[发明专利]一种海藻酸钠-丙烯酰胺复合水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种海藻酸钠‑丙烯酰胺复合水凝胶，其制备方法包括如下步骤：1)将海藻酸钠和丙烯酰胺按比例溶于水中混合均匀；2)依次加入交联剂、引发剂加入进行真空除泡处理后，加入催化剂；3)将所得混合液转移至玻璃模具中加热进行反应，即得所述的海藻酸钠‑丙烯酰胺复合水凝胶。本发明所述海藻酸钠‑丙烯酰胺复合水凝胶具有较好的多价离子吸附能力和生物相容性；结合聚丙烯酰胺网络和海藻酸钠与丙烯酰胺的接枝共聚作用，使所得水凝胶的力学性能得到有效提升；且该水凝胶在不同pH下具有敏感性、可与多种阳离子染料和重金属离子产生分子间相互作用，适用于化学物质的吸附分离及污水处理等领域。

技术领域

本发明属于环保材料领域，具体涉及一种海藻酸钠-丙烯酰胺复合水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业发展、城镇化提速以及人口数量的膨胀，我国面临着十分严峻的水环境形势。近几年，中国重大环境污染以及事故频频发生，其中水污染事故占一半左右。据监察部统计分析，我国每年水污染事故都在1700起以上，水污染已严重影响到人民群众的生产生活。2015年4月16日，国务院正式发布《水污染防治行动计划》，“水十条”出台。关于水污染严重的原因主要受三个因素影响，一是工业污染；二是城市生活污水；三是面源污染，即农田施用化肥、农药及水土流失造成的氮、磷等污染。工业废水的排放是造成水体污染的主要原因。主要是因为工业废水中含有多种有害的重金属离子(如铬、镉、铜、汞、镍、锌等)，这些离子如果处理不彻底会带来严重的生态问题，例如“水俣病”和“痛痛病”。因此，污水中重金属离子的除去是污水处理的重要研究课题。

吸附法对重金属离子废水具有很好的去除效率、能够有效回收废水中微量重金属等特殊优点，是一种处理重金属离子的重要方法。用于重金属离子吸附的水凝胶早有报道：吴鹏等制备了一种海藻酸钠/纤维素水凝胶球，该复合凝胶球对亚甲基蓝、金胺O和臧红T等阳离子染料有着良好的吸附效果，并且含有50％海藻酸钠凝胶球对亚甲基蓝的吸附量为163.36mg/g(吴鹏，刘志明.海藻酸钠/纤维素水凝胶球的制备与应用.功能材料，2015，46(10)：10144-10147)；袁毅桦等制备了一种交联壳聚糖/海藻酸钠吸附剂，其对水相中的Cu²⁺具有良好的吸附性(袁毅桦，雷莉等.环氧氯丙烷交联壳聚糖/海藻酸钠吸附铜离子的研究.华南理工大学学报(自然科学版)，2012,40(7):148-154)。

海藻酸钠与二价及以上金属离子能很好的络合，具有较好的吸附性能；但是单纯的海藻酸钠在水中易溶胀，力学性能差，这大大限制了海藻酸钠的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种海藻酸钠-丙烯酰胺复合水凝胶及其制备方法和应用，所述海藻酸钠-丙烯酰胺复合水凝胶具有较好的力学性能和较高吸附效率，可有效吸附重金属离子、阳离子染料等有害化学物质，用于污水处理，还可用作组织工程支架等领域。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种海藻酸钠-丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法，具体包括步骤如下：

1)将海藻酸钠和丙烯酰胺按1:(5～12)的质量比溶于水中，得均匀的混合液I；

2)依次将交联剂、引发剂加入混合液I中，进行真空除泡处理后加入催化剂得混合液II，其中交联剂、引发剂、催化剂与丙烯酰胺的质量比为(0.05～5):(0.1～2):(0.2～2.5):100；

3)将所得混合液II转移至保护气体气氛的玻璃模具中，在40～70℃下保温反应1～6h，即得所述的海藻酸钠-丙烯酰胺复合水凝胶；将凝胶取出剪成均匀块状，用无水乙醇与去离子水每隔12小时交替洗涤，以除去未反应的丙烯酰胺等小分子，冷冻干燥至恒重。

上述方案中，所述混合液I中海藻酸钠和丙烯酰胺的总浓度为10～20wt％。