本發(fā)明設(shè)計(jì)一種雙網(wǎng)絡(luò)凝膠吸附劑的制備及對(duì)重金屬去除的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

工業(yè)廢水中重金屬離子的處理問(wèn)題日益引起國(guó)內(nèi)外科研工作者的關(guān)注。從實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)看，目前常用的很多吸附劑仍存在諸多缺點(diǎn)，比如活性炭、螯合樹脂等顆粒狀的吸附劑，其較小的孔隙結(jié)構(gòu)以及疏水的骨架結(jié)構(gòu)，使得金屬離子在內(nèi)擴(kuò)散階段速率較低；對(duì)于納米吸附材料，雖有較快的吸附速率和較大的吸附容量，但難以重復(fù)利用，且容易產(chǎn)生毒性淤泥。因此，同時(shí)具備低成本、高吸附性能、易于分離、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)的吸附劑是在水處理過(guò)程中急需的。

雙網(wǎng)絡(luò)凝膠內(nèi)部含有了兩種性能相反的互穿網(wǎng)絡(luò)，相比傳統(tǒng)水凝膠具有非常優(yōu)異的力學(xué)性能，近年來(lái)受到化學(xué)、材料、醫(yī)學(xué)、生物、環(huán)境等領(lǐng)域的極大重視。

雙網(wǎng)絡(luò)凝膠含有大量的水份以及較高的滲透壓，且凝膠上的吸附位點(diǎn)能完全的暴露在外環(huán)境中，因此金屬離子容易擴(kuò)散到凝膠內(nèi)部，快速高效的與吸附位點(diǎn)反應(yīng)。加之這種具有兩個(gè)互穿和交聯(lián)的聚合物網(wǎng)絡(luò)，以及動(dòng)態(tài)的靜電作用，使高力學(xué)性能的雙網(wǎng)絡(luò)凝膠用于水體中吸附重金屬離子成為了可能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的旨在提供一種重金屬吸附劑的制備方法，可有效的提高凝膠的力學(xué)性能，吸附速率，吸附容量，且具有良好的再生回收能力。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是考察該雙網(wǎng)絡(luò)凝膠吸附劑對(duì)重金屬鎘離子的去除效果。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：將丙烯酸單體加入到瓊脂水溶液中，經(jīng)聚合反應(yīng)，得到含聚丙烯酸-瓊脂雙網(wǎng)絡(luò)凝膠；然后將凝膠加入到含有環(huán)氧氯丙烷的堿性溶液中進(jìn)行反應(yīng)，最后將反應(yīng)了的凝膠加入到含有三乙烯四胺的堿溶液中進(jìn)行修飾，得到雙網(wǎng)絡(luò)凝膠。

1~15%的瓊脂在50~100℃下進(jìn)行溶解。

瓊脂也丙烯酸單體的質(zhì)量比為1：1~5

聚合反應(yīng)過(guò)程中以過(guò)硫酸銨或過(guò)硫酸鉀作為引發(fā)劑（單體濃度的0.1~1mol%），用二乙烯基苯或N,N-亞甲基雙丙烯酰胺作為丙烯酸交聯(lián)劑（單體濃度的0.1~3mol%）。

聚合反應(yīng)過(guò)程溫度優(yōu)選50~100℃，時(shí)間優(yōu)選1~5小時(shí)。

環(huán)氧氯丙烷和氫氧化鈉或氫氧化鉀的濃度為1~10%，溶劑為二甲基亞砜或二甲基甲酰胺，優(yōu)選在50~100℃反應(yīng)1~5小時(shí)。

三乙烯四胺和氫氧化鈉或氫氧化鉀的濃度為10~20%，溶劑為水或二甲基亞砜或二甲基甲酰胺，優(yōu)選在50~100℃反應(yīng)1~5小時(shí)。

本發(fā)明的材料通過(guò)瓊脂和聚丙烯酸于凝膠內(nèi)部形成兩種性能相反的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以大量的正負(fù)離子對(duì)加強(qiáng)內(nèi)部靜電作用力，大大提高了凝膠的力學(xué)性能。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的吸附位點(diǎn)能充分暴露出來(lái)，具有有效的起到吸附作用。在25℃下，雙網(wǎng)絡(luò)凝膠吸附劑用量為1 g/L時(shí)，對(duì)鎘離子的最大吸附量為294 mg/g，并驚喜的發(fā)現(xiàn)在鎘離子濃度低于200 mg/L時(shí)，吸附后鎘離子的剩余濃度均低于1 mg/L，吸附容量和吸附效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)的樹脂、活性炭等吸附劑。由于三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有加大的擴(kuò)散空間，使得金屬離子在該凝膠內(nèi)具有較快擴(kuò)散速率，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鎘離子初始濃度為120 mg/L，僅需要5分鐘便能達(dá)到77%的吸附率，在30分鐘時(shí)便能達(dá)到97%的吸附率。同時(shí)，該凝膠在pH 1.5，吸附率為1.8%，pH 3時(shí)，吸附率高達(dá)95.6%，具有優(yōu)良的耐酸性外，也能方便在較低pH下再生。

附圖說(shuō)明

圖1. 雙網(wǎng)絡(luò)凝膠吸附劑的照片圖。

圖2. 雙網(wǎng)絡(luò)凝膠吸附溶液中的銅離子。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例旨在對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例1

(1)凝膠的制備

取1g瓊脂加入到10 ml去離子水中，在90℃下溶解。加入2 ml 精制后的丙烯酸單體到溶解的瓊脂溶液中，加入0.25 mol％的過(guò)硫酸銨作為引發(fā)劑，1.5 mol％的N,N-亞甲基雙丙烯酰胺作為交聯(lián)劑，注入0.6ml大小的柱狀模具中，在60℃反應(yīng)2小時(shí)完成自由基聚合過(guò)程。

(2)雙網(wǎng)絡(luò)凝膠的制備

將得到的凝膠放入30 mL含有1.5 g NaOH和2 mL 環(huán)氧氯丙烷的二甲基亞砜的溶液中，在60°C 反應(yīng)1小時(shí)，再將凝膠取出放入到2 mL含0.2 mL三乙烯四胺和20 wt%的 NaOH水溶液中，60°C下反應(yīng) 2 小時(shí),得到修飾的雙網(wǎng)絡(luò)凝膠。

(3)吸附性能的測(cè)定

雙網(wǎng)絡(luò)凝膠為吸附劑對(duì)重金屬鎘離子進(jìn)行了吸附實(shí)驗(yàn)。金屬溶液的濃度分別為 30 mg/L、60 mg/L、90 mg/L、120 mg/L、150 mg/L、180 mg/L、210 mg/L、250 mg/L、300 mg/L、350 mg/L、400 mg/L，凝膠用量為1 mg/L（凝膠干重），pH 為6，溫度為25 ℃，吸附時(shí)間為2小時(shí)。模擬Langmuir吸附等溫線測(cè)其理論吸附量。最終計(jì)算得吸附容量為294 mg/g。

實(shí)施例2

(1)凝膠的制備

將實(shí)施例1中的1 g瓊脂用量改為0.5g。

(2)雙網(wǎng)絡(luò)凝膠的制備

同實(shí)施例1。

(3)吸附性能的測(cè)定

吸附性能的測(cè)定條件同實(shí)施例1。最終計(jì)算得最大吸附容量為187 mg/g。

實(shí)施例3

(1)凝膠的制備

同實(shí)施例1。

(2)雙網(wǎng)絡(luò)凝膠的制備

將實(shí)施例1中的20wt% NaOH水溶液改為10 wt% NaOH水溶液。

(3)吸附性能的測(cè)定

吸附性能的測(cè)定條件同實(shí)施例1。最終計(jì)算得最大吸附容量為233 mg/g。

實(shí)施例4

(1)凝膠的制備

同實(shí)施例1。

(2)雙網(wǎng)絡(luò)凝膠的制備

將實(shí)施例1中的2 mL 環(huán)氧氯丙烷用量改為1 mL。

(3)吸附性能的測(cè)定

吸附性能的測(cè)定條件同實(shí)施例1。最終計(jì)算得最大吸附容量為246 mg/g。

實(shí)施例5

(1)凝膠的制備

將2mL的丙烯酸單體用量改為1mL。

(2)雙網(wǎng)絡(luò)凝膠的制備

同實(shí)施例1。

(3)吸附性能的測(cè)定

吸附性能的測(cè)定條件同實(shí)施例1。最終計(jì)算得最大吸附容量為322 mg/g。 但該實(shí)施例所得產(chǎn)品力學(xué)性能明顯下降。