專利名稱：一種吸附重金屬的聚合物水凝膠及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于吸附材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚合水凝膠及其制備方法和在對(duì)重金屬離子吸附中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于人類對(duì)重金屬的開采、冶煉、加工及商業(yè)制造活動(dòng)日益增多，產(chǎn)生的重金屬在數(shù)量上和種類上都大大增加，導(dǎo)致重金屬大量進(jìn)入土壤、水體中，不僅引起嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，而且對(duì)人類的身體健康產(chǎn)生了很大的威脅。處理重金屬?gòu)U水的方法很多，目前最常用的方法是化學(xué)法，它能快速去除廢水中的金屬離子，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，但存在出水金屬濃度偏高，易產(chǎn)生二次污染，廢水回用困難等缺點(diǎn)。而吸附法因?yàn)樘幚砹鞒毯?jiǎn)單，易于操作，也是重金屬?gòu)U水處理技術(shù)中被廣泛使用和研究的方法。吸附劑主要有活性炭、沸石、離子樹脂和螯合樹脂(如公開號(hào)為CN1772386的一種螯合樹脂)等，而關(guān)于水凝膠作為吸附劑的研究相對(duì)較少。水凝膠是不溶于水但在水中高度溶脹的三維網(wǎng)絡(luò)聚合物。它具有低交聯(lián)度、高溶脹率、不溶于水的結(jié)構(gòu)和性能特征；具有吸水能力強(qiáng)，保水性好，吸水后即使加壓也不脫水， 同時(shí)具有一般高分子化合物的基本特征。在水凝膠中存在大量的功能基團(tuán)，作為新型吸附劑對(duì)染料和重金屬的吸附近年來(lái)備受關(guān)注。許多天然有機(jī)高分子聚合物由于具有豐富的功能性基團(tuán)被研究應(yīng)用于重金屬?gòu)U水的吸附處理上，殼聚糖類生物質(zhì)材料就是一個(gè)典型的代表，專利號(hào)為CN101701042A的吸附樹脂就是以殼聚糖為基體經(jīng)過(guò)化學(xué)修飾后制備成的重金屬吸附材料。殼聚糖類生物質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)中含有大量的-NH和-OH基團(tuán)，這些基團(tuán)對(duì)重金屬離子具有較強(qiáng)的絡(luò)合與螯合作用，對(duì)水體中的微量重金屬也有較好的去除效果，而且來(lái)源廣泛、成本低廉。但是這類天然生物材料也有機(jī)械強(qiáng)度不高、易被生物降解、受PH影響很大等缺點(diǎn)。人工合成具有功能性基團(tuán)的高分子聚合物凝膠，也被用于重金屬?gòu)U水的吸附分離?，F(xiàn)有的人工合成的高分子聚合物水凝膠包括聚丙烯酸類水凝膠等，由于具有羧基等可結(jié)合重金屬離子的有效基團(tuán)，對(duì)重金屬?gòu)U水的離子吸附與分離也有一定得效果，但效果并不很顯著。而且，現(xiàn)有的人工合成的高分子聚合物水凝膠大多合成途徑相對(duì)復(fù)雜，操作比較麻煩，也是一大缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的問(wèn)題是提供一種吸附重金屬的聚合物水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)方案為
1本發(fā)明所述水凝膠為不溶于水但在水中高度溶脹的三維網(wǎng)絡(luò)聚合物，由丙烯酸羥乙酯(親水性玻璃態(tài)單體)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸兩種單體輻射共聚生成。它具有低交聯(lián)度、高溶脹率、不溶于水的結(jié)構(gòu)和性能特征；具有吸水能力強(qiáng)，保水性好，吸水后即使加壓也不脫水，同時(shí)具有一般高分子化合物的基本特征。
2重金屬吸附聚合物水凝膠的制備方法，其主要包括以下步驟
(1)將丙烯酸羥乙酯(親水性玻璃態(tài)單體)、2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和蒸餾水按一定比例混合均勻；
(2)2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸加丙烯酸羥乙酯水的體積比為(廣2):5,2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸與丙烯酸羥乙酯的摩爾比為1 :(廣9)；
(3)混合后經(jīng)過(guò)5 20min超聲波處理；
(4)向(1)的混合物中充入氮?dú)?，以保證無(wú)氧狀態(tài)；
(5)在一63 一 95°C溫度內(nèi)，采用輻射劑量為IXlO3 IXlOty的高能射線輻照聚合形成水凝膠。聚合物水凝膠對(duì)重金屬離子的吸附方法，其主要包括以下步驟
(1)將制備好的聚合物水凝膠切成IcmXIcmX Icm小塊放在三角瓶中；
(2)將切成小塊的聚合物水凝膠用去離子水多次洗滌；
(3)在25°C條件下對(duì)不同種類的重金屬離子進(jìn)行吸附。3本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其有益效果為
現(xiàn)有的重金屬吸附水凝膠研究主要在于天然的有機(jī)高分子聚合物，特別是以殼聚糖為研究對(duì)象最常見(jiàn)，但是這類天然生物材料機(jī)械強(qiáng)度不高、易被生物降解、受PH影響很大。且現(xiàn)有人工吸附水凝膠的制備技術(shù)過(guò)程比較復(fù)雜，吸附容量不高。本發(fā)明提出一種應(yīng)用輻射技術(shù)制備吸附水凝膠的方法，可以制備出一種具有功能性基團(tuán)的有機(jī)高分子聚合物，可使得聚合物中的功能基團(tuán)有效吸附螯合重金屬離子，制備方法簡(jiǎn)單，易于操作。并且產(chǎn)物具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，可以延長(zhǎng)使用壽命。


圖1為水凝膠的SEM圖。圖2為水凝膠的紅外光譜圖。圖3為水凝膠在不同pH下吸附1 2+的吸附容量圖。圖4為水凝膠在不同pH下吸附Cd2+的吸附容量圖。圖5為水凝膠在不同pH下吸附Cu2+的吸附容量圖。圖6為水凝膠在不同pH下吸附Cr3+的吸附容量圖。圖7為水凝膠在不同pH下吸附!^3+的吸附容量圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通過(guò)實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。實(shí)施例1
1.稱取一定質(zhì)量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸單體(簡(jiǎn)稱AMPS)溶解于去離子水中， 充分溶解混合均勻作為組分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱 HEA)，混合均勻，作為組分B;蒸餾水作為組分C，按(A+B):C為3:7 (ν/ν)進(jìn)行混合，其中 Α:Β為2:5 (mol/mol)。使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻；
2.充氮?dú)夂?，在?8°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在1 X IO3 1 X IO6Gy,采用高能射線(6°Co- γ射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠；3.將輻射后水凝膠切成IcmXIcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C溫度下烘干；
4.對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)與成分的表征，包括使用SEM進(jìn)行孔結(jié)構(gòu)觀察和使用紅外光譜分析產(chǎn)物的成分。SEM的結(jié)果表明，產(chǎn)物有較好的孔結(jié)構(gòu)。產(chǎn)物的紅外圖譜與兩種反應(yīng)物單體的紅外圖譜對(duì)比，顯示了經(jīng)過(guò)高能射線輻射后單體的雙鍵打開后成鏈形成新產(chǎn)物。實(shí)施例2:
1.稱取一定質(zhì)量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸單體(簡(jiǎn)稱AMPS)溶解于去離子水中， 充分溶解混合均勻作為組分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱 HEA),混合均勻，作為組分B ；蒸餾水作為組分C，按(A+B) :C為1 5進(jìn)行混合，其中A:B為 2 3 (mol/mol)，使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂?，在?3°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO3 IX lOty，采用高能射線(137Cs- γ射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C 溫度下烘干。4.稱取聚合物水凝膠0. Ig干燥后的產(chǎn)物五份分別置于IOOml三角瓶中，然后分別加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+、Cr3+、Cu2+、Fe3+五種單一溶液，將三角瓶置于恒溫振蕩器中 25°C下進(jìn)行恒溫吸附，4 充分吸附后，分別測(cè)定各個(gè)重金屬離子溶液吸附前與吸附后的濃度。測(cè)量方法為稀釋后使用原子吸收法。通過(guò)吸附前后離子的濃度差，可以計(jì)算出該產(chǎn)物對(duì)各個(gè)離子的吸附容量。經(jīng)測(cè)定，產(chǎn)物對(duì)此2+、Cr3+、Cd2+、Cu2+、Fe3+五種金屬離子的吸附容量分別為180mg/g、130mg/g、110mg/g、70mg/g、110mg/g。實(shí)施例3
1.稱取一定質(zhì)量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸單體(簡(jiǎn)稱AMPS)溶解于去離子水中， 充分溶解混合均勻作為組分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱 HEA),混合均勻，作為組分B ；蒸餾水作為組分C，按(A+B) :C為1 5進(jìn)行混合，其中A:B為 1 1 (mol/mol)，使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂螅谝?3°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO3 IX lOty，采用高能射線(6tlCo- γ射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C 溫度下烘干。4.稱取聚合物水凝膠0. Ig干燥后的產(chǎn)物五份分別置于100ml三角瓶中，然后分別加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+、Cr3+、Cu2+、Fe3+五種單一溶液，將三角瓶置于恒溫振蕩器中 25°C下進(jìn)行恒溫吸附，4 充分吸附后，分別測(cè)定各個(gè)重金屬離子溶液吸附前與吸附后的濃度。測(cè)量方法為稀釋后使用原子吸收法。通過(guò)吸附前后離子的濃度差，可以計(jì)算出該產(chǎn)物對(duì)各個(gè)離子的吸附容量。經(jīng)測(cè)定，產(chǎn)物對(duì)此2+、Cr3+、Cd2+、Cu2+、Fe3+五種金屬離子的吸附容量分另1J 為:150mg/g、130mg/g、1 IOmg/g、70mg/g、110mg/go實(shí)施例4
1.稱取一定質(zhì)量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸單體(簡(jiǎn)稱AMPS)溶解于去離子水中， 充分溶解混合均勻作為組分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱 HEA)，混合均勻，作為組分B ；蒸餾水作為組分C，按(A+B) :C為2:5進(jìn)行混合，其中A:B為1 5 (mol/mol)，使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂?，在?78°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO3 IX lOty，采用高能射線(137Cs- γ射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C 溫度下烘干。4.稱取聚合物水凝膠0. Ig干燥后的產(chǎn)物五份分別置于IOOml三角瓶中，然后分別加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+、Cr3+、Cu2+、Fe3+五種單一溶液，將三角瓶置于恒溫振蕩器中 25°C下進(jìn)行恒溫吸附，4 充分吸附后，分別測(cè)定各個(gè)重金屬離子溶液吸附前與吸附后的濃度。測(cè)量方法為稀釋后使用原子吸收法。通過(guò)吸附前后離子的濃度差，可以計(jì)算出該產(chǎn)物對(duì)各個(gè)離子的吸附容量。經(jīng)測(cè)定，產(chǎn)物對(duì)此2+、Cr3+、Cd2+、Cu2+、Fe3+五種金屬離子的吸附容量分另1J 為130mg/g、80mg/g、70mg/g、60mg/g、11 Omg/g。實(shí)施例5
1.稱取一定質(zhì)量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸單體(簡(jiǎn)稱AMPS)溶解于去離子水中， 充分溶解混合均勻作為組分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱 HEA)，混合均勻，作為組分B ；蒸餾水作為組分C，按(A+B) :C為2:5進(jìn)行混合，其中A:B為
2 3 (mol/mol)，使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂?，在?78°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO3 IX lOty，采用高能射線(137Cs- γ射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C 溫度下烘干。4.稱取聚合物水凝膠0. Ig干燥后的產(chǎn)物五份分別置于100ml三角瓶中，然后分別加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+、Cr3+、Cu2+、Fe3+五種單一溶液，將三角瓶置于恒溫振蕩器中 25°C下進(jìn)行恒溫吸附，4 充分吸附后，分別測(cè)定各個(gè)重金屬離子溶液吸附前與吸附后的濃度。測(cè)量方法為稀釋后使用原子吸收法。通過(guò)吸附前后離子的濃度差，可以計(jì)算出該產(chǎn)物對(duì)各個(gè)離子的吸附容量。經(jīng)測(cè)定，產(chǎn)物對(duì)此2+、Cr3+、Cd2+、Cu2+、Fe3+五種金屬離子的吸附容量分別為200mg/g、120mg/g、130mg/g、100mg/g、130mg/g。實(shí)施例6
1.稱取一定質(zhì)量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸單體(簡(jiǎn)稱AMPS)溶解于去離子水中， 充分溶解混合均勻作為組分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱 HEA)，混合均勻，作為組分B ；蒸餾水作為組分C，按(A+B) :C為3:7進(jìn)行混合，其中A:B為 1 9 (mol/mol)，使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂螅谝?5°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO3 IX lOty，采用高能射線(6tlCo- γ射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C 溫度下烘干。4.稱取聚合物水凝膠0. Ig干燥后的產(chǎn)物五份分別置于100ml三角瓶中，然后分別加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+、Cr3+、Cu2+、Fe3+五種單一溶液，將三角瓶置于恒溫振蕩器中 25°C下進(jìn)行恒溫吸附，4 充分吸附后，分別測(cè)定各個(gè)重金屬離子溶液吸附前與吸附后的濃度。測(cè)量方法為稀釋后使用原子吸收法。通過(guò)吸附前后離子的濃度差，可以計(jì)算出該產(chǎn)物對(duì)各個(gè)離子的吸附容量。經(jīng)測(cè)定，產(chǎn)物對(duì)此2+、Cr3+、Cd2+、Cu2+、!^3+五種金屬離子的吸附容量分另1J 為140mg/g、60mg/g、70mg/g、80mg/g、130mg/g。實(shí)施例7
1.稱取一定質(zhì)量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸單體(簡(jiǎn)稱AMPS)溶解于去離子水中， 充分溶解混合均勻作為組分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱 HEA)，混合均勻，作為組分B ；蒸餾水作為組分C，按(A+B) :C為3:7進(jìn)行混合，其中A:B為
1 5 (mol/mol)，使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂?，在?5°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO3 IX lOty，采用高能射線(6tlCo- γ射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C 溫度下烘干。4.稱取聚合物水凝膠0. Ig干燥后的產(chǎn)物五份分別置于IOOml三角瓶中，然后分別加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+、Cr3+、Cu2+、Fe3+五種單一溶液，將三角瓶置于恒溫振蕩器中 25°C下進(jìn)行恒溫吸附，4 充分吸附后，分別測(cè)定各個(gè)重金屬離子溶液吸附前與吸附后的濃度。測(cè)量方法為稀釋后使用原子吸收法。通過(guò)吸附前后離子的濃度差，可以計(jì)算出該產(chǎn)物對(duì)各個(gè)離子的吸附容量。經(jīng)測(cè)定，產(chǎn)物對(duì)此2+、Cr3+、Cd2+、Cu2+、Fe3+五種金屬離子的吸附容量分別為160mg/g、80mg/g、100mg/g、80mg/g、110mg/g。實(shí)施例8
1.稱取一定質(zhì)量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸單體(簡(jiǎn)稱AMPS)溶解于去離子水中， 充分溶解混合均勻作為組分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱 HEA)，混合均勻，作為組分B ；蒸餾水作為組分C，按(A+B) :C為3:7進(jìn)行混合，其中A:B為
2 3 (mol/mol)，使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂?，在?5°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO3 IX lOty，采用高能射線(6tlCo- γ射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C 溫度下烘干。4.稱取聚合物水凝膠0. Ig干燥后的產(chǎn)物五份分別置于100ml三角瓶中，然后分別加入50ml lg/L的Pb2+、Cd2+、Cr3+、Cu2+、Fe3+五種單一溶液，將三角瓶置于恒溫振蕩器中 25°C下進(jìn)行恒溫吸附，4 充分吸附后，分別測(cè)定各個(gè)重金屬離子溶液吸附前與吸附后的濃度。測(cè)量方法為稀釋后使用原子吸收法。通過(guò)吸附前后離子的濃度差，可以計(jì)算出該產(chǎn)物對(duì)各個(gè)離子的吸附容量。經(jīng)測(cè)定，產(chǎn)物對(duì)此2+、Cr3+、Cd2+、Cu2+、Fe3+五種金屬離子的吸附容量分別為190mg/g、120mg/g、140mg/g、80mg/g、150mg/g。實(shí)施例9
1.稱取一定質(zhì)量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸單體(簡(jiǎn)稱AMPS)溶解于去離子水中， 充分溶解混合均勻作為組分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱 HEA)，混合均勻，作為組分B ；蒸餾水作為組分C，按(A+B) :C為3:7進(jìn)行混合，其中A:B為 1 9 (mol/mol)，使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂?，在?78°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO3 IX lOty，采用高能射線(6tlCo- γ射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。
3.將輻射后水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C 溫度下烘干。4.稱取干燥產(chǎn)物0. Ig各七份分別置于IOOml三角瓶中，然后分別加入50ml — 定PH下的2g/L的Pb2+溶液。溶液的pH分別是1，2，3，4，5，6，7。將三角瓶置于恒溫振蕩器中25°C下進(jìn)行恒溫吸附，4 充分吸附后，分別測(cè)定各個(gè)pH下1 2+溶液吸附前與吸附后的 1 2+的濃度。測(cè)量方法為稀釋后使用原子吸收法。通過(guò)吸附前后1 2+的濃度差，可以計(jì)算出該產(chǎn)物對(duì)于1 2+的吸附容量。經(jīng)測(cè)定，在PH為6時(shí)，水凝膠對(duì)1 2+的吸附效果最好。詳見(jiàn)附圖3。實(shí)施例10
1.稱取一定質(zhì)量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸單體(簡(jiǎn)稱AMPS)溶解于去離子水中， 充分溶解混合均勻作為組分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱 HEA),混合均勻，作為組分B ；蒸餾水作為組分C，按(A+B) :C為3:7進(jìn)行混合，其中A:B為 1 9 (mol/mol)，使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂?，在?3°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO3 IX lOty，采用高能射線(6tlCo- γ射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C 溫度下烘干。4.稱取干燥產(chǎn)物0. Ig各七份分別置于IOOml三角瓶中，然后分別加入50ml 一定PH下的2g/L的Cd2+溶液。溶液的pH分別是1，2，3，4，5，6，7。將三角瓶置于恒溫振蕩器中25°C下進(jìn)行恒溫吸附，4 充分吸附后，分別測(cè)定各個(gè)pH下Cd2+溶液吸附前與吸附后的Cd2+的濃度。測(cè)量方法為稀釋后使用原子吸收法。通過(guò)吸附前后Cd2+的濃度差，可以計(jì)算出該產(chǎn)物對(duì)于Cd2+的吸附容量。經(jīng)測(cè)定，在pH為6時(shí)，水凝膠對(duì)Cd2+的吸附效果最好。 詳見(jiàn)附圖4。實(shí)施例11
1.稱取一定質(zhì)量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸單體(簡(jiǎn)稱AMPS)溶解于去離子水中， 充分溶解混合均勻作為組分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱 HEA)，混合均勻，作為組分B ；蒸餾水作為組分C，按(A+B) :C為3:7進(jìn)行混合，其中A:B為 1 9 (mol/mol)，使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂螅谝?78°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO3 IX lOty，采用高能射線(6tlCo- γ射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C 溫度下烘干。4.稱取干燥產(chǎn)物0. Ig各七份分別置于100ml三角瓶中，然后分別加入50ml 一定PH下的2g/L的Cu2+溶液。溶液的pH分別是1，2，3，4，5，6，7。將三角瓶置于恒溫振蕩器中25°C下進(jìn)行恒溫吸附，4 充分吸附后，分別測(cè)定各個(gè)pH下Cu2+溶液吸附前與吸附后的Cu2+的濃度。測(cè)量方法為稀釋后使用原子吸收法。通過(guò)吸附前后Cu2+的濃度差，可以計(jì)算出該產(chǎn)物對(duì)于Cu2+的吸附容量。經(jīng)測(cè)定，在pH為4時(shí)，水凝膠對(duì)Cu2+的吸附效果最好。 詳見(jiàn)附圖5。實(shí)施例12 1.稱取一定質(zhì)量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸單體(簡(jiǎn)稱AMPS)溶解于去離子水中， 充分溶解混合均勻作為組分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱 HEA)，混合均勻，作為組分B ；蒸餾水作為組分C，按(A+B) :C為3:7進(jìn)行混合，其中A:B為 1 9 (mol/mol)，使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂?，在?3°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO3 IX lOty，采用高能射線(6tlCo- γ射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C 溫度下烘干。4.稱取干燥產(chǎn)物0. Ig各七份分別置于IOOml三角瓶中，然后分別加入50ml 一定PH下的2g/L的Cr3+溶液。溶液的pH分別是1，2，3，4，5，6，7。將三角瓶置于恒溫振蕩器中25°C下進(jìn)行恒溫吸附，4 充分吸附后，分別測(cè)定各個(gè)pH下Cr3+溶液吸附前與吸附后的Cr3+的濃度。測(cè)量方法為稀釋后使用原子吸收法。通過(guò)吸附前后Cr3+的濃度差，可以計(jì)算出該產(chǎn)物對(duì)于Cr3+的吸附容量。經(jīng)測(cè)定，在pH為7時(shí)，水凝膠對(duì)Cr3+的吸附效果最好。 詳見(jiàn)附圖6。實(shí)施例13
1.稱取一定質(zhì)量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸單體(簡(jiǎn)稱AMPS)溶解于去離子水中， 充分溶解混合均勻作為組分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱 HEA)，混合均勻，作為組分B ；蒸餾水作為組分C，按(A+B) :C為3:7進(jìn)行混合，其中A:B為
1 9 (mol/mol)，使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂?，在?3°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO3 IX lOty，采用高能射線(6tlCo- γ射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C 溫度下烘干。4.稱取干燥產(chǎn)物0. Ig各七份分別置于100ml三角瓶中，然后分別加入50ml 一定PH下的2g/L的1 3+溶液。溶液的pH分別是1，2，3，4，5，6，7。將三角瓶置于恒溫振蕩器中25°C下進(jìn)行恒溫吸附，4 充分吸附后，分別測(cè)定各個(gè)pH下!^3+溶液吸附前與吸附后的1 3+的濃度。測(cè)量方法為稀釋后使用原子吸收法。通過(guò)吸附前后1 3+的濃度差，可以計(jì)算出該產(chǎn)物對(duì)于1 3+的吸附容量。經(jīng)測(cè)定，在pH為2時(shí)，水凝膠對(duì)!^3+的吸附效果最好。 詳見(jiàn)附圖7。實(shí)施例14
1.稱取一定質(zhì)量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸單體(簡(jiǎn)稱AMPS)溶解于去離子水中， 充分溶解混合均勻作為組分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱 HEA)，混合均勻，作為組分B ；蒸餾水作為組分C，按(A+B) :C為3:7進(jìn)行混合，其中A:B為
2 3 (mol/mol)，使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂?，在?78°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO3 IX lOty，采用高能射線(137Cs- γ射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C溫度下烘干。4.某生活污水收到周邊Cu2+的污染，其中Cu2+的含量約為10mg/L。將該生活污水經(jīng)過(guò)一定的預(yù)處理后，采用制備的聚合物凝膠進(jìn)行處理。于IL的廢水中，加入2g凝膠干燥產(chǎn)物處理。24h后，廢水中Cu2+吸附率為60%。增加凝膠產(chǎn)物的量使之到達(dá)6g/L時(shí)， Cu2+的去除率可以到達(dá)90%以上。實(shí)施例I5
1.稱取一定質(zhì)量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸單體(簡(jiǎn)稱AMPS)溶解于去離子水中， 充分溶解混合均勻作為組分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱 HEA),混合均勻，作為組分B ；蒸餾水作為組分C，按(A+B) :C為3:7進(jìn)行混合，其中A:B為 2 3 (mol/mol)，使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂?，在?78°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO3 IX lOty，采用高能射線(137Cs- γ射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C溫度下烘干。4.某電鍍廢水含有大量的重金屬離子，其中Cr3+的含量約為500mg/L。將該電鍍廢水經(jīng)過(guò)一定的預(yù)處理后，采用制備的聚合物凝膠進(jìn)行處理。于IL的廢水中，加入2g 凝膠干燥產(chǎn)物處理。24h后，廢水中Cr3+吸附率為40%。增加凝膠產(chǎn)物的量使之到達(dá)10g/L 時(shí)，Cr3+的去除率可以到達(dá)90%以上。實(shí)施例16
1.稱取一定質(zhì)量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸單體(簡(jiǎn)稱AMPS)溶解于去離子水中， 充分溶解混合均勻作為組分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱 HEA),混合均勻，作為組分B ；蒸餾水作為組分C，按(A+B) :C為3:7進(jìn)行混合，其中A:B為 2 3 (mol/mol)，使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂?，在?78°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO3 IX lOty，采用高能射線(137Cs- γ射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C溫度下烘干。4.某農(nóng)灌井水因鄰近某鉛冶煉廠，受到鉛污染，，其中1 2+的含量約為％ig/L。 將該井水采集部分水樣，經(jīng)過(guò)一定的預(yù)處理后，采用制備的聚合物凝膠進(jìn)行處理。將聚合物凝膠以2g/L的比例投加至水樣中，經(jīng)過(guò)24h吸附后，水樣中的1 2+降低至ang/L以下。當(dāng)投加量增至8mg/L時(shí)，處理后的水樣中1 2+的濃度下降至0. 2mg/L以下，去除率達(dá)到95%。實(shí)施例16
1.稱取一定質(zhì)量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸單體(簡(jiǎn)稱AMPS)溶解于去離子水中， 充分溶解混合均勻作為組分A。然后，向上述溶液中加入一定量丙烯酸羥乙酯單體(簡(jiǎn)稱 HEA),混合均勻，作為組分B ；蒸餾水作為組分C，按(A+B) :C為3:7進(jìn)行混合，其中A:B為 2 3 (mol/mol)，使用超聲波對(duì)混合物進(jìn)行處理使混合均勻。2.充氮?dú)夂?，在?78°C的溫度下，控制輻射劑量范圍在IX IO3 IX lOty，采用高能射線(137Cs- γ射線)輻照聚合形成聚合物水凝膠。3.將輻射后水凝膠切成IcmX IcmX Icm小塊放在三角瓶中多次洗滌后，在40°C溫度下烘干。4.某湖泊由于周圍工業(yè)污水的排入，受到一定重金屬離子的污染，其中Cd2+的含量約為lmg/L。將該湖水采集部分水樣，經(jīng)過(guò)一定的預(yù)處理后，采用制備的聚合物凝膠進(jìn)行處理。將聚合物凝膠以2g/L的比例投加至水樣中，經(jīng)過(guò)24h吸附后，水樣中的Cd2+降低至 0. 5mg/L以下。當(dāng)投加量增至8mg/L時(shí)，處理后的水樣中Cd2+的濃度下降至0. 03mg/L以下， 去除率達(dá)到94%以上。
權(quán)利要求
1.一種吸附重金屬離子的聚合物水凝膠，其特征是該水凝膠為不溶于水但在水中高度溶脹的三維網(wǎng)絡(luò)聚合物，由丙烯酸羥乙酯和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸兩種單體輻射共聚生成，它具有低交聯(lián)度、高溶脹率、不溶于水、吸水能力強(qiáng)，保水性好的結(jié)構(gòu)和性能特征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附重金屬離子聚合物水凝膠的制備方法，其特征是由以下步驟構(gòu)成(1)將丙烯酸羥乙酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和蒸餾水按一定比例混合均勻；(2)2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸加丙烯酸羥乙酯水的體積比為廣2 :5，2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸與丙烯酸羥乙酯的摩爾比為1 廣9 ；(3)混合后經(jīng)過(guò)5 20min超聲波處理；(4)向(1)的混合物中充入氮?dú)?，以保證無(wú)氧狀態(tài)；(5)在一63 一 95°C溫度內(nèi)，采用輻射劑量為IX IO3 IXlO6Gy的高能射線輻照聚合形成水凝膠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附重金屬離子的聚合物水凝膠在不同PH條件下對(duì)重金屬離子吸附中的應(yīng)用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附重金屬離子的聚合物水凝膠在處理工業(yè)廢水中對(duì)重金屬離子吸附中的應(yīng)用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附重金屬離子的聚合物水凝膠在處理生活污水中對(duì)重金屬離子吸附中的應(yīng)用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附重金屬離子的聚合物水凝膠在處理自然水體中對(duì)重金屬離子吸附中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明屬于吸附材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚合水凝膠及其制備方法和在對(duì)重金屬離子吸附中的應(yīng)用。本發(fā)明所述水凝膠為不溶于水但在水中高度溶脹的三維網(wǎng)絡(luò)聚合物，由丙烯酸羥乙酯(親水性玻璃態(tài)單體)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸兩種單體輻射共聚生成。它具有低交聯(lián)度、高溶脹率、不溶于水的結(jié)構(gòu)和性能特征；具有吸水能力強(qiáng)，保水性好，吸水后即使加壓也不脫水，同時(shí)具有一般高分子化合物的基本特征。本發(fā)明中輻射共聚方法制備的聚合物水凝膠，含有多種可以吸附重金屬的功能基團(tuán)，對(duì)鉛、鎘等多種重金屬有良好的吸附性能。并且，合成方法簡(jiǎn)單，易于操作，反應(yīng)過(guò)程未引入其他雜質(zhì)，保證了生成物的純凈。
文檔編號(hào)C02F101/20GK102453187SQ201010517949
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者吳凱, 周莉, 李正魁, 潘靜赟, 王易超, 王月明, 范念文, 陳祈春 申請(qǐng)人:南京大學(xué)