[发明专利]一种同步固定多种含氧阴离子的吸附膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及梯度扩散薄膜技术领域，更具体地说，涉及一种同步固定多种含氧阴离子的吸附膜及其制备方法。

背景技术

磷、硒和钼等元素是植物和动物必须的营养元素。磷、硒、钼以及钒、铬、砷、锑、钨和铀等离子与氧组成的含氧阴离子在水体、土壤和沉积物等环境介质中广泛存在，这些含氧阴离子的存在会对环境生态系统甚至人体健康造成一定危害。可靠、稳定的采样和测定技术对理解这些含氧阴离子的环境行为及效应至关重要。

梯度扩散薄膜技术（Diffusive gradients in thin films,DGT）是一种原位的、非破坏性的离子含量测量新技术。自上世纪90年代由英国兰卡斯特大学David Williams和张昊发明以来，DGT技术在测定水体、土壤和沉积物中有效态的金属阳离子方面得到了广泛的应用。近年来，随着铁基、钛基和锆基等材料用于制备吸附膜，利用DGT技术测定含氧阴离子并评价其环境效应成为了可能。

但是，直接将铁基、钛基和锆基等材料与丙烯酰胺、交联剂、四甲基二乙胺和过硫酸铵溶液等混合制备得到的吸附膜表面吸附剂颗粒粒径较大，分布不均匀，难以满足DGT技术对土壤和沉积物中含氧阴离子的亚微米高分辨率的分析要求，且制备过程较为复杂。如中国专利申请号201110325615.8，申请日为2011年10月24日，发明创造名称为：一种薄膜扩散梯度测定中的改进型磷固定膜及其制备方法，该申请案即是通过上述方法制备得到粒径≤5μm的二氧化锆颗粒的磷固定膜的技术方案。

中国专利申请号200910183047.5，申请日为2009年8月5日，发明创造名称为：一种应用于薄膜扩散梯度测定技术装置的磷固定膜，该申请案也是一种锆基吸附膜的制备方法，该申请案是通过将含水量30～60%的二氧化锆与丙烯酰胺等溶液直接混合后制备得来的，含水量的高低严重影响制膜成功与否以及成膜后吸附膜的强度和吸附容量，且二氧化锆粉末的制备过程复杂，需要多程序清洗，再吹干至所需含水率并研磨成粉末。

2010年Jakob Santner等人（Santner,et al.,Anal.Chem.2010,82,7668-7674）通过将溶解有铁基材料六水合氯化铁的水凝胶薄膜置于pH为6.7的2-（N-吗啡啉）乙磺酸缓冲溶液中发生沉淀反应制备出吸附剂均匀分布的铁膜，并验证了土壤中高分辨获取磷在亚微米尺度分布的可行性。但是上述沉淀法制备的铁膜仍存在对磷的吸附容量仅为6.94μg/cm²，且只能储存33天的问题。寻找对包括磷在内的含氧阴离子具有高吸附容量、长久保质期并能实现高分辨的吸附膜，是目前相关领域极有兴趣研究的课题。此外，目前研究已表明锆基材料对磷、钒、砷、硒、锑和铀等的含氧阴离子具有良好的吸附性能（Su,et al.,Water Res.2013,47,5018-5026;Kosta,et al.,Radiochim.Acta1970,14,143-146;Cui,et al.,J.Ind.Eng.Chem.2012,18,1418-1427;Suzuki,et al.,J.Environ.Monitor.2000,2,550-555;Li,et al.,J.Environ.Sci.2012,24,1197-1203;Anirudhan,et al.,J.Environ.Radioactiv.2010,101,267-276）。因此，怎样充分利用锆基材料优异的吸附性能，制备出吸附容量高、保质期长且高分辨的吸附膜，已成为相关领域的研究热点。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服使用传统吸附膜制备技术得到的吸附膜吸附容量低、保质期短且分辨率不高的问题，提供了一种应用于梯度扩散薄膜技术的同步固定多种含氧阴离子的吸附膜及其制备方法。本发明通过原位沉淀法制备表面均匀分布粒径≤0.3μm的二氧化锆颗粒的吸附膜，吸附膜表面均匀分布的小粒径吸附材料可以为含氧阴离子提供更多的吸附位点，不仅使得吸附膜的吸附容量大大提高，该高吸附容量的锆基吸附膜运用于DGT技术，还解决了DGT技术难以高分辨解析多种具有物理共性的含氧阴离子的问题，且该吸附膜的保质期长达6个月之久，使用性能优异。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种同步固定多种含氧阴离子的吸附膜的制备方法，其步骤为：

步骤一、制备聚丙烯酰胺水凝胶薄膜：