功能材料领域。通过添加甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和丙烯酸,增强了水凝胶的吸附性能,为环境保护提供新材料解决方案。
背景技术
资源短缺与环境污染问题是当今人类面临的全球性问题,磷是自然界中所有生物体生存的必须营养元素。然而随着相关行业的快速发展,大量含氮磷的废水被排放到径流系统中,造成了严重的水体富营养化现象,对生态平衡产生严重威胁。因此,有效控制水体中的氮磷污染物,缓解水体富营养化现象成为当前急需解决的问题之一。
目前,众多技术已被应用于去除水体中的氮磷污染物,其中吸附法不仅具有成本低廉、操作简单、快速高效等特点,而且可以通过简单的脱附过程实现水体中氮磷的回收和吸附剂的循环再生,被认为是极具工业化应用潜力的技术之一。利用吸附法处理含氮磷废水的关键在于开发廉价高效、绿色无污染的吸附材料。与常见的活性炭、碳纳米管、多孔微球、离子交换树脂以及金属有机骨架等相比,生物质基材料的原料廉价易得、可再生,是一种极具工业化应用潜力的吸附材料。其中,木质素是自然界中非常丰富的一类可再生生物质资源,不仅来源广泛、储量丰富、可再生、环境相容性好,还具有丰富的含氧官能团,可被开发成各种绿色高效的木质素基吸附剂,在废水处理中具有巨大的应用潜力。目前根据赋予官能团的离子类型,木质素基吸附剂一般分为阳离子型和阴离子型吸附剂。
木质素基阴离子吸附剂通常是通过磺化、羧甲基化、接枝聚合等途径将木质素上的磺酸基或羧基转移到木质素上制备的。目前已有关于木质素吸附剂对废水中阳离子亚甲基蓝、刚果红、Cr(VI)、和Cd2+
的去除效果的研究。木质素基阳离子吸附剂一般是通过在木质素上引入阳离子胺或季氨基来制备的。木质素的胺化已经通过曼尼希反应得到了广泛的研究,曼尼希反应可以将胺(例如,伯胺,仲胺和叔胺)基团传递到木质素上,其它各种胺包括二乙烯三胺(DETA),聚乙亚胺(PEI),乙二胺等等也被用于该反应。然而,胺化过程需要甲醛作为交联剂,这对环境和人类都不友好。季铵基通常通过自由基聚合反应或醚化反应引入木质素。木质素的醚化反应通常是通过木质素中的羟基与环氧丙基三甲基氯化铵或3-氯-羟丙基三甲基氯化铵在碱性条件下反应完成的,这使得该反应能够在均相体系中进行。木质素的自由基聚合反应通常以含季铵基的乙烯基单体为单体进行,常用的单体有二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)或甲基丙烯氧乙基三甲基氯化铵(METAC)等。甲基丙烯氧乙基三甲基氯化铵可以与木质素苯环上的大量自由基位点聚合,从而提高吸附剂的吸附能力。然而,自由基聚合反应通常在酸性条件下进行,由于普通木质素不溶于酸性溶液,这些反应通常在非均相体系中进行,这将影响反应效率。此外,已经证实富营养化废水通常同时含有阴离子和阳离子污染物,仅含有一种离子基团的木质素基凝胶吸附剂不能去除所有离子污染物,不能满足实际利用的需要。基于此,本发明从木质素自身结构出发,利用丰富的含氧官能团等特点,通过自由基聚合反应制备了可以吸附阴阳离子的木质素基水凝胶用于水体中氮磷离子的高效去除和回收,并将其应用于水稻水培领域,探究木质素基水凝胶作为缓释肥料载体的可行性。
实现思路