[发明专利]具酰胺基和羟基且负载纳米水合氧化锰的复合水凝胶的制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具酰胺基和羟基且负载纳米水合氧化锰的复合水凝胶的制备方法及在水处理中的应用。

背景技术

重金属污染，主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属造成的环境污染。重金属在人体内与蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，会给人体造成很严重的危害。重金属还对植物产生危害，重金属在土壤-植物系统中迁移直接影响到植物的生理生化和生长发育。动物食用了重金属污染过的植物会随着食物链发生富集，最终会影响到人类的健康。重金属在大气、水体、土壤、生物体中广泛分布，并且重金属污染具有长期性、累积性、隐蔽性、潜伏性和不可逆性等特点，危害大、持续时间长、治理成本高。因此，环境中重金属污染的治理是目前国际性的难题和研究热点。

重金属废水处理方法主要有三类：第一类是物理方法，这种方法使废水中的重金属元素在不改变其化学形态的情况下被吸附、浓缩、分离，包括物理吸附、萃取、蒸发凝固法、膜分离和离子交换等；第二类是化学方法，废水中的重金属离子通过和化学物质发生反应而被除去，包括化学还原法、中和沉淀法、铁氧体共沉淀法、硫化物沉淀法、电化学还原法等；第三类是生物方法，其中包括生物絮凝、生物化学法和植物修复等，利用的是微生物或植物的吸收、积累、富集、絮凝等作用来去除废水中重金属。由于吸附法处理废水，其原料来源丰富(包括一些天然物质或工农业废弃物、合成功能性聚合物)，价格低廉，且使用后可再生，大大降低了重金属离子废水的处理费用，是目前废液中重金属离子吸附分离中应用非常广泛的一种方法。因而，选择吸附法去除重金属离子，降低水溶液中重金属离子浓度到安全范围的创新技术的发展在环境保护和资源利用方面有广阔的应用前景。

现有研究表明，酰胺基、羟基等基团由于引入了电子云密度较高的氮、氧原子，易与金属离子发生配位络合，同时，纳米水合氧化锰有较强的吸附能力，因此三者的结合对重金属离子具有良好的吸附去除性能。专利申请号为CN200710150196.2公开了一种紫外光－温度响应型高分子水凝胶生产方法，其由丙烯酰胺基偶氮苯与N-异丙基丙烯酰胺合成。专利申请号为CN201110104713.9公开了一种纳米孔状羟基磷酸钙/水凝胶材料的制备方法。专利申请号为CN201210143955.3公开了一种高盐度含重金属生产污水的化处理方法，其利用污水中的锰离子并调节到一定的浓度，经曝气预氧化，投加碱和氧化剂，控制污水的pH和Eh值，在水中制备水合氧化锰，通过吸附和共沉淀，脱除水中的重金属元素。另外，唐群委等(功能材料，2008，温度敏感聚丙烯酸盐/聚乙二醇互穿网络水凝胶的合成及重金属离子吸收)报道了以N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵为引发剂，采用新型两步水溶液聚合法合成出聚丙烯酸盐/聚乙二醇互穿网络(PAA/PEG IPN)水凝胶，将该水凝胶用于重金属离子的回收。饶品华等(环境化学，2011，磁性阳离子水凝胶的合成及其对六价铬的吸附去除)报道了通过化学交联法自由基聚合反应合成了一种带永久正电荷的磁性阳离子水凝胶，评价了该水凝胶对水体中六价铬的吸附去除效果，红外光谱测试表明水凝胶表面含有酰胺基和季铵基团。Bingcai Pan等(Use of hydrous manganese dioxide as a potential sorbent for selective removal of lead,cadmium,and zinc ions from water.Journal of Colloid and Interface Science.2008)报道了将Mn²⁺离子通过离子交换作用交换到大孔磺酸基阳离子交换树脂内部，再加入氧化剂氧化的方法，将Mn²⁺氧化为水合二氧化锰(HMO)，制备(HMO)纳米复合材料，研究其对铅的吸附性能。

现有人工合成的高分子水凝胶由于具有氨基，羟基，羧基，磺酸基等一种或多种功能性基团，对重金属离子的去除有一定效果，但是现有的人工合成方法大多合成途径复杂，需要添加交联剂，引发剂，得到的聚合物水凝胶纯度不高，高能射线辐照聚合法无需添加其他物质，方法较为清洁。而采用辐照法结合改性技术，既可以制备纯净的聚合物水凝胶，又可以在制备后进行改性，负载可以高效吸附重金属的其他有用物质。

发明内容

本发明目的是提供一种具酰胺基和羟基且负载纳米水合氧化锰的复合水凝胶的制备方法及其对Cr³⁺、Cd²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺和Pb²⁺离子的吸附应用。