两性离子聚合物/海藻酸锆互穿网络多孔凝胶球的构建及其吸附水中磷酸盐机理研究

The adsorption method for the phosphate removal has attracted great concern along with the more attention on the recovery of phosphate resource and the need to minimize the phosphorus concentration in effluent water. However, most of traditional phosphorus adsorbents have the drawbacks of high cost, low adsorption capacity, non-degradation, and poor reusability. Sodium alginate, a kind of natural polymer material with low cost and abundant resources, can be modified with multiple functions due to its adjustable structure, which has been viewed as a promising absorbing material. The objective of this research is to develop the porous hydrogel beads with interpenetrating network for the phosphate recovery from water, by introducing zirconium ions with good adsorption ability and chemical stability as well as sulfobetaine with unique amphoteric properties into the sodium alginate. The use of the hydrogel beads is to solve the unification of being stable, efficient, environment friendly and economic for phosphorus adsorbents. We will characterize the hydrogel beads and evaluate their performances (adsorption capacity, regeneration ability, and stability) in the adsorption-desorption-recycling processes. Furthermore, we will explore the fundamental relationships between the characteristics of the hydrogel beads with the adsorption, desorption, and regeneration behaviors, in order to provide the new method and theoretical basis for preparation of new phosphorus adsorbents with the characteristics of low cost, high adsorption capacity, easy recycle and being environmental friendly, and to extend the applications of natural polymer materials in the environmental field.

随着回收磷资源的日益重视以及最大限度降低出水中磷浓度的需要，吸附除磷技术引起了广泛的关注。然而传统除磷吸附剂大多面临成本高、吸附容量较低、不可降解及循环利用性较差等缺陷。海藻酸钠，一种价格低廉且资源丰富的天然高分子，因其结构可调控性可实现多种功能化修饰，被认为是一种极具潜力的吸附剂材料。对此，本项目将具有良好吸附能力和化学稳定性的锆离子、独特两性特质的磺酸甜菜碱引入到海藻酸钠，形成互穿网络多孔凝胶球用于回收水中的磷酸盐，旨在解决除磷吸附剂稳定、高效、环境友好和经济的四者统一问题。表征其结构组成，探索其在吸附-解吸附-再生循环过程中的行为表现（吸附容量、再生能力、吸附稳定性等），阐明其物化特性与吸附、解吸附、再生过程之间的内在机理，为制备低成本、高吸附能力、易重复使用且环境友好的新型除磷吸附剂提供新的方法和理论基础，同时拓展和丰富天然高分子材料在环境领域中的应用。

随着回收磷资源的日益重视以及最大限度降低出水中磷浓度的需要，吸附除磷技术引起了广泛的关注。然而传统除磷吸附剂大多面临成本高、吸附容量较低、不可降解及循环利用性较差等缺陷。海藻酸钠，一种价格低廉且资源丰富的天然高分子，因其结构可调控性可实现多种功能化修饰，被认为是一种极具潜力的吸附剂材料。对此，本项目将具有良好吸附能力和化学稳定性的锆离子引入到海藻酸钠中形成凝胶微球，并在此基础上通过与含特殊功能基团的单体共聚形成互穿网络结构用于回收水中的磷酸盐，旨在解决除磷吸附剂稳定、高效、环境友好和经济的四者统一问题。表征其结构组成，探索其在吸附-解吸附-再生循环过程中的行为表现（吸附容量、再生能力、吸附稳定性等），阐明其吸附机理。本项目合成的多孔互穿网络聚N-异丙基丙烯酰胺/海藻酸锆凝胶球以及氨基功能化磁性海藻酸锆凝胶球对水中磷酸盐的理论最大吸附量分别为47.45 mg-P/g和 58.73 mg-P/g，表现出良好的吸附性能，且重复使用5次后吸附性能和脱附率均保持稳定，可多次循环使用。凝胶球的磷吸附机理为静电吸附、配位交换以及内层络合的共同作用。固定床动态吸附试验表明，该凝胶球材料呈现出良好的柱操作特点，可有效去除和回收水中或实际污水中的磷。此外，该凝胶球以资源丰富、可降解的海藻酸钠为原料，制备方法简单，是一种环境友好型吸附材料。从以上结果可以看出，这类改性凝胶球是一种非常有效的磷吸附剂，可为制备低成本、高吸附能力、易重复使用且环境友好的新型除磷吸附剂提供新的方法和理论基础，同时拓展和丰富天然高分子材料在环境领域中的应用。

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