[发明专利]具有选择性吸附的全互穿温敏凝胶的制备及在重金属分离的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有选择性吸附的全互穿温敏凝胶的制备及在重金属分离的应用。

背景技术

这些年来，随着我国经济的快速发展，重金属污染问题日益严重。迄今已有许多高分子材料用于重金属分离的研究报道。如通过络合、离子交换等作用而对重金属进行分离的吸附树脂。吸附(螯合)树脂是一类具有多配位型官能团的树脂，通过功能基与金属离子形成环状螯合物，其中五元环或六元环螯合物比相应的单齿配体络合物具有更高的稳定性。由于吸附树脂与金属离子络合时形成离子键与配位键，即把离子交换与络合反应结合在一起，因而比普通离子交换树脂对金属离子具有更高的吸附能力和吸附选择性。在吸附树脂中主要的配位官能团有：-OH,-NR,-COOH,-SH,＝P等，这类功能团中的O、N、S、P等原子轨道中不饱和的成键轨道较易跟土壤或水中的重金属原子或离子形成螯合物。这类大分子与重金属离子螯合之后形成三维空间的网络结构，可以通过絮凝沉淀的方式达到分离目的。这类聚合物常用的主要有交联聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺及其改性产物、聚丙烯酸羟乙酯、交联聚苯乙烯改性产物、聚乙烯亚胺、纤维素衍生物、甲壳质及其改性物、木质素及其改性物、以及其它天然高分子吸附剂等。

高分子凝胶由交联成网状结构的聚合物吸收液体介质(称为溶胀溶剂)后而成。环境响应性凝胶则是指能对微小的环境变化如溶剂组成、温度、pH、离子强度等作出响应的特殊凝胶，当环境发生微小的变化时，凝胶将发生显著的可逆溶胀或收缩，故又称之为智能凝胶。凝胶类重金属离子交换剂一般指将带有碱金属离子的有机小分子盐类交联至高分子链中，形成具有离子交换能力的具有网络结构的凝胶，这类凝胶可以吸附土壤中的水并将水中的重金属离子置换成对环境无害的碱金属离子。和普通小分子离子交换剂相比，它具有保水，易回收，机械性能好等优点。环境相应性凝胶有着广泛的用途，如用于药物的控制释放、生化分离等。然而，在重金属分离领域也具有很好的应用潜质。

基于上述思想，结合重金属分离的要求，本发明设计和制备了一类用于重金属分离的具有选择性吸附的环境响应性凝胶。

发明内容

本发明的目的是利用高分子凝胶对重金属的螯合作用和环境响应性能，将具备温敏性能的聚合物与具有螯合作用的聚合物互穿交联，制备温敏性的互穿聚合物网络(IPN)选择吸附性凝胶。

本发明所述选择性吸附凝胶中带有螯合基团单体可选用：丙烯酸类、丙烯酸甲酯类、丙烯酰胺类，带温敏功能的聚合物单体选用：N-异丙基丙烯酰胺、N-正丙基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺。

上述选择性吸附凝胶的制备采用自由基聚合，选择适宜的单体及其比例，加入一种或复合的引发剂，按照特定温度、时间等条件进行共聚反应得到共聚凝胶。本发明采用全互穿(Full-IPN)聚合的方法，在带有螯合基团的聚合物网络结构中将具备温敏性能的单体聚合，并采用交联剂将两种聚合物交联，制得一种全互穿结构的具有选择性吸附的温敏凝胶。

具体步骤为：

(1)称取2-5g螯合单体溶于10-30mL无水乙醇溶液中，加入0.01-0.05g的偶氮二异丁腈(AIBN)和0.01-0.05gN,N-亚甲基双丙烯酰胺(Bis)，搅拌均匀，于40-70℃中反应24小时，制得具有螯合功能的凝胶，冷却取出，在体积比为7.5/2.5、5/5、2.5/7.5的无水甲醇/无水乙醚溶液中浸泡24小时，分离出剩余的单体，切块干燥，待用。

(2)称取2-6g具有温敏功能的单体、0.02-0.06g的辅助螯合单体和0.02-0.08g的交联剂，溶于30-60mL无水乙醇中，再加入1-5g步骤(1)所得的具有螯合功能的凝胶，待具有螯合功能的凝胶完全溶胀之后，于50-80℃水浴中反应8-15小时，冷却至室温，置于无水乙醇溶液中浸泡三天，以除去未反应的单体，再置于100mL体积比分别为75/25、50/50、25/75的乙醇与水的混合溶液中，每天更换一次；最后用蒸馏水浸泡一周；将所得的水凝胶切成大小为1.0cm×1.0cm×0.5cm的均匀块状，真空干燥至恒重，制得具有选择性吸附的全互穿温敏凝胶。

(3)重金属吸-脱附测试方法

将步骤(2)所制的具有选择性吸附的全互穿温敏凝胶置于蒸馏水中，通过重量法测定该凝胶的溶胀度，并通过动态测试方法，测定凝胶的温度响应曲线，得出凝胶的临界相变温度(LCST)。