[发明专利]一种金属离子吸附水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种金属离子吸附水凝胶及其制备方法和应用，该水凝胶为由丙烯酸、丙烯酰胺和苯乙烯磺酸钠三种单体无规聚合构成的三元共聚水凝胶，丙烯酸、丙烯酰胺和苯乙烯磺酸钠三种单体的摩尔比为(1～2):(1～2):1。以过硫酸钾为引发剂、N，N‑亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，丙烯酸中和度为80％条件下进行聚合，制得金属离子吸附水凝胶。本发明的聚丙烯酸类吸附剂对废水中铅、镍、镉、钴、铜、镁、锌等重金属的吸附量高，循环性能好，尤其是对铅离子选择性好，最大吸附量达到467mg/g，去除率高达93％。

技术领域

本发明涉及一种金属离子吸附水凝胶及其制备方法及应用，属于聚合物水凝胶吸附剂领域。

背景技术

随着人类经济活动的快速发展和科技的不断进步，水环境污染问题愈发严重，污染水体中含有大量的重金属离子，它在水中具有很强的反应活性，对人体健康和生态系统都具有严重的威胁。重金属污染水体的处理方法包括化学沉淀法、生物修复法和吸附法等。其中，吸附法因工作效率高、对环境友好，受到人们的广泛关注。聚丙烯酸聚合水凝胶中所含的羧基与其他聚合物分子相互作用，具有PH敏感性，广泛应用于吸附材料中。

聚丙烯酸系水凝胶对重金属的吸附在不同酸碱性的水溶液中简单和高效，例如Zhou等人共聚丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯，通过自由基聚合合成阴离子水凝胶，铅和镉离子的吸附量分别达到216.1mg/g和153.8mg/g。Wang等聚合海藻酸钠和丙烯酸，接枝成大凝胶，其对镍、铜、锌和镉离子的吸附分别达到157.55、200.15、189.15和320.32mg/g。Zhu等接枝共聚丙烯酸和壳聚糖，经热诱导高相乳液聚合合成了一种超多孔水凝胶，多孔结构使水凝胶具有快速吸附速率，初始浓度为500mg/g时，铜离子和铅离子的吸附容量在20min内分别达到302.01mg/g和611.94mg/g。聚丙烯酸水凝胶在重金属吸附方面具有重要的作用，人们越来越重视对其改性以提高聚丙烯酸水凝胶的吸附能力和选择性。

发明内容

针对现有技术中存在的聚合物水凝胶吸附剂对污水中重金属吸附种类少、难以适应当前重金属组成复杂的污水处理的问题，本发明的目的是提供一种金属离子吸附水凝胶及其制备方法和应用，以适用于多种金属吸附，且吸附效率高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种金属离子吸附水凝胶，其为由丙烯酸、丙烯酰胺和苯乙烯磺酸钠三种单体无规聚合构成的三元共聚水凝胶，丙烯酸、丙烯酰胺和苯乙烯磺酸钠三种单体的摩尔比为(1～2):(1～2):1。

一种金属离子吸附水凝胶的制备方法，是以丙烯酸、丙烯酰胺和苯乙烯磺酸钠为原料，以过硫酸钾为引发剂、N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，丙烯酸中和度为80％条件下进行聚合，得到所述金属离子吸附水凝胶。

优选的，所述过硫酸钾的用量为三种单体总质量的0.6～0.8％，N，N-亚甲基双丙烯酰胺的用量为三种单体总质量的1～2％。

本发明的金属离子吸附水凝胶的制备方法的具体步骤如下：

步骤1，将质量分数为40％的氢氧化钠溶液加入丙烯酸中，搅拌10-20min，然后冷却至室温；

步骤2，然后依次加入丙烯酰胺、苯乙烯磺酸钠，搅拌10-20min；

步骤3，加入过硫酸钾，搅拌5-10min后，加入N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，倒入容器，升温至50℃，连续反应8h；反应得到的产物干燥粉碎得到粉末。

优选的，所述步骤3中，反应和干燥均在托盘中进行，反应时反应体系溶液高度保持5-10cm。

优选的，所述步骤3中，粉碎为200目的粉末。

本发明的金属离子吸附水凝胶能够作为重金属吸附剂用于吸附污水中的重金属离子。

金属离子吸附水凝胶对重金属离子吸附能够很好拟合第二动力学方程。