一种磷酸锆基复合材料及其制备方法和应用

本发明属于吸附剂，具体涉及一种磷酸锆基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在高密度的细胞培养过程中，细胞会快速消耗葡萄糖和谷氨酰胺等营养物质，产生氨、乳酸和碳酸等代谢副产物。其中，铵被认为是抑制细胞生长的毒性物质，氨的积累会影响细胞生长和重组蛋白的生产，改变细胞室的电化学梯度，使细胞体内的酶活性受损，引发细胞凋亡。当氨的浓度积累到一定程度，必须及时更换细胞培养基来维持细胞的正常生命活动。而细胞培养基的成本是高昂的，特别是胎牛血清、生长因子和营养元素。因此，对于未来在大规模的生物反应器的运行过程中，必须最大程度地降低代谢副产物对细胞的抑制作用，尽可能实现培养基介质的高效循环利用，确保细胞农业的可持续发展。

2、层状材料是一种新型材料，特别是磷酸锆及其衍生物，具有阻燃、离子交换、催化、抗菌等多种应用。磷酸锆及其衍生物在去除污水中的重金属、固定核污染放射性元素和稀土元素的研究日益丰富。一些前期的研究证实了磷酸锆能够吸附氨气，并且能够实现多次循环；同时在医用肾透析领域，可以作为阳离子的离子交换剂。

3、由于细胞培养基中成分复杂，竞争阳离子众多，现有的磷酸锆及其衍生物对于去除培养基中的铵的效果不佳。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种磷酸锆基复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的方法制备得到的磷酸锆基复合材料对水体系或细胞培养基中的铵均具有较高的去除效果。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种磷酸锆基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、将可溶性锆源、水合磷酸盐和矿化剂混合，经水热结晶，得到所述磷酸锆基复合材料；

5、所述水合磷酸盐中的结晶水个数为≥2个。

6、优选的，所述可溶性锆源包括八水氯氧化锆、硝酸锆和硫酸锆中的一种或几种。

7、优选的，所述水合磷酸盐包括磷酸氢二盐、磷酸氢盐、偏磷酸盐和正磷酸盐中的一种或几种；

8、所述水合磷酸盐中的阳离子包括钠离子、钾离子、钙离子或镁离子。

9、优选的，所述矿化剂包括氟化钠、氢氟酸和氟化铵中的一种或几种。

10、优选的，分别以zr和p的摩尔量计，所述可溶性锆源和水合磷酸盐的摩尔比为1：1～5。

11、优选的，所述水合磷酸盐和矿化剂的摩尔比为5～15：1。

12、优选的，所述水热结晶的温度为100～120℃，保温时间为12～36h。

13、本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的磷酸锆基复合材料，所述磷酸锆基复合材料具有二维片层结构；

14、所述磷酸锆基复合材料的粒径为300～1400nm；所述二维片层结构的层间距为

15、所述磷酸锆基复合材料的结晶度为68～75％。

16、本发明还提供了上述技术方案所述的磷酸锆基复合材料在吸附铵中的应用。

17、优选的，所述铵包括水溶液中的铵或细胞培养基的中的铵。

18、本发明提供了一种磷酸锆基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将可溶性锆源、水合磷酸盐和矿化剂混合，经水热结晶，得到所述磷酸锆基复合材料；所述水合磷酸盐中的结晶水个数为≥2个。在本发明中，采用含有2个以上结晶水的水合磷酸盐作为原料，能够提高晶体的结晶程度，形成更宽阔、规则的离子通道，提高离子吸附容量；同时原料中的结晶水能够增加晶体的亲水性，加快离子交换速率，进而使所得到的复合材料对于水体系或细胞培养基中的铵均具有较高的去除效率；且得到的复合材料具有良好的生物相容性，对体系的ph影响微小，能够多次循环使用。

技术特征：

1.一种磷酸锆基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性锆源包括八水氯氧化锆、硝酸锆和硫酸锆中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水合磷酸盐包括磷酸氢二盐、磷酸氢盐、偏磷酸盐和正磷酸盐中的一种或几种；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述矿化剂包括氟化钠、氢氟酸和氟化铵中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，分别以zr和p的摩尔量计，所述可溶性锆源和水合磷酸盐的摩尔比为1：1～5。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述水合磷酸盐和矿化剂的摩尔比为5～15：1。

7.根据权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述水热结晶的温度为100～120℃，保温时间为12～36h。

8.权利要求1～7任一项所述制备方法制备得到的磷酸锆基复合材料，其特征在于，所述磷酸锆基复合材料具有二维片层结构；

9.权利要求8所述的磷酸锆基复合材料在吸附铵中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述铵包括水溶液中的铵或细胞培养基的中的铵。

技术总结本发明属于吸附剂技术领域，具体涉及一种磷酸锆基复合材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种磷酸锆基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将可溶性锆源、水合磷酸盐和矿化剂混合，经过热结晶，得到所述磷酸锆基复合材料；所述水合磷酸盐中的结晶水个数为≥2个。在本发明中，采用含有2个以上结晶水的水合磷酸盐作为原料，所得到的复合材料对于水体系或细胞培养基中的铵均具有较高的去除效率；且得到的复合材料具有良好的生物相容性，对体系的pH影响微小，能够多次循环使用。技术研发人员：张玺铭,杨明,李岳,史陈晨,唐雨楠受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14