[發(fā)明專利]一種水凝膠及制備方法及其在重金屬廢水處理中的應用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110393315.3
• 申請日: 2011-12-02
• 公開（公告）號: CN102492088A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李正魁;吳寧梅;周濤;趙琳;華蓉;劉丹丹;葉忠香
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學
• 主分類號: C08F220/28
• 分類號: C08F220/28;C08F222/38;C08F2/46;B01J20/26;B01J20/28;C02F1/28
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 陳建和

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于吸附材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及吸附材料的制備及其對重金屬的吸附性能，具體的說是一種輻射共聚制備新型聚合物水凝膠及吸附重金屬離子的應用。

背景技術(shù)

重金屬污染是指由于人類活動致使環(huán)境中較高含量的重金屬對生物產(chǎn)生毒害作用，并造成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。重金屬作為一類具有嚴重危害的環(huán)境污染物，它所產(chǎn)生的污染過程具有隱蔽性、不可逆性、長期性和后果嚴重性的特點。重金屬污染物來源廣泛，主要來源于工業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)等產(chǎn)業(yè)，并涉及到礦山開采、冶金、機械制造、化工、電子和儀表等多個行業(yè)。不同行業(yè)所產(chǎn)生的重金屬廢物根據(jù)其行業(yè)特點而各有不同。常見的對環(huán)境具有污染的重金屬包括鉻、鎳、鉛、鎘、汞、鋅、銅等元素，它們不僅導致土壤生態(tài)系統(tǒng)退化、農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)下降，還會通過徑流和淋洗作用污染地表水和地下水，并通過直接接觸、食物鏈等途徑危及人類的生命和健康。因此，環(huán)境中重金屬污染的治理是目前國際性的難題和研究熱點。

重金屬廢水的處理技術(shù)主要包括化學法(化學沉淀、氧化還原、鐵氧體法等)、生物法(生物絮凝、生物化學法和植物修復等)以及物理法(蒸發(fā)濃縮、電解法、離子交換法、吸附法、膜分離法)等。吸附法工藝由于其具有成本低廉、方法簡便易行，并且無二次污染的特點，在重金屬吸附處理研究中越來越受到重視。目前，常用的吸附劑主要有活性炭、沸石、離子樹脂和螯合樹脂等，公開號為CN101225176的專利公開了一種咪唑基修飾復合功能超高交聯(lián)吸附樹脂及其制備方法，公開號為CN1772386的專利公開了一種8-羥基喹啉型螯合樹脂的制備方法及其在重金屬吸附方面的應用。

聚合物水凝膠是新型功能性吸附材料，目前國內(nèi)采用聚合物水凝膠作為吸附劑的研究相對較少。專利公開號為CN1410474公開了一種聚苯胺-聚丙烯酸水凝膠的制備方法，申請?zhí)枮镃N95194243的專利公開了一種吸附重金屬的含水凝膠的制備方法，謝建軍等(功能高分子學報，2008年，丙烯酸系高吸水樹脂反相懸浮聚合法制備及其吸附性)報道了采用反相懸浮聚合法制備聚(丙烯酸/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)水凝膠，并研究了其對Cu²⁺、Cr³⁺的吸附性能。鄭易安等(環(huán)境工程學報，2009年，聚(丙烯酸-丙烯酰胺)/膨潤土/腐植酸鈉三維網(wǎng)絡(luò)凝膠吸附劑對Cd²⁺吸附性能研究)制備了一種聚(丙烯酸-丙烯酰胺)/膨潤土/腐植酸鈉三維網(wǎng)絡(luò)凝膠吸附劑并考察了吸附劑對Cd²⁺的吸附性能。

目前，國內(nèi)研究水凝膠的制備方法大多數(shù)為化學聚合法，其制備過程往往需要添加引發(fā)劑、交聯(lián)劑，從而導致制備的高分子聚合物純度下降，從而影響其吸附性能。另外，使用化學聚合法制備水凝膠的過程較為復雜，操作比較麻煩。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是：提出一種應用輻射技術(shù)制備新型聚合物水凝膠及在重金屬廢水處理中的應用，本發(fā)明可以制備出一種具有功能性基團的有機高分子聚合物，可使得聚合物中的功能基團有效吸附螯合重金屬離子(Zn²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺和Pb²⁺)，制備方法簡單，易于操作。并且產(chǎn)物具有一定的機械強度，可以多次重復利用。

本發(fā)明技術(shù)方案是，一種聚合物水凝膠，對重金屬離子具有良好的吸附性能，容易再生。水凝膠及制備方法包括以下步驟：

(1)將丙烯酸羥乙酯、馬來酰胺酸(Maleamic?acid)和去離子水按一定比例混合均勻；(馬來酰胺酸+丙烯酸羥乙酯)與水的體積比為2∶8至4∶6、如2∶8、3∶7及4∶6，馬來酰胺酸與丙烯酸羥乙酯的摩爾比為1∶9至9∶1，如3∶7、1∶1、7∶3及9∶1均可；丙烯酸羥乙酯一般為親水性玻璃態(tài)單體；

(2)混合后經(jīng)過10±3min超聲波處理；

(3)向(1)的混合物中充入氮氣，以保證無氧狀態(tài)；

(4)在-63～-95℃溫度內(nèi)，采用高能射線輻照聚合形成水凝膠。所述高能射線優(yōu)選為γ射線或電子束(由加速器產(chǎn)生，能量一般在2MEV以上)，γ射線優(yōu)選為⁶⁰Co-γ射線或¹³⁷Cs-γ射線，其輻射劑量優(yōu)選為1×10³～1×10⁶Gy；輻射時間為24±10h。

所述聚合物水凝膠在不同pH下對重金屬離子的吸附應用。

聚合物水凝膠在處理工業(yè)廢水中對重金屬離子的吸附應用。

所述的聚合物水凝膠在處理生活污水中對重金屬離子的吸附應用。