本發(fā)明涉及生活污水回用，尤其是涉及一種聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠及其制備方法與在生活污水回用中的應用。

背景技術：

1、近年來，水凝膠作為一種環(huán)保、吸水性好、成本較低的高分子復合吸水材料受到人們的廣泛關注。一方面它所具有的親水基團如-cooh、-nh2等使其具有卓越的吸水性能，在吸收大量水的同時也能保持結構的完整性，另一方面水凝膠能夠在各種物理或化學刺激下收縮，釋放出吸收的水，如擠壓、加熱、施加電場、太陽輻照等。水凝膠脫水所需要的蒸發(fā)焓遠小于其他吸水材料，這使水凝膠能夠快速將水運送至表面，脫水時水凝膠釋放的溶液中污染物質的濃度也會有所降低且以吸收的水為主。以上這些特點使水凝膠有可能成為一種非常有前途的污水回用材料。

2、目前各種污水回用技術如膜分離、人工濕地、高級氧化技術等都被研究用于污水回用，但都存在一些限制因素。水凝膠作為一種吸水性強和對外界刺激敏感的材料，有望實現(xiàn)高效、低成本、簡便地從污水中回收水資源。尤其是聚丙烯酸-共丙烯酰胺(p(aa-co-am))水凝膠，具有易制備、吸水性強、合成成本低等優(yōu)點。且在吸水的同時能夠通過靜電排斥和孔徑截留等作用阻礙污水中的污染物質進入到水凝膠內(nèi)部。此外，p(aa-co-am)水凝膠中的羧酸基團可電離，這有助于增加水凝膠的離子強度和對ph值的敏感性。因此p(aa-co-am)水凝膠對氨氣十分敏感，在氨氣氛圍下可快速將吸收的水排出，且在幾次吸脫水之后仍然保持結構及性能的穩(wěn)定性。

3、目前，關于p(aa-co-am)水凝膠吸水溶脹的有效性已有大量研究，但是對于利用p(aa-co-am)水凝膠從生活污水中回收水資源尚無研究報道。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠及其制備方法與在生活污水回用中的應用，基于原位溶液聚合法，獲得一種機械性能穩(wěn)定的、高效回收水資源的水凝膠的制備方法，并補充了水凝膠在現(xiàn)有生活污水回用技術中的部分空白。本發(fā)明將水凝膠用于實際生活污水中，以查看其去除實際污水中的污染物和回收水資源的性能，并考察水凝膠吸脫水前后性能及形貌的穩(wěn)定性并驗證了利用水凝膠從城市生活污水中回收水資源的可行性，為城市生活污水的回收利用提供了一種新的思路和方法。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：

3、本發(fā)明的第一方面提供一種聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)(p(aa-co-am))水凝膠的制備方法，包括如下步驟：

4、在氮氣氛圍下將含有丙烯酰胺、n,n’-亞甲基雙丙烯酰胺和過硫酸銨的混合溶液，混合溶液中的溶劑為水，以滴加的方式將混合溶液滴入酸堿中和后的丙烯酸溶液中，通過使用磁力攪拌，確?；旌铣浞志鶆颍频贸赡z溶液，水浴加熱確保聚合反應完成，然后干燥得到聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠；所述聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠用于生活污水回用。

5、

6、本發(fā)明選取丙烯酸和丙烯酰胺為單體，以過硫酸銨和n,n’-亞甲基雙丙烯酰胺為引發(fā)劑和交聯(lián)劑。劇烈攪拌使溶液均勻共混，在隔絕空氣和70℃水浴加熱的條件下引發(fā)原位溶液聚合反應，制備聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠。

7、進一步地，所述混合溶液中，丙烯酰胺的濃度為35-40?g/l，n,n’-亞甲基雙丙烯酰胺的濃度為3-5?g/l，過硫酸銨的濃度為1-3?g/l。

8、進一步地，所述丙烯酸溶液為中和度50-70％的丙烯酸水溶液。優(yōu)選的，在丙烯酸溶液中加入氫氧化鈉，一部分丙烯酸中和成為丙烯酸鈉鹽作為單體參與自由基聚合，使聚合后的水凝膠基團在溶液中可部分解離出帶負電的醋酸根離子。

9、進一步地，所述丙烯酸溶液為中和度60％的丙烯酸水溶液。

10、進一步地，所述混合溶液與丙烯酸溶液的體積比為(20-22):15。

11、進一步地，所述聚合反應中，反應溫度為60-80℃，反應時間為3.5-4.5h。

12、進一步地，所述聚合反應中，反應溫度為70℃，反應時間為4h。

13、進一步地，所述聚合反應為自由基聚合反應。

14、進一步地，所述干燥過程中，干燥溫度為60-80℃，干燥時間為20-28h。

15、本發(fā)明的第二方面提供一種聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠，采用如上述所述的制備方法制備而成。

16、本發(fā)明的第三方面提供一種聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠在生活污水回用中的應用，將所述的水凝膠用于生活污水回用。

17、進一步地，所述的聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠用于生活污水回用的過程如下：所述的聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠在生活污水中吸水達到平衡，而后使吸水后的聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠暴露在氨氣氣氛下進行脫水，對生活污水中cod、總磷、總氮、氨氮進行去除，回收水達到農(nóng)業(yè)灌溉用水標準，可用于農(nóng)業(yè)灌溉回用。

18、進一步地，所述生活污水中包括cod、總磷、總氮、氨氮，并且cod濃度為200～500mg/l，總磷濃度為10～50mg/l，總氮濃度為50～100mg/l，氨氮濃度為50～100mg/l。生活污水中普遍含有有機污染物，包括碳水化合物、蛋白質、氨基酸、脂肪酸、油脂、酯類等物質，同時還存在大量氨氮及總磷等物質。

19、進一步地，所述生活污水中包括cod、總磷、總氮、氨氮，并且cod濃度為284mg/l，總磷濃度為22mg/l，總氮濃度為71mg/l，氨氮濃度為69mg/l。

20、本發(fā)明所制備的水凝膠用于污水回用的優(yōu)勢在于：1)通過簡單的原位溶液聚合法，制備出交聯(lián)度高的水凝膠材料，提高其在吸-脫水過程中的性能穩(wěn)定性；2)通過將其應用于生活污水中，對cod、總磷等污染物取得了一定的處理效果，其中對于總磷的處理效果尤其明顯；3)本發(fā)明的水凝膠材料，可在完成多次吸水-脫水循環(huán)后依然保持穩(wěn)定的物理、化學特性，從而延長了材料的使用壽命；4)相較于傳統(tǒng)的污水回用技術(如膜分離、人工濕地、高級氧化等)該處理方法成本低廉，工藝簡單，操作簡便。

21、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

22、1)本發(fā)明提供的聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠及其制備方法與在生活污水回用中的應用，提高了水凝膠用于實際生活污水回用的穩(wěn)定性：通過水凝膠的重復吸脫水實驗，證實了水凝膠結構和性能的穩(wěn)定性，并通過提高交聯(lián)度進一步改善了水凝膠的穩(wěn)定性，將其應用于實際生活污水中，驗證了實際應用的可行性，為水凝膠的實際應用提供了理論支撐。

23、2)本發(fā)明提供的聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠及其制備方法與在生活污水回用中的應用，制備方法簡便、材料易得成本低，且性能穩(wěn)定。因此，該方法在制備水凝膠應用于生活污水回用等方面均有明顯的應用前景。

技術特征：

1.一種聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠的制備方法，其特征在于，所述丙烯酸溶液為中和度50-70％的丙烯酸水溶液。

3.根據(jù)權利要求2所述的聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠的制備方法，其特征在于，所述丙烯酸溶液為中和度60％的丙烯酸水溶液。

4.根據(jù)權利要求1所述的聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠的制備方法，其特征在于，所述混合溶液與丙烯酸溶液的體積比為(20-22):15。

5.根據(jù)權利要求1所述的聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠的制備方法，其特征在于，所述聚合反應中，反應溫度為60-80℃，反應時間為3.5-4.5h。

6.根據(jù)權利要求5所述的聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠的制備方法，其特征在于，所述聚合反應中，反應溫度為70℃，反應時間為4h。

7.根據(jù)權利要求1所述的聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠的制備方法，其特征在于，所述干燥過程中，干燥溫度為60-80℃，干燥時間為20-28h。

8.一種聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠，其特征在于，其采用如權利要求1至7中任一項所述的制備方法制備而成。

9.一種如權利要求1-7中任一項所述的制備方法制備得到的聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠或如權利要求8中所述的聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)的應用，其特征在于，所述的聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠用于生活污水回用。

10.根據(jù)權利要求9所述的聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠的應用，其特征在于，所述的聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)水凝膠用于生活污水回用的過程如下：

技術總結
本發(fā)明涉及一種聚(丙烯酸?co?丙烯酰胺)水凝膠及其制備方法與在生活污水回用中的應用，制備方法包括：丙烯酸和氫氧化鈉溶液在冰浴條件下中和后，在氮氣氛圍下加入含丙烯酰胺、N,N’?亞甲基雙丙烯酰胺、過硫酸銨的混合溶液，進行原位溶液聚合，干燥后得到水凝膠。將干燥后的水凝膠用于處理生活污水以回收水資源，包括：水凝膠在生活污水中吸水達到平衡，而后暴露在氨氣氣氛下脫水，回收水達到農(nóng)業(yè)灌溉用水標準，可用于農(nóng)業(yè)灌溉回用。與現(xiàn)有污水回用技術相比，本發(fā)明制備方法簡便，成本低廉，水凝膠在對生活污水具有回用效果的同時在多個吸脫水循環(huán)內(nèi)保持結構穩(wěn)定。該方法在制備水凝膠并將其應用于生活污水水資源回收利用方面有明顯的應用前景。

技術研發(fā)人員：朱秀萍,孫語辰
受保護的技術使用者：復旦大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/10