本發(fā)明屬于吸附材料技術(shù)領(lǐng)域，具體一種改性聚合物環(huán)保水凝膠及其在處理重金屬污水中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

我們國家是世界上工業(yè)生產(chǎn)第一大國，在工業(yè)生產(chǎn)中大量含重金屬的污水被排放到環(huán)境中，對水自然循環(huán)的干預(yù)越來越大，自然環(huán)境遭受嚴(yán)重破壞，原有的自然平衡被打破，如何對此類污水進(jìn)行處理使其無害化成了迫需解決的頭等大事。

工業(yè)生產(chǎn)上的污水一般含有大量重金屬污染，如：電鍍廠、皮革廠、印染廠的污水等都含有大量的Cu²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺等重金屬離子，若不對其進(jìn)行處理就直接排放到自然環(huán)境中將會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染危害。目前對于該類污水的處理有很多種方法，比如：物理吸附法，生物處理法，化學(xué)反應(yīng)法等。特別是吸附法具有能耗低、處理簡便等原因受收到了越來越多的關(guān)注。盡管有許多重金屬離子的吸附劑被開發(fā)，然而它們吸附效率和生產(chǎn)成本普遍需要進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化?；谝陨系脑?，開發(fā)新型成本低廉、高效的重金屬離子吸附劑變得非常緊迫和重要。

丙烯酸因其端基含有羧基，且其α位和β位具有不飽和的雙鍵結(jié)構(gòu)，故可以通過不同的方法聚合而形成不同的聚合物，交聯(lián)聚丙烯酸當(dāng)前被廣泛用作性能優(yōu)良的吸水劑和保水劑。另外一方面，聚丙烯酸含有大量的能與重金屬離子配位結(jié)合的羧基基團(tuán)，當(dāng)其與水結(jié)合形成聚丙烯酸凝膠時，內(nèi)部形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大量的羧基分布其中，使得其可以作為性能優(yōu)良的重金屬離子吸附劑。盡管如此，其很少被作為重金屬離子吸附劑，主要原因是聚丙烯酸凝膠的結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度不好。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

我們以采用原位聚合法形成的聚丙烯酸凝膠作為骨架，生物纖維或者其它化學(xué)纖維作為增韌劑，然后采用戊二醛進(jìn)行進(jìn)一步交聯(lián)加固，形成新型的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度好的聚丙烯酸水凝膠。

本發(fā)明所述的一種改性聚合物環(huán)保水凝膠，其由如下步驟制備得到：

(1)復(fù)合凝膠的制備

1)取棉花或者其他帶有長纖維的物質(zhì)如紙屑、布片、木屑等，放于過量的0.1～0.5M鹽酸中，于80～90℃水浴下攪拌至白色絮狀物產(chǎn)生，過濾、洗滌至中性并烘干，粉碎后得到環(huán)保纖維素粉末；

2)以丙烯酸與丙烯酰胺為聚合單體，將聚合單體溶解在去離子水中，丙烯酸與丙烯酰胺用量和與去離子水的質(zhì)量比為1：2～4，丙烯酸與丙烯酰胺的質(zhì)量比為2～5：1；

3)向步驟2)得到的混合溶液中加入氫氧化鈉，對丙烯酸進(jìn)行中和，中和度(加入的堿與酸的摩爾比)為0.7～0.8：1；

4)向驟向3)得到的混合溶液中加入聚合單體總質(zhì)量0.5～2％的殼聚糖混合均勻；

5)向步驟4)得到的混合溶液中加入聚合單體總質(zhì)量3～5倍的聚乙烯醇水溶液(聚乙烯醇水溶液中，聚乙烯醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10～20％)，及聚合單體總質(zhì)量10～30％的步驟1)制備的環(huán)保纖維素粉末，機(jī)械攪拌均勻；

6)向步驟5)得到的混合溶液中加入聚合單體總質(zhì)量0.2％～0.3％的過硫酸銨，聚合單體總質(zhì)量0.5～1％的N’N-亞甲基雙丙烯酰胺，聚合單體總質(zhì)量0.5～1％的四甲基乙二胺，機(jī)械攪拌均勻；

7)將步驟6)得到的溶液置于室溫下靜止4～5小時得到聚合體；

8)將步驟7)得到的聚合體置于70～90℃烘箱內(nèi)進(jìn)一步聚合反應(yīng)5～6小時，得到復(fù)合凝膠；

(2)復(fù)合凝膠的改性

將復(fù)合凝膠浸泡在于質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3～0.8％的戊二醛水溶液中8～12小時，使殼聚糖與戊二醛完全交聯(lián)；然后將復(fù)合凝膠以無水乙醇浸泡24小時，除去凝膠中未反應(yīng)的單體，再以蒸餾水多次洗滌凝膠，并在40～60℃條件下烘干，最后吸水飽和，從而得到本發(fā)明所述的改性聚合物環(huán)保復(fù)合水凝膠。

(3)改性復(fù)合水凝膠對重金屬的吸附應(yīng)用

應(yīng)用本發(fā)明所述的改性聚合物環(huán)保復(fù)合水凝膠在室溫條件下對不同種類的重金屬離子進(jìn)行吸附，靜止吸附時間為6小時～20小時；吸附離子后的凝膠用0.5～1M的鹽酸解析30～60分鐘，然后用0.1～0.5M的氫氧化鈉溶液浸泡10～30分鐘再生。取出凝膠水洗至中性，可進(jìn)行下次吸附實驗。

本發(fā)明的有益效果是制備的改性聚合物環(huán)保復(fù)合水凝膠是一種具有多種活性基團(tuán)的吸附材料，其對水體系中具有嚴(yán)重危害的重金屬離子(Cu²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺)的吸附效果極好。并且凝膠制備方法簡單，凝膠吸水后仍具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，可以多次重復(fù)利用，對工業(yè)廢水、生活污水及自然水體中的重金屬離子均具有很好的吸附效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1制備的改性聚合物環(huán)保復(fù)合水凝膠對200ppm Cu²⁺溶液的吸附容量和解析率圖；

圖2為本發(fā)明實施例1制備的改性聚合物環(huán)保復(fù)合水凝膠對200ppm Ni²⁺溶液的吸附容量和解析率圖；

圖3為本發(fā)明實施例1制備的改性聚合物環(huán)保復(fù)合水凝膠對200ppm Cd²⁺溶液的吸附容量和解析率圖；

圖4為本發(fā)明實施例1制備的改性聚合物環(huán)保復(fù)合水凝膠對200ppm Pb²⁺溶液的吸附容量和解析率圖。

具體實施方式

實施例1：

1.稱取15g廢舊棉花，加入到含有1L、0.5M鹽酸的單口瓶中，90℃水浴，機(jī)械攪拌3小時，過濾，用水洗滌沉淀至中性，并在50℃下烘干，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎得到13g的白色環(huán)保纖維素粉末。

2.稱量22.5g丙烯酸和7.5g丙烯酰胺，加入90mL水溶解；

3.稱量9g氫氧化鈉，溶解在10mL的蒸餾水中，待氫氧化鈉完全溶解后緩慢滴加到步驟2的溶液中；

4.稱取0.3g殼聚糖，置于步驟3的溶液中，攪拌至全部溶解；

5.向步驟4的溶液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％的PVA-1799(聚乙烯醇中的一種)水溶液90g及6g步驟1制備的環(huán)保纖維素粉，啟動機(jī)械攪拌，攪拌至體系均勻；

6.向步驟5中得到的溶液中加入0.09g的過硫酸銨，0.3g的N’N-亞甲基雙丙烯酰胺，0.3g的四甲基乙二胺，再次啟動機(jī)械攪拌，使所有物料均勻分散在體系中。

7.將步驟6得到的物料靜置于室溫環(huán)境下，靜止步驟4小時后待其聚合成型，得到聚合體；

8.將步驟7得到的聚合體取出，切3×3mm小塊，并使其在80℃烘箱進(jìn)一步聚合6小時，得到復(fù)合凝膠小塊。

9.將步驟8得到的復(fù)合凝膠小塊浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％的戊二醛水溶液中12小時，使殼聚糖與戊二醛完全交聯(lián)；然后將復(fù)合凝膠小塊置于容器內(nèi)，以無水乙醇浸泡24小時，除去凝膠塊中未反應(yīng)的單體，以蒸餾水多次洗滌凝膠塊，并在50℃下烘干，最后待其吸水飽和后得到本發(fā)明所述的改性聚合物環(huán)保復(fù)合水凝膠800g(每克凝膠吸水20g)。

10.分別稱取1g步驟9得到的吸水飽和后的改性聚合物環(huán)保復(fù)合水凝膠置于4個三口瓶中，然后分別加入25mL、200ppm的Cu²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺溶液(對應(yīng)金屬鹽分別是CuSO₄·5H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O、Cd(NO₃)₂·4H₂O、Pb(NO₃)₂)，用0.1M NaOH水溶液調(diào)節(jié)至pH＝6，將三口瓶置于25℃室溫條件下，靜止吸附6小時后，分別測定各個重金屬離子溶液吸附前和吸附后的濃度，測量儀器為EDX1800B型X熒光光譜儀。通過吸附前后離子的濃度差，可以計算出該凝膠對不同離子的吸附容量。經(jīng)計算，該凝膠對200ppm的Cu²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺溶液的吸附容量的平均值可達(dá)到127.7mg/g、108.5mg/g、88.9mg/g、160.5mg/g，詳見圖1～4。

11.將吸附離子后的凝膠置于25mL、1M鹽酸中解吸30分鐘，測定解吸液濃度，通過計算解析液的離子濃度與凝膠吸附前和吸附后的離子濃度差的比值，可以計算出該凝膠對不同離子的解析率。經(jīng)計算，該凝膠對Cu²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺離子的解析率均可達(dá)到80％以上，詳見圖1-4。

12.將解析后的凝膠置于25mL、0.5M氫氧化鈉溶液中30分鐘，水洗至中性，可進(jìn)行下次吸附實驗。