[发明专利]一种二氧化碳响应膨胀吸附阴离子染料和金属离子的水凝胶制备方法

说明书

一种二氧化碳响应膨胀吸附阴离子染料和金属离子的水凝胶制备方法，所述方法通过甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、N‑N亚甲基双丙烯酰胺、聚醚化合物、酸、引发剂、水按一定比例搅拌成混合溶液，缓慢向上述混合溶液中逐滴加入甲苯后继续加入聚合促进剂，在一定反应温度下聚合，聚合之后用碱溶液中和形成二氧化碳响应膨胀吸附阴离子染料和金属离子水凝胶。所制备凝胶在二氧化碳和氮气循环刺激下，可以实现膨胀和收缩的可逆转变。凝胶对阴离子染料和金属离子具有高的吸附量。在碱性环境中可以释放所吸附的染料，且释放率高于85%。这种二氧化碳响应膨胀吸附阴离子染料和金属离子的水凝胶在环境废水处理等领域具有巨大的潜在应用价值。

技术领域

本发涉及一种二氧化碳响应膨胀吸附阴离子染料和金属离子的水凝胶制备方法，属水处理技术领域。

背景技术

目前，工业废水排放产生的水污染物已成为全球关注的问题。例如造纸、皮革、纺织、塑料、化妆品、电镀等行业产生的大量废水。废水中的主要污染物有有机染料(特别是阴离子染料)和重金属离子，如Cr(VI) (Cr₂O₇^2-、HCrO₄^-)、As(V) (AsO₄^3-)等。研究表明，有机染料和重金属离子的存在导致许多身体和精神疾病，如癌症、肿瘤、贫血和精神病。越来越多的证据表明，染料与金属离子混合后，其物理化学性质发生了明显的变化，使废水对人和动物的毒性更大，更易致癌。因此，废水排放前对这些染料和金属离子的去除是环境保护的重要问题。目前已采用离子交换、化学氧化、膜分离、化学沉淀、光催化、吸附等方法去除工业废水中的有机染料和金属离子。在这些处理方法中，吸附技术因其经济、操作方便、效率高、不产生有害物质而特别具有吸引力。

在此背景下，几种不同的吸附剂，如天然沸石、氧化石墨烯、沸石、活性碳、和金属有机骨架被用于去除废水中的染料和重金属离子。但上述吸附剂大多或多或少存在吸附容量低、分离不便、选择性差或难以回收等缺点。

因此，寻找具有优良吸附能力、分离方便、再生环保的吸附剂仍是污水治理理想的选择。

发明内容

本发明的目的是，针对现有吸附剂用于去除废水中的染料和重金属离子存在的诸多问题，本发明提出一种二氧化碳响应膨胀吸附阴离子染料和金属离子的水凝胶制备方法。

实现本发明的技术方案如下，一种二氧化碳响应膨胀吸附阴离子染料和金属离子的水凝胶制备方法，步骤如下：

（1）由甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、聚醚化合物、酸、引发剂、水按一定比例搅拌成混合溶液。

（2）缓慢向混合溶液中逐滴加甲苯，然后加入聚合促进剂，在一定反应温度下聚合。

（3）聚合之后用碱水中和至中性形成二氧化碳响应膨胀吸附阴离子染料和金属离子的水凝胶。

所述甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯用量为质量百分数5%至10%；所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺用量为质量百分数0.1%至0.5%；所述聚醚化合物用量为质量百分数0.5%至1%；所述酸的用量为质量百分数1%至5%；所述引发剂的用量为质量百分数0.1%至0.2%；所述水用量为质量百分数10%至30%。

所述聚醚化合物为聚氧乙烯和聚氧丙烯嵌段共聚物普朗尼克（Pluronic-F127）。

所述酸为盐酸、硫酸中的一种。

所述引发剂为水溶性引发剂过硫酸钾、过硫酸铵中的一种。

所述甲苯用量为质量百分数60%至80%。

所述聚合促进剂为四甲基乙二胺，其用量为质量百分数0.01%至0.05%。

所述聚合反应温度为40℃至60℃，聚合时间为18h。