[發明專利]一種吸附重金屬離子的pH敏感水凝膠的制備方法及其產品

無效

• 申請號: 201310485548.5
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103554328A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 何曉春;趙義平;劉興甜;劉健
• 申請（專利權）人: 滁州友林科技發展有限公司
• 主分類號: C08F220/06
• 分類號: C08F220/06;C08F222/38;C08K9/04;C08K3/34;C08J3/075;C08L33/02;B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/66
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技術領域

本發明涉及智能高分子材料領域，具體涉及一種對鎳、鉻、鉛等重金屬離子具有良好吸附功能的pH敏感復合水凝膠及其制備方法。該水凝膠對水中鎳、鉻、鉛等重金屬離子吸附量大、吸附效率高，對溶液pH值具有敏感性，可通過控制溶液的pH值來控制對重金屬離子的吸附量。本發明凝膠可應用于電鍍工業、化學工業等污水的處理領域，且可以經過清洗反復使用。

背景技術

隨著化學工業、冶金工業等的快速發展，來自電解液、電鍍液以及采礦、金屬冶煉過程中產生的含有鉛、銅、鎘、鉻、汞等重金屬離子的廢水污染正日趨嚴重，重金屬廢水污染已成為嚴重的環境和社會問題，是目前迫切需要解決的經濟發展與環境健康、飲水安全方面的關鍵難題。

近年來，無機材料對重金屬離子的吸附性能越來越受到研究學者的關注，多數無機礦物質材料造價低并且對重金屬離子的吸附性能明顯，在重金屬離子吸附方面尤為引人注意，其中凹凸棒土是最具典型的一種。

凹凸棒土(又稱坡縷石)是一種天然非金屬礦物質材料，是一種具有鏈層狀結構的含水富鎂硅酸鹽粘土礦物，典型化學式為Si₈Mg₆O₂₀(OH)₂(OH₂)₄·4H₂O，結構屬2：1型粘土礦物，在每個2：1單位結構層中，四面體晶片角頂隔一定距離方向顛倒，形成層鏈狀。在四面體條帶間形成與鏈平行的通道，通道中充填沸石水和結晶水。凹凸棒土纖維結構一般包括三個層次：①基本結構單元為微棒狀或纖維狀單晶體，簡稱棒晶。②由單晶平行聚集而成的單晶束。③由晶束(包括棒晶)相互堆積而成的聚集體。凹凸棒土的特殊結構使其具有很大的比表面積，物理吸附能力很強。另一方面，凹凸棒土帶有層面負電荷，在層間吸附了具有可交換性的陽離子以使電荷平衡，這樣凹凸棒土就具有了較強的離子吸附交換能力。

凹凸棒土在水中有很好的懸浮性，因此盡管凹凸棒土有很好的吸附能力，但對于水處理領域來說，粉末狀的凹凸棒土無法直接投入水中使用，需要采取一定的方法進行處理。目前，較好的處理方法是采用一定的載體固載凹凸棒土，再投入水中使用。本發明人在前期發明中公開了一種吸附型高分子復合水凝膠的制備方法及其產品【201020595998.1】，利用高分子水凝膠作載體，固載凹凸棒土，從而很好地發揮凹凸棒土的吸附作用。但是，該凹凸棒土復合水凝膠吸附重金屬離子的效率低、吸附量小，凝膠吸附重金屬離子后清洗困難，且凝膠對溶液的pH值不具有敏感性，無法通過控制溶液的pH值來控制對重金屬離子的吸附量。

發明內容

針對現有凹凸棒土復合水凝膠應用于重金屬離子吸附方面存在的不足，本發明擬解決的技術問題是提供一種對鉛、鎘、鎳、鉬等重金屬離子具有良好吸附能力且吸附量大、吸附效率高，且對溶液pH值具有敏感性，可通過控制溶液的pH值來控制對重金屬離子的吸附量的復合水凝膠的制備方法及其產品。本發明產品可采用水洗、酸洗凹凸棒土，進而利用單寧酸改性凹凸棒土，最后再與丙烯酸水凝膠進行復合制備得到，吸附重金屬離子后經清洗可重復使用。

本發明制備的吸附重金屬離子的pH敏感復合水凝膠對Ni(II)吸附量可達約90mg/g，且在溶液pH值為4～6的范圍內具有明顯敏感性，可通過控制溶液的pH值來控制對重金屬離子的吸附量。即pH之小于4，凝膠吸附量降低，pH值大于4，吸附量急劇增大。所述吸附重金屬離子的pH敏感復合水凝膠由以下方法制得；

包括如下步驟：

(1)凹凸棒土的預處理。稱取10g～20g粒徑300目～1000目的凹凸棒土，用1L蒸餾水洗滌，沉淀后取其上層清液，500rpm離心1min后取其上層清液，上層清液中加少量蒸餾水混合均勻后繼續500rpm離心1min，然后取其上層清液，如此反復洗滌上層清液3～5次后，最后用4000rpm進行離心分離，取其沉淀，90℃下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對應目數的篩子過篩，得純化凹凸棒土。

配置濃度為0.5mol/L～3mol/L的鹽酸溶液，取10g～20g純化凹凸棒土與150mL～200mL鹽酸溶液加入到小燒杯中攪拌混合，5min后，將混合物加熱到70℃～80℃，攪拌1h～2h，然后超聲振蕩30min～40min，抽濾，用蒸餾水洗滌至pH約為6左右，90℃下真空干燥24h，研磨后按粒徑大小選擇對應目數的篩子過篩，得酸改性凹凸棒土。